气体超声波流量计在长庆气田贸易计量中的应用

　　长庆气田负担着陕西、宁夏、内蒙古、北京等省市的供气任务,贸易计量系统以孔板差压式流量计为主。随着技术的进步与成本的降低,气体超声波流量计应用越来越广泛,2003年气田开始为西气东输供气,流量计量系统选用了3台超声波流量计,作为与西气东输管道分公司的天然气贸易计量装置,经过一年多与西气东输靖边站超声波流量计计量数值比较,体现了超声波流量计的计量优越性。

　　1　原理

　　气体超声波流量计检测系统主要由气体超声波流量计主体、计算机、上下游计量管段、温度变送器、压力变送器等组成。

　　其工作原理是采用绝对数字时间差法,根据声波在气体中顺流传播和逆流传播的时间差与气体流速成正比这一原理来测量气体流量的。

　　传感器A所发射的超声波脉冲穿过管道,被传感器B接收,当管道中有气体流过时,在气流中传播的超声波脉冲的传播速度将受到气流的影响,使得超声脉冲顺流传播的速度要比逆流时快,在同一传播距离内,其顺流、逆流方向的传播时间分别为:

　　沿声程测得的被测气体的平均流速:

　　v表示被测气体的平均速度,这是沿声程平均的线性加权的气体流速,需进行气体流速的修正,得出计算气体流量的方程式:

　　其中:qf工况体积流量,m3/s;A管道流通面积,m2;ts超声波顺流传播的时间,s;tn超声波逆流传播的时间,s;L超声波在传感器A、B之间传播途径上的声道长度,m;D管道内径,m;θ管轴线与传感器声程之间的夹角;K速度分布剖面的修正系数。

　　利用计算机算出的压缩因子和温度/压力变送器来的温压信号对气体超声波流量计来的流量信号进行体积修正,从而得到标况下的流量,进行贸易计量交接。

　　2　气体超声波流量计的计量特点

　　气体超声波流量计与差压式孔板流量计相比具有表1所示计量特点。

　　除此以外,气体超声波流量计还具备以下优势:

　　1)测量独立于声速、温度及气体状况

　　超声波流量计的流量计算方程中只包括表体的物理尺寸和传播时间,与声音在气体的传播速度,被测气体的性质(如压力、温度和气体组分等)无关,消除了因气体状况对气体流量计量的影响,大大提高了流量计的测量精度和重复性。

　　2)有优良的干扰抑制特性及故障自诊断功能

　　气体超声波流量数字化处理技术中的自动增益控制电路及信号增强软件,对由于诸如压力和流量等气体特性的变化导致的流动干扰进行修正补偿,优化、降低对流动干扰的敏感性,多个超声波探头可以对信号进行反复检测来确保信号的质量,通过计算机对流量计增益、信噪比、采样率、接收率、温度、压力等进行实时检测,当流量计发生故障时,计算机发出警报,操作、维护人员根据发出故障报警情况,及时有效进行设备维护检查,简化了操作步骤,提高了工作效率。