引言

流量作為天然氣計量交接過程中的重要的參數之一，其值測量的精準度，對于交接計量中雙方的經濟利益、天然氣集輸系統的平穩運行都非常的重要。隨著天然氣進入人們日常生活中的各個方面，人們對天然氣接受程度不斷上升，貿易雙方對流量測量的準確性和可靠性要求也不斷提高 [1-2]。本文以氣體超聲流量計的傳播時間差法工作原理，以及計量方法為依據，分析影響計量誤差產生的因素，并針對主要影響因素提出相應的控制措施，力求將計量誤差控制在非常小范圍內。

 

1 超聲波流量計工作原理

超聲波流量計主要由流量計本體和配套的流量計算機、壓變、溫變兩大部分組成。主要根據超聲波脈沖在氣體中順流傳播和逆流傳播的時間差來測量氣體流速（見圖 1，計算公式見（1）~（5）），通過溫度、壓力和組分修正，經流量計算機計算得出標況流量（計算公式見（6）、（7）），用于貿易雙方進行計量交接 [3-4]。

 

2 影響計量精度因素分析

2.1 安裝方式

超聲波流量計是高精度的計量設備，管線微小的震動或流體流態的變化都能引起計量誤差。理論上，理想流態流體流動方向沿管道軸向，無徑向流速。但在流體的實際運行過程中，由于流體的性質不一，與管道的相互作用不同，流體在管道中的流速分布狀況也不同。通常情況下，管道中的流態用雷諾數 Re 計算。

式（8）中：ρ—氣體密度，kg/m3；μ—流體粘度，Pa · s ；ν—流體速度，m/s ；d—管徑，m。 當 Re ＜ 2300 時，流體處于層流；當 Re ＞ 4000 時，流體處于湍流。

 

圖 2 為層流和湍流流速分布圖。

 

當管輸流體確定時，密度、直徑及粘度都是固定的，只有流速 ν 是變化的，流體狀態與流速密切相關。當ν 比較小時，流體處于層流狀態 ；而當 ν 比較大時，流體則處于湍流狀態。當流體處于不同的流態時，使用不同的經驗公式對流體流量進行修正。當流態特別復雜時，無可使用的經驗公式，這就要求超聲波流量計所處位置處流體流態盡可能單一，前后直管段都必須有標準長的管段。

 

2.2 壓力、溫度影響

溫度和壓力作為流量計算的修正參數，其準確性直接影響流量的準確性。

 

當溫度不變時，通過計算不同壓力下的流量并與真實流量值比較發現 ：當壓力低于真實壓力時，計算流量會低于實際流量 ；當壓力大于實際壓力時，計算流量會大于實際流量。對于供氣方，若現場的壓力變送器測量值偏高，在其他條件不變的情況下，會出現計量結果偏大，對供氣方有利。反之，則對接氣方有利。

 

當壓力不變時，通過計算不同溫度下的流量并與真實流量值比較發現 ：當溫度低于實際溫度時，計算流量會大于實際流量出現正偏差 ；當溫度大于實際溫度時，計算流量會小于實際流量出現負偏差。對于供氣方而言，現場的溫度測量值偏高，在其他條件不變的情況下，計量結果會偏小，對供氣方不利。相反，對接氣方有利。

 

2.3 氣質影響

超聲波流量計內部無機械可動部件，對氣質條件要求并不苛刻 [5]。但通過使用記錄的數據分析，隨著使用時間的增加，氣體中的含有的鐵銹、泥沙、巖石顆粒、水等雜質會附屬在內壁和換能器上，從而減少氣體流通面積，影響超聲波傳輸路程，衰減超聲換能器發射和接收超聲信號，進而影響計量的準確性。

 

2.4 氣體組分影響

天然氣組分作為計算壓縮因子的重要參數，其準確性勢必會對計量準確性產生影響。當天然氣中甲烷含量高于在線色譜儀測試數據時，壓縮因子計算結果偏大，在其它條件不變的情況下，計算流量值會小于實際流量出現負偏差，對供氣方不利。反之，對接氣方不利。

 

3 控制計量誤差的措施

3.1 超聲波流量計的安裝

目前，輸氣站在施工時基本會滿足超聲波流量計前10 D、后 5D 的安裝要求。在日常的維護中，對管線的水平情況進行監測，以防地面下沉或管線銹蝕造成的彎折。當工藝區有施工作業時，做好監護工作，噪音大、震動幅度大的設備盡可能遠離超聲波流量計。對超聲波流量計的接口、附屬溫變、壓變做好驗漏和維護工作，避免由于氣體滲漏造成的計量誤差。

 

3.2 氣體組分準確性

天然氣組分直接影響流量計算中的壓縮因子，在輸氣場站有色譜分析儀的情況，氣體組分主要通過在線氣相色譜儀實時檢測得到。在線氣相色譜儀屬于精密儀器，而輸氣場站由于地理位置較偏僻，往往環境、維護、保養的條件非常有限，必然會產生一定的誤差，這就要求場站員工在巡檢時仔細觀察在線色譜分析儀的狀態、是否存在泄漏點、參數是否正常、膜過濾器是否有積液等情況，同時按照廠家要求，定期開展自檢。

 

3.3 溫度、壓力測定準確性

溫度、壓力作為流量計算的重要參數，其測量的準確性直接影響流量的計算準確度。因此，在日常工作中，一定要保證溫度、壓力的測量值處于精度范圍之內。一是做好溫變、壓變的定期檢測工作，確保溫變、壓變檢測精度符合要求 ；二是做好現場壓力表與壓變、溫度計與溫變、現場變送器和流量計算機的數據比對，及時發現比對數據相差較大的溫變、壓變，并及時判斷問題，進行處理。

 

3.4 供氣量的影響

對于新建投運的場站，在前期調研的基礎上，有時會將輸量和相應的便攜式超聲波流量計設計的大一些，為未來天然氣發展，增加用戶量，擴大輸氣能力做好準備。部分新投運的場站在冬季供氣高峰結束后，瞬時流量明顯低于超聲波流量計的運行下限，這就大大增加了計量誤差的可能性。一是調整供氣方式，將 24 h 供氣改為間歇供氣，當瞬時流量低于超聲波流量計下限時，停止供氣 ；二是在輸氣站新投運時可以選用渦輪流量計或者旋進旋渦式流量計，等后期供氣量增加時再進行更換手持式超聲波流量計。

 

4 結論

（1）超聲波流量計因量程大、精度高、寬管徑等優勢，廣泛應用于天然氣計量交接，但其計量準確性受安裝方式、在線氣相色譜分析儀的準確性、氣質影響、溫變壓變準確性的影響。

（2）根據站場在用流量計的實際情況，針對其影響因素采用加強巡檢和日常維護、加強員工技能培訓、對超聲波流量計定期清洗和檢定、及時優化供氣方式等措施減少超聲波流量計的計量誤差。

（3）通過間歇供氣方式有效的減少了流量較低時間段的計量誤差，減小了流態不穩定造成的誤差。但是隨著用戶需求量的變化，根據具體情況，需要不斷調整供氣時間，開關設備，如果供氣量特別低，可以考慮將超聲波流量計更換為渦輪流量計或旋進旋渦式流量計，待用氣量增加時再進行更換為超聲波流量計。