隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，天然氣已經(jīng)在我國(guó)得到了廣泛應(yīng)用。在天然氣供需貿(mào)易過(guò)程中，氣體計(jì)量是一種至關(guān)重要的貿(mào)易結(jié)算依據(jù)。而在具體的氣體計(jì)量工作中，超聲波流量計(jì)是較為常用的一種計(jì)量器具。為實(shí)現(xiàn)此項(xiàng)計(jì)量器具的良好應(yīng)用，相關(guān)單位與技術(shù)人員需要對(duì)其應(yīng)用策略進(jìn)行深入研究，并結(jié)合實(shí)際需求，將其合理應(yīng)用到具體的氣體計(jì)量工作中。

 

1  超聲波流量計(jì)及其工作原理

1.1  超聲波流量計(jì)簡(jiǎn)介

超聲波流量計(jì)是一種通過(guò)時(shí)差法測(cè)量氣體流量的設(shè)備，該設(shè)備中包括2個(gè)相對(duì)的傳感器，一個(gè)負(fù)責(zé)超聲波發(fā)送，另一個(gè)負(fù)責(zé)超聲波接收，因每一個(gè)傳感器都同時(shí)具備超聲波發(fā)送以及接收兩種功能，所以可達(dá)到更好地超聲檢測(cè)效果。具體應(yīng)用中，超聲波能量會(huì)在2個(gè)傳感器與流體間以一定的角度傳遞，從而達(dá)到精準(zhǔn)的氣體計(jì)量效果[1]。憑借著計(jì)量速度快、準(zhǔn)確率高、簡(jiǎn)單便捷等的諸多優(yōu)勢(shì)，超聲波流量計(jì)在當(dāng)今的氣體計(jì)量工作中得到了廣泛應(yīng)用，并發(fā)揮出了非常好的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。

 

1.2  超聲波流量計(jì)的工作原理

超聲波流量計(jì)的計(jì)量形式有很多種，其中#為常用的是時(shí)差法，該方法可實(shí)現(xiàn)天然氣的高精度計(jì)量[2]。圖1是基于時(shí)差法的超聲波流量計(jì)氣體計(jì)量原理示意圖：

具體計(jì)量時(shí)，需要在天然氣管壁兩側(cè)安裝A和B兩個(gè)超聲換能器（即超聲波傳感器），并結(jié)合實(shí)際情況使其具有一定的傾斜角度，以此來(lái)確保換能器的工作效果，使其超聲波信號(hào)發(fā)射或接收工作得以同時(shí)或定時(shí)實(shí)現(xiàn)。如圖1所示，L代表A和B兩個(gè)超聲波換能器之間的距離，其單位是m；Vm代表管道中的天然氣流速，其單位是m/s；φ代表天然氣管道中的超聲波以及流體流動(dòng)夾角，其單位是°；D代表被測(cè)天然氣管道直徑，其單位是m[3]。對(duì)于管道中天然氣的逆流傳播時(shí)間以及順流傳播時(shí)間，超聲波流量計(jì)可按以下公式進(jìn)行精準(zhǔn)計(jì)算：

 

式中，td代表管道中天然氣的逆流傳播速度，其單位是m/s；C代表流體中的超聲波聲速，其單位是m/s；tv代表管道中天然氣的順流傳播速度，其單位是m/s。

 

通過(guò)公式（1）和公式（2）聯(lián)立，便可進(jìn)一步計(jì)算出管道中的天然氣流速，而根據(jù)計(jì)算出的流速與管道橫截面積，便可準(zhǔn)確計(jì)算出管道中的天然氣流量，從而為天然氣的貿(mào)易交接工作提供重要的技術(shù)與數(shù)據(jù)支持[4]。

 

1.3  檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)

在通過(guò)超聲波流量計(jì)進(jìn)行天然氣管道的流量檢測(cè)時(shí)，相關(guān)單位需要將GB/T13609以及GB/T 13610標(biāo)準(zhǔn)作為依據(jù)，通過(guò)AGA Report N1.10聲速計(jì)算軟件來(lái)進(jìn)行檢測(cè)[5]。表1是超聲波流量計(jì)在天然氣計(jì)量工作中的氣體混合物摩爾分?jǐn)?shù)檢測(cè)適用范圍：

具體檢測(cè)中，需要將檢測(cè)溫度控制在-8~62℃，檢測(cè)壓力控制在0.2~12MPa。

 

2  氣體計(jì)量中的超聲波流量計(jì)主要應(yīng)用策略

2.1  超聲波流量計(jì)安裝策略

在通過(guò)超聲波流量計(jì)進(jìn)行氣體計(jì)量的過(guò)程中，流量計(jì)的安裝是一個(gè)shou要環(huán)節(jié)，只有確保安裝質(zhì)量，才可以充分發(fā)揮出其應(yīng)用效果，滿足實(shí)際的天然氣計(jì)量工作需求。就目前的天然氣計(jì)量來(lái)看，超聲波流量計(jì)的主要安裝策略包括以下幾個(gè)方面：

 

1）在超聲波傳感器的安裝時(shí)，其安裝位置所在的天然氣管路一定要保持在非工作狀態(tài)，并結(jié)合實(shí)際情況，可進(jìn)行斷氣作業(yè)或2條支路的交替切換作業(yè)。

2）超聲波傳感器的安裝單元一定要和天然氣管路管徑尺寸保持一致，通常情況下，兩者的尺寸偏差應(yīng)控制在1%及以內(nèi)。

3）為有效防止空氣或顆粒物等對(duì)換能器中的超聲波表面造成干擾，在傳感單元安裝中，應(yīng)將其與水平方向的夾角盡量控制在45°以內(nèi)[6]。

4）傳感器安裝位置的上下游管道一定要具備一定長(zhǎng)度的直管段，其中，上游直管段長(zhǎng)度應(yīng)控制在10D及以上，下游直管段長(zhǎng)度應(yīng)控制在5D及以上。

5）超聲波流量計(jì)應(yīng)盡量安裝在天然氣管道中沒(méi)有阻力的位置，盡量院秒變徑、閥門和彎頭等的阻力構(gòu)件，這樣才可以有效確保其測(cè)量數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性。

6）對(duì)于安裝換能器的位置以及管道壁反射位置，一定要與焊縫和接口避開(kāi)。

7）一定要嚴(yán)格按照生產(chǎn)廠家的規(guī)定進(jìn)行換能器安裝，尤其是對(duì)于垢層和管道襯里位置安裝的換能器，安裝時(shí)，一定要確保其厚度符合規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，且換能器和垢層、管道襯里之間不可存在間隙。

8）安裝過(guò)程中，工作人員一定結(jié)合實(shí)際情況，采取合理的方式清理好天然氣管道內(nèi)壁上的銹跡，使流量計(jì)的安裝位置足夠清潔，以免超聲波信號(hào)受到不良影響。

9）將合適的耦合劑涂抹到超聲波換能器工作表面和管式輸送機(jī)管壁之間，以免進(jìn)入其他的傳播介質(zhì)，從而使超聲波流量計(jì)的計(jì)量精度得到良好保障。

 

2.2  超聲波流量計(jì)應(yīng)用策略

        雖然超聲波流量計(jì)具有非常高的準(zhǔn)確度與可信度，在大流量天然氣計(jì)量中十分適用。但是在具體應(yīng)用中，為使其氣體計(jì)量?jī)?yōu)勢(shì)得以充分發(fā)揮，相關(guān)單位與工作人員一定要將《用氣體超聲

流量計(jì)測(cè)量氣體流量》GB/T18604—2014標(biāo)準(zhǔn)中的相關(guān)規(guī)定作為依據(jù)，結(jié)合實(shí)際的天然氣計(jì)量工作需求，對(duì)超聲波流量計(jì)加以合理應(yīng)用[7]。就目前來(lái)看，在通過(guò)超聲波流量計(jì)進(jìn)行氣體計(jì)量的過(guò)程中，為有效確保計(jì)量精度，滿足天然氣貿(mào)易工作中對(duì)于氣體測(cè)量的實(shí)際需求，相關(guān)單位與工作人員應(yīng)采取以下策略：

        shou先是根據(jù)被測(cè)管道中的天然氣流速合理確定超聲波流量計(jì)的檢測(cè)范圍。通常情況下，天然氣管道中的氣體流速在0.3~30m/s之間，具體計(jì)量時(shí)，只有使超聲波流量計(jì)的計(jì)量范圍符合這一標(biāo)準(zhǔn)，才可以確保其應(yīng)用效果，獲得足夠精準(zhǔn)的計(jì)量數(shù)據(jù)�；�于此，相關(guān)單位與工作人員一定要明確被測(cè)管道中的實(shí)際天然氣流速，并以此為依據(jù)來(lái)選擇和設(shè)置超聲波流量計(jì)的計(jì)量范圍。通過(guò)這樣的方式，才可以滿足實(shí)際的氣體計(jì)量需求，使超聲波流量計(jì)在氣體計(jì)量工作中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)得以充分發(fā)揮。

        其次是合理控制噪聲對(duì)超聲波流量計(jì)的影響。在超聲波流量計(jì)的實(shí)際應(yīng)用中，超聲波傳感器里發(fā)出的超聲波會(huì)將天然氣管道中的實(shí)際氣體情況作為依據(jù)，對(duì)超聲波束產(chǎn)生相應(yīng)的反射作用。通過(guò)這種反射作用的分析之后，超聲波流量計(jì)便會(huì)將相應(yīng)的數(shù)據(jù)顯示給用戶，從而實(shí)現(xiàn)檢測(cè)結(jié)果的獲取。但是在這一過(guò)程中，超聲波會(huì)從天然氣管道中的彎頭、整流器以及閥門等很多配件中通過(guò)，而這些位置則很容易產(chǎn)生和超聲波脈沖頻率相同的噪聲，從而對(duì)超聲波的接收結(jié)果產(chǎn)生不利影響，嚴(yán)重的情況下甚至?xí)�使超聲波傳感器接收到的�?shù)據(jù)存在較大誤差，從而降低氣體計(jì)量數(shù)據(jù)的精度[8]。為有效降低此類噪聲對(duì)超聲波流量計(jì)實(shí)際測(cè)量結(jié)果的影響，相關(guān)單位與工作人員應(yīng)盡量選擇平直的、沒(méi)有彎頭的管道材料，并將閥門盡可能安裝到超聲波流量計(jì)的計(jì)量范圍之外。如果這些情況無(wú)法避免，則需要選擇噪聲過(guò)濾性能足夠強(qiáng)的超聲波流量計(jì)進(jìn)行計(jì)量。通過(guò)這樣的方式，才可以讓噪聲問(wèn)題對(duì)超聲波流量計(jì)氣體計(jì)量效果的影響得以有效控制，進(jìn)一步提升超聲波流量計(jì)的計(jì)量精度。

        #后是防止污垢對(duì)計(jì)量結(jié)果的影響。因?yàn)樘烊粴夤艿涝谶\(yùn)行過(guò)程中不能進(jìn)行內(nèi)部清理，所以在長(zhǎng)時(shí)間應(yīng)用之后，很多的硫化物、油污以及臟水等污垢都將附著在天然氣管道內(nèi)壁上。在通過(guò)超聲波流量計(jì)進(jìn)行氣體計(jì)量的過(guò)程中，附著在天然氣管道上的污垢便很容易轉(zhuǎn)移到超聲波流量計(jì)探頭上，并逐漸轉(zhuǎn)移至其內(nèi)部，從而對(duì)其計(jì)量結(jié)果產(chǎn)生較大影響。同時(shí)，這樣的情況也很容易使超聲波流量計(jì)的內(nèi)壁產(chǎn)生反射活動(dòng)，從而對(duì)其使用質(zhì)量造成危害，嚴(yán)重的情況下甚至?xí)�縮短其使用壽命。為避免此種情況的發(fā)生，具體計(jì)量中，工作人員一定要定期對(duì)超聲波流量計(jì)所在的天然氣管道進(jìn)行清理，通過(guò)不同分支管路交替運(yùn)行的形式來(lái)滿足實(shí)際的天然氣傳輸需求，并使其管道內(nèi)部附著的污垢得以及時(shí)清理。就目前來(lái)看，天然氣管道的主要清理方法包括清管球法以及氣體增壓爆破法。具體清洗中，需根據(jù)實(shí)際情況與實(shí)際的清理需求選擇合理的清理方法[9]。通過(guò)這樣的方式，才可以有效防止污垢對(duì)超聲波計(jì)量器的不利影響，在確保其氣體計(jì)量精度的同時(shí)提升其運(yùn)行的穩(wěn)定性，并進(jìn)一步延長(zhǎng)其使用壽命。

2.3  超聲波流量計(jì)維護(hù)策略

       在超聲波流量計(jì)的具體應(yīng)用中，為進(jìn)一步確保其應(yīng)用性能與使用壽命，并得到更加精準(zhǔn)的氣體計(jì)量結(jié)果，相關(guān)單位與運(yùn)維技術(shù)人員一定要做好此類流量計(jì)的維護(hù)工作。就目前天然氣計(jì)量工作中應(yīng)用的超聲波流量計(jì)來(lái)看，其主要的維護(hù)策略包括以下幾個(gè)方面：

       1）嚴(yán)格按JJG 1030—2007《超聲流量計(jì)》檢定規(guī)程中規(guī)定的檢定周期與檢定方法來(lái)進(jìn)行檢定，通常情況下，此類流量計(jì)的檢定周期#長(zhǎng)是2年，但實(shí)際應(yīng)用中，考慮到各方面因素的不良影響，相關(guān)單位應(yīng)盡量將其檢定周期控制在1年及以內(nèi)。這樣才可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)超聲波流量計(jì)存在的異常，并使其得到及時(shí)處理，以此來(lái)確保其應(yīng)用效果，提升計(jì)量精度。

       2）檢定中，如果發(fā)現(xiàn)超聲波流量計(jì)的計(jì)量誤差過(guò)大，應(yīng)及時(shí)檢查其探頭和內(nèi)部的污垢情況，并及時(shí)做好清理工作，以此來(lái)降低計(jì)量誤差。

       3）對(duì)于流量計(jì)中損壞的部件，應(yīng)視其實(shí)際情況及時(shí)做好維修和更換處理，

       4）檢修時(shí)，技術(shù)人員一定要格外注重流量計(jì)線纜及其連接接頭等的檢測(cè)，使其供電保持正常。通過(guò)這樣的方式，才可以使超聲波流量計(jì)得以良好維護(hù)，避免產(chǎn)生故障和誤差[10]。

       5）根據(jù)GB/T 30500—2014《氣體超聲流量計(jì)使用中檢驗(yàn)聲速檢驗(yàn)法》中的相關(guān)檢測(cè)方法定期自查氣體超聲波流量計(jì)的工作狀態(tài)，如果發(fā)現(xiàn)異常應(yīng)及時(shí)維修。表2為氣體超聲流量計(jì)聲速檢驗(yàn)法技術(shù)要求：

3  結(jié)束語(yǔ)

       綜上所述，超聲波流量計(jì)是當(dāng)今氣體計(jì)量工作中的一種常用檢測(cè)儀器，其應(yīng)用效果將會(huì)對(duì)氣體計(jì)量結(jié)果的精度與相關(guān)工作的開(kāi)展起到直接的影響作用�；�于此，相關(guān)單位與技術(shù)人員一定要對(duì)超聲波流量計(jì)的工作原理做到充分掌握，并結(jié)合實(shí)際的氣體計(jì)量條件及其工作需求，對(duì)此種計(jì)量器具加以合理應(yīng)用。這樣才可以有效保障其應(yīng)用效果，延長(zhǎng)其使用壽命，并為氣體計(jì)量與其他相關(guān)工作提供足夠科學(xué)、精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)支持。