超聲計(jì)量系統(tǒng)在中烏輸氣管道的應(yīng)用

式中：qf為工況體積流量，m3/s；A為管道截面積，m2；ts為超聲波順流傳播的時(shí)間，s；tn為超聲波逆流傳播的時(shí)間，s；L為聲程，即超聲波在聲道中傳播的距離，m；D為管道內(nèi)徑，m；θ為管軸線與傳感器聲道之間的夾角；K為速度分布剖面的修正系數(shù)。

4 使用中的幾個(gè)技術(shù)問(wèn)題

4.1 標(biāo)況流量范圍

標(biāo)況流量是管道運(yùn)行中的重要指標(biāo)之一，但是否投用超聲流量計(jì)取決于工況流量而非標(biāo)況流量。高壓大流量超聲流量計(jì)，通常在大流量區(qū)間的計(jì)量準(zhǔn)確度較高。在工況流量范圍內(nèi)存在臨界流量，一般為最大流量的10%，當(dāng)超聲流量計(jì)工作在臨界流量以下時(shí)，其計(jì)量準(zhǔn)確度降低[8]。因此，在不超過(guò)最大工況流量的條件下，不必增加計(jì)量支路。

4.2 噪聲干擾

超聲流量計(jì)可能受到附近超聲波噪聲源的不利影響。噪聲源包括可發(fā)出噪聲的閥門、流量調(diào)節(jié)閥和管道中的其他節(jié)流部件。WKC1站流量計(jì)下游裝有流量調(diào)節(jié)閥，因此在流量調(diào)節(jié)閥上游設(shè)計(jì)T字型彎頭以減弱噪音影響?？赏ㄟ^(guò)診斷軟件（CUI）檢查信噪比和各聲道的聲速是否在正常范圍內(nèi)，判定噪聲是否對(duì)超聲流量計(jì)構(gòu)成影響。

4.3 管道和氣流的清潔

超聲換能器表面的堆積物（壓縮機(jī)油、冷凝液、水合物、冰等）可能導(dǎo)致裝置不經(jīng)過(guò)流體傳送超聲波脈沖，引起所謂的超聲波路徑“脫落”，造成較大的計(jì)量誤差。氣流的清潔度對(duì)流量計(jì)的性能至關(guān)重要，在測(cè)量氣體流量時(shí)，氣流中分散的液體可能會(huì)減弱超聲波信號(hào)，并使流量計(jì)完全喪失工作能力。顆粒、鐵銹、水分均不會(huì)影響流量計(jì)的正常運(yùn)行，但一般要求液體含量不超過(guò)5%，否則管內(nèi)氣流將表現(xiàn)出兩相流的特征。當(dāng)污物沉積在管壁上，超聲波從“發(fā)射”到“接收”的聲程將變短，直接影響計(jì)量準(zhǔn)確性。因此必須每日檢驗(yàn)測(cè)量聲速與計(jì)算聲速的差，一旦超過(guò)0.2%，則采用大流量吹掃或拆卸探頭檢查清理。

4.4 小流量擾動(dòng)

小流量擾動(dòng)即超聲流量計(jì)未投用而在配套流量計(jì)算機(jī)上顯示的微小流量累計(jì)。誘發(fā)小流量擾動(dòng)的因素有：下游閥門有微小內(nèi)漏；上游閥門未關(guān)閉，未投用支路壓力隨上游匯管壓力變化，壓力變化引起該支路氣體壓縮或膨脹；外界溫度變化幅度大，較大的溫差引起未投用支路內(nèi)的靜止氣體壓縮或膨脹。

超聲流量計(jì)的小流量擾動(dòng)現(xiàn)象普遍存在，可在流量計(jì)算機(jī)中設(shè)置對(duì)應(yīng)的小流量切除值消除之，通常將在零流量下測(cè)得的某個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的低數(shù)值氣體流速，作為小流量切除設(shè)定值。若在零流量下仍能測(cè)出較大的氣體流速，則可能是探頭堵塞嚴(yán)重，需清洗探頭。若不能立刻檢查探頭，可將小流量切除設(shè)定值調(diào)大；但在流程切換前必須檢查即將投用流程的小流量切除設(shè)定值是否調(diào)回正常值。

4.5 振動(dòng)

超聲流量計(jì)作為精密測(cè)量?jī)x表，若長(zhǎng)期在靠近振動(dòng)源或振動(dòng)環(huán)境中使用，其性能和壽命會(huì)受到嚴(yán)重影響，必須使超聲流量計(jì)遠(yuǎn)離震動(dòng)或?qū)⒄駝?dòng)消除。例如，超聲流量計(jì)投用前需要加壓，此時(shí)緩慢開(kāi)旁通支路進(jìn)行平壓，待上下游壓力平衡后再打開(kāi)進(jìn)口截止閥。

4.6 聲道報(bào)警

發(fā)出聲道報(bào)警的原因有：探頭臟污或損壞；探頭與采集板之間信號(hào)傳輸不暢；采集板損壞。天然氣管道投產(chǎn)初期，管道內(nèi)水分和雜質(zhì)較多，氣溫低時(shí)探頭極易臟污，此時(shí)應(yīng)視報(bào)警嚴(yán)重程度及時(shí)清理超聲探頭或更換采集板。

4.7 備用斷電

超聲流量計(jì)長(zhǎng)期不用時(shí)應(yīng)斷電，短期不用而管道內(nèi)壓力低于其工作壓力時(shí)，也應(yīng)斷電，以延長(zhǎng)其使用壽命。

4.8 環(huán)境溫度

對(duì)超聲流量計(jì)提出了－25～55℃的使用環(huán)境溫度要求。另外，在某些特殊情況下（被測(cè)介質(zhì)與外界環(huán)境之間的溫差較大且測(cè)試流量較低），為預(yù)防外界環(huán)境溫度對(duì)測(cè)量結(jié)果造成附加影響，建議對(duì)儀表及其上下游管段加裝遮雨防曬設(shè)施或采取必要的保溫措施。

綜上所述，超聲流量計(jì)工作原理簡(jiǎn)單，安裝后無(wú)需現(xiàn)場(chǎng)操作，運(yùn)行穩(wěn)定，基本不需要維護(hù)。但這并不表示超聲流量計(jì)一旦投用即可以不聞不問(wèn)，尤其在管道投產(chǎn)初期，計(jì)量專業(yè)人員需要掌握超聲流量計(jì)的測(cè)量原理和組成結(jié)構(gòu)，密切關(guān)注其運(yùn)行狀態(tài)，以發(fā)生故障的原因做出正確判斷，及時(shí)恰當(dāng)?shù)亟鉀Q問(wèn)題，保證其正確使用和準(zhǔn)確計(jì)量(end)