沈文奇

摘要：氣體超聲波流量計(jì)是一種完全適合天然氣貿(mào)易的流量統(tǒng)計(jì)設(shè)備，對(duì)提高天然氣計(jì)量水平具有十分重要的作用。文章具體分析了超聲波流量計(jì)在天然氣中的工作原理，并提出了提出相應(yīng)對(duì)策。

關(guān)鍵詞：天然氣;超聲流量計(jì);應(yīng)用

天然氣是一種高能效的能源，與其它石化能源相比較，具有非常好的環(huán)保清潔作用，同時(shí)，它的燃燒效率相當(dāng)高，因此也得到了人們充分的肯定和有效利用。目前，地球天然氣消費(fèi)總量高達(dá)30000億立方米，所以天然氣在開發(fā)、運(yùn)輸和貿(mào)易和使用過程當(dāng)中的計(jì)量也的得到重視。如何實(shí)現(xiàn)最可靠的過程有效控制計(jì)量和進(jìn)出口貿(mào)易有效結(jié)算計(jì)量，是天然氣科學(xué)發(fā)展、公平進(jìn)出口貿(mào)易和合理利用的有效安全保障。

一、工作原理組成

（一）結(jié)構(gòu)組成

超聲波流量計(jì)主要由三部分組成：超聲換能器，電子轉(zhuǎn)換電路和流量顯示多余積累系統(tǒng)。超聲換能器使用鑄鐵的引線壓電元件制造，該種壓電元件充分利用壓電有效效應(yīng)的發(fā)射和收集聲波，并通過檢測(cè)流量體積對(duì)超聲波或超聲波脈沖的綜合影響，來測(cè)量流體的體積的流量。

（二）超聲波流量計(jì)構(gòu)造原理

當(dāng)傳輸?shù)穆曇粜盘?hào)通過管道中流動(dòng)的介質(zhì)的時(shí)侯，傳輸速度受介質(zhì)流速的影響，2個(gè)傳感器間的聲音信號(hào)的傳輸時(shí)間長(zhǎng)短決定管道中介質(zhì)的流速度。聲音信號(hào)所通過上面時(shí)間比通過下面的時(shí)間有所更長(zhǎng)，時(shí)間差與管道中介質(zhì)的流速成比例。目前現(xiàn)在所使用的超聲波流量計(jì)可分為時(shí)差法和頻差法：

1.時(shí)差的規(guī)則：

管道中的氣體流量vf可通過以下公式獲得：

VF =[L/2（X/L）][△T/（T1T2）]

其中：音頻信號(hào)通過上游和下游的時(shí)間，L是音頻信號(hào)通過的路徑長(zhǎng)度，X是換能器軸向的距離。

2.頻率差定律：如果在兩個(gè)不同方向上比較兩個(gè)脈沖序列之間的頻率差，則該脈沖差也與流體速度成比例。

1/T21=F21= C-VF·（X/L）/L

1/t21=f21-c+vf·（X/L）/L可以看出，兩種流體流速算法的理論基礎(chǔ)與vf= L2（f12-f21）/2X相同。速度e無關(guān)緊要，因此理論上氣流可以得到：Q=A·vf= 1/4πD2·vf其中D是管道直徑，vf是管道流速。

二、天然氣超聲流量計(jì)構(gòu)造特點(diǎn)

（一）適用于各種范圍的天然氣流量測(cè)量，特別適用于大口徑，高壓，大范圍天然氣測(cè)量，一般壓力越高，精度越高。一些國(guó)外制造商可以使用直徑為DN1600的氣體超聲波流量計(jì)，流量可以超過18，0000m/h，這對(duì)于一般的氣體流量計(jì)是不可能的，在國(guó)外，特別是用于天然氣貿(mào)易轉(zhuǎn)移和運(yùn)輸?shù)拇笮凸艿溃瑲怏w超聲波流量計(jì)通常用于天然氣站。

（二）氣體超聲波流量計(jì)具有寬范圍比，一般高于1：50，最高可達(dá)1：300，可滿足各種條件的需要。

（三）由于內(nèi)部沒有活動(dòng)部件和扼流部件，沒有磨損問題，不會(huì)出現(xiàn)零漂，不會(huì)像差壓流量計(jì)那樣發(fā)生壓力損失，這可以大大減少長(zhǎng)距離管道的加壓成本。

（四）準(zhǔn)確度很高。近年來，隨著技術(shù)的進(jìn)步，許多多通道天然氣超聲波流量計(jì)相繼出現(xiàn)，與早期相比，其精度得到了很大提高。例如，德國(guó)elster產(chǎn)生5種聲音，在多點(diǎn)實(shí)流校準(zhǔn)的情況下，通道的超聲波流量計(jì)可以實(shí)現(xiàn)±0.1%的精度和優(yōu)于±0.05的重復(fù)性。這在流量計(jì)量中達(dá)到了相當(dāng)高的高度。

（五）由于其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，超聲波流量計(jì)可受氣體流向影響，可進(jìn)行雙向流量測(cè)量，精度一致，無壓力損壞，無過載損壞，維護(hù)量小，而活躍程度很高。

三、超聲流量計(jì)在天然氣計(jì)量應(yīng)用分析

超聲波流量計(jì)是科學(xué)技術(shù)發(fā)展形成的一種新型天然氣計(jì)量方式，它不僅可以提高測(cè)量精度，還能非常有效的提高天然氣計(jì)量的準(zhǔn)確性能。因此，它廣泛用于我國(guó)天然氣計(jì)量檢測(cè)，與相對(duì)傳統(tǒng)的孔板和渦輪流量計(jì)做比較，這種新的計(jì)量方法具有非常明著的優(yōu)點(diǎn)。首先多個(gè)管徑的氣體流量監(jiān)檢測(cè)測(cè)量，測(cè)量精度高，可根據(jù)實(shí)際情況重復(fù)或測(cè)量。它受沉積物和水分的影響相對(duì)較小，為超聲波流量計(jì)的廣泛應(yīng)用奠定了良好的基礎(chǔ)，堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。在實(shí)踐中，超聲波流量計(jì)通常用于大直徑的天然氣計(jì)量，主要是因?yàn)樗鼈兊某杀鞠鄬?duì)較高。在引進(jìn)該技術(shù)的早期，它們通常僅用于大直徑天然氣輸送管道。在測(cè)量中，例如，在西氣東輸工程中，在4200km的管道中，各種類型的閘站，分運(yùn)站，儲(chǔ)氣庫(kù)，LNG氣化站等都采用超聲波計(jì)量方法。隨著技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，該測(cè)量方法逐漸應(yīng)用于城市天然氣輸送管道。與傳統(tǒng)的計(jì)量方法相比，該計(jì)量方法的影響因素較小，精度較高。此外，城市天然氣管道相對(duì)比較分散分布。因此，有必要在每個(gè)分散的氣體點(diǎn)使用計(jì)量，從而有效地提高超聲波流量計(jì)量的精度。目前，如果根據(jù)適用范圍進(jìn)行劃分，超聲波流量計(jì)大致可分為以下幾種：一是適用于耐高壓氣體流量計(jì);第二，適用于公平貿(mào)易檢測(cè)測(cè)量的Q型超聲波流量計(jì);三，流量計(jì)應(yīng)用生產(chǎn)當(dāng)中的氣體流量計(jì)量;第四，流量計(jì)適用于火炬氣的流量。這充分說明了超聲波流量計(jì)的應(yīng)用范圍。雖然不同范圍的超聲波流量計(jì)的安裝細(xì)節(jié)存在一些差異，但原理與整體相同，安裝工人和技術(shù)人員需要特別注意。

四、結(jié)束語(yǔ)

目前，隨著天然氣應(yīng)用范圍的進(jìn)一步擴(kuò)大，測(cè)量方法也得到了很大的改進(jìn)，超聲波流量計(jì)由于其高精度，耐用性和較小的維護(hù)工作量，己逐漸成為現(xiàn)階段的天然氣測(cè)量，采用的首選方法在一定程度上為天然氣測(cè)量工作的順利開展提供了充分保障。在這種條件下，天然氣計(jì)量工作的質(zhì)量將進(jìn)一步提高，針對(duì)超聲波流量計(jì)使用過程中可能出現(xiàn)的各種問題，應(yīng)及時(shí)制定有效的解決方案，逐步完善，有效改善天然氣計(jì)量工作，工作質(zhì)量將為今后進(jìn)一步改進(jìn)和發(fā)展這項(xiàng)工作奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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