天然气计量教材.doc

第一章 计量法规计量工作是一项科学性、技术性很强的专业，必须有相应的法规加以规范，做到有法可依、有章可循，否则，各自为准，计量工作必然会出现混乱。中华人民共和国计量法于一九八五年九月六日通过，自一九八六年七月一日起施行。计量法共六章三十五条。计量法的核心（中心思想）是保证计量单位制的统一（使用法定计量单位）和量值的准确可靠。计量的特征概括起来讲就是：统一是目的、准确是基础、法制是手段。计量法规的一些常识：1.计量器具：凡能用以直接或间接测出被测对象量值的量具、计量仪器（仪表）和计量装置统称为计量器具。 计量器具分为计量基准器具、计量标准器具和工作计量器具三大类。1）.计量基准器具：即国家计量基准器具，简称计量基准，是指用以复现和保存计量单位量值，经国务院计量行政部门批准作为统一全国量值最高依据的计量器具。2）.计量标准器具：简称计量标准，是指准确度低于计量基准，用于检定其它计量标准器具或工作计量器具的计量器具。3）.工作计量器具：直接用于测量被测对象的计量器具。2.计量检定：是指为评定计量器具的计量性能，确定其是否合格所进行的全部工作。（1）.强制检定：由县级以上人民政府计量行政部门指定的法定计量检定机构或授权的计量检定机构对强制检定的计量器具实行的定期定点检定。（2）.强制检定的计量器具：包括三部分：1）.社会公用的计量标准器具。2）.部门和企业、事业单位使用的最高计量标准器具。3）.用于贸易结算、安全防护、医疗卫生、环境监测方面，并列入强制检定项目的工作计量器具。3.强制检定的工作计量器具：用于贸易结算、安全防护、医疗卫生、环境监测方面，并列入强制检定项目的工作计量器具。（周期一般为半年或一年）4.非强制检定的工作计量器具（依法管理的工作计量器具）：经有关计量部门授权后由本单位自己定期进行检定，自己不能检定的送计量检定机构定期进行检定（周期比强制检定较长）。结合涩宁兰线的实际， 强制检定的工作计量器具主要有：工艺站场计量管段上的压力表、所有的压力变送器、差压变送器、热电阻、标准计量孔板、天然气组份分析仪等。工艺站场除此以外的其它计量器具都属于非强制检定的工作计量器具。5.法定计量单位：1）.我国法定计量单位的内容：主要包括6个部分。（1）.国际单位制基本单位。如：m （米） kg （千克） s （秒）a（安培） k（开） mol（摩尔） cd（坎得拉）（2）.国际单位制辅助单位。如：rad （弧度） sr（球面度）（3）.国际单位制中具有专门名称的导出单位。如：hz(1/s) 、 n(kgm/s2)、 pa(n/m2)、 j w （4）.国家选定的非国际单位制单位：如：min（分）、 h（小时）、d（天）、 t（吨）等（5）.由以上单位构成的组合形式的单位：如：kg/m3 m/s2 nm3/d 等 （6）.由词头和以上单位所构成的十进倍数或十进分数单位：如：km、 mpa、 cm等词头：指十进倍数和分数单位。如：m（106） k（103）d（10-1） c（10-2） m（10-3）等词头符合字母当其所表示的数小于106时，一律用小写字母，大于或等于106时，用大写字母。总之，由以上各部分单独或各部分组合而成的单位就叫“我国的法定计量单位”2）.关于法定计量单位的一些常识：kg/m3 读作：“千克每立方米” 而不是“每立方米千克”。 m4 读作：“四次方米” 而不是“米四次方”。 体积单位 dm3 表示“立方分米” 而不是 立方米的十分之一。由两个或两个以上单位相乘所构成的组合单位，其符号可以有两种形式：例如 ： “牛顿米”的符号为 nm 或 nm由两个或两个以上单位相除所构成的组合单位，其符号可以有三种形式：例如： kg/m3 （常用） kgm-3 kgm-3类似 j/(kgk) 这样的单位，不能写成 j/kgk摄氏温度的读法：如： 20 读作“20摄氏度”， 不能读成“摄氏20度”3）.应淘汰的一些计量单位或名称：重量（淘汰）质量 重度（淘汰）密度 比重（淘汰）相对密度 度（淘汰）千瓦小时（kwh） t（淘汰） t（吨）kgf/cm2（淘汰）pa（kpa、mpa）4）.常用的一些单位换算：1英尺=12英寸 1英尺=30.48cm 1英寸=2.54mm 1海里=1852m 1英里=1609m1公顷=10000m2 7.03kgf/cm2=100lb(磅每平方英寸) 1卡（cal）=4.18焦耳（j）计量法的规定和条文很多，结合实际工作我们应该遵守的计量法规主要有：1.在任何场所都必须使用法定计量单位2.应送检的计量器具必须按规定定期进行送检。3.不能使用过期或不合格的计量仪表、器具、装置等。4.从事计量工作的人员必须持有相应的上岗证或操作证。5.使用的计量器具、计量装置、计量规程等必须符合计量法的有关规定等等。第二章 计量基础知识1.测量误差：有三种表示方法：（1）.绝对误差：测量值与真实值之差。（这里所说的真实值是指比测量用仪表精度更高的仪表的测量值，而不是指绝对的真实值）（2）.相对误差：绝对误差与真实值的比值。（3）.引用误差：（绝对误差/仪表量程）*100% 仪表的精度为仪表的最大引用误差。2.仪表的精度：是指仪表的测量值接近真实值的程度。仪表的最大允许误差=精度*仪表的最大量程/100例：求精度为1.5、量程为04.0mpa的压力表的最大允许误差。解：最大允许误差=1.5*4.0/100=0.06mpa如：某一点压力真实值为0.8mpa，则该处压力表的测量值在0.740.86mpa之间都属正常。3.有效数字：（1）.有效位数：规则：第一位数以前的零不计位数；零在数中或数后（小数）计位数；整数后面的零不一定是有效数字。例：0.094（二位） 20.5（三位） 0.0640（三位） 2500（可能是二、三、四位） 如要二位应写成：25102 或2.5103 如要三位应写成：25.0102 如要四位应写成：25.00102（2）数据修约规则：需保留数字末位数的确定规则如下：1）它后面的数字大于5时，末位进1；2）它后面的数字小于5时，末位不进；3）它后面的数字恰好时5时，末位为奇数时进1，末位为偶数时不进，即奇进偶不进；例：将下列数字变为只保留一位小数。12.36712.4 12.34112.3 12.3512.4 12.4512.44.有效数字的运算法则：1）加减运算：以小数点后位数最少者为基准，其余各数均比该数多取一位，结果也多取一位。例：60.4+2.02+0.046760.4+2.02+0.05=62.472）乘除运算：以有效位数最少者为基准，其余各数均均多取一位，结果也多取一位。例：603.210.324.0116030.324.01=48.13）幂运算：结果比运算前多取一位。例：6962=48441648441025.我国天然气计量的标准条件压力：1个标准大气压（101.325kpa） 温度：20、293.15k在标准条件下，1立方米天然气称为1标方或1标米3或1nm36.温度压力常用单位压力单位：pa 1pa=1n/m2 1mpa =1000kpa=106pa1kgf/cm2=0.098mpa=0.1mpa（约） 1mpa=10.2kgf/cm2（约）温度单位：、k(热力学温度)、f(华氏温度)t=273.15+ f=9/5+32 =5（f-32）/9第三章 流量计及流量计算一、 天然气计量的常用流量计一）、分类天然气流量计简介：已经使用或即将投用的流量计大致有以下种类：差压式流量计、涡轮流量计、流体振动流量计、容积式流量计、超声流量计、靶式流量计和科氏质量流量计等。二）、特性各类流量计有关特征对比一览表类型项目 靶式 孔板 涡街 旋叶式 涡轮 阿牛巴 电磁 超声波 质量 转子 精度 0.5-2.5 0.5-1.5 0.5-1.5 高 高 2.5 1.0 1.5 高 1-2.5 压损 小 大 较小 大 大 小 小 小 大 大 低速 可 难 难 可 可 难 难 难 可 可 高温 可 可 - - - 可 - - 难 - 检定 - 自检 - - - - - - - - 含气 可 - - - - - - - 可 可 无菌 可 难 - - - 可 可 可 可 - 防腐 可 难 - - - - 可 可 难 可 远传 智能型 智能型 智能型 - - 智能型 智能型 智能型 智能型 - 重量 轻 一般 轻 重 一般 轻 重 重 重 轻 价格 中 中 低 中 中 低 贵 贵 昂贵 低 大粘度 可 - - - 可 - 导电液 难 可 - 小管径 可 - - - 可 - - - 可 - 量程比 510:1 3:1 1:20 1:50 1:50 4:1 10:1 10:1 20:1 5:1 含杂质 可 - - - - - 可 可 - - 故障率 低 低 低 一般 一般 高 低 低 低 低 介质种类 气、汽、液 气、汽、液 气、液 液、汽 液 液、汽 导电液 气、液 气、汽、液 液 结垢影响 小 大 大 大 大 大 小 大 大 大 粘附影响 小 大 大 大 大 大 小 大 小 大 测量原理 压差 压差 频率 容积 容积 压差 速度 速度 质量力 压差 补偿方式 密度 密度 密度 - - 密度 - 密度 密度 - 积算方式 开方、线性 开方 线性 线性 线性 开方 开方 线性 开方 - 瞬时显示 智能型 智能型 智能型 - - 智能型 智能型 智能型 智能型 - 安装方法 任意 水平 任意 水平 水平 水平 水平 任意 水平 垂直 安装难易 易 难 易 难 难 易 难 难 难 易 维护使用 易 专人 易 易 易 易 难 难 易 易 使用寿命 可 可 一般 不长 易磨损 不长 可 可 可 可 三）、 流量换算表体积流量换算表单位升/分(l/min)米3/时(m3/h)英尺3/时(ft3/h)英国加仑/分(ukgal/min)美国加仑/分(usgal/min)美国桶/天(bbl/d)升/分10.062.11890.219970.2641889.057米3/时16.667135.3143.6674.403151英尺3/时0.47190.02831710.10380.12474.2746英国加仑/分4.5460.027279.632511.2003241.1美国加仑/分3.7850.22738.02080.8326134.28美国桶/天0.11040.006240.233940.024280.029171质量流量换算表 单位千克/时(kg/h)千克/分(kg/min)千克/秒(kg/s)吨/时(t/h)磅/时(lb/h)磅/秒(lb/s)千克/时116.71032781060.0012.205612106千克/分60116.71030.06132.336.710336006013.67.91032.205吨/时100016.727810312205612103磅/时0.4547.561031261060.4541031278106磅/秒163327.20.4541.6336001四）、流量计名词中英文对照 电磁流量计：electromagnetic flowmeter科里奥利质量流量计：coriolis mass flowmeter明渠流量计：open channel flowmeter孔板流量计：orifice plate flowmeter转子流量计：rotameter涡轮流量计：turbine flowmeter量热式流量计：calorimetric flowmeter容积流量计：positive displacement (pd) flowmeters超声波流量计：ultrasonic flowmeter文丘里流量计：venturi flowmeter热式质量流量计：thermal mass flowmeter涡街流量计：vortex flowmeter多相流量计：multiphase flowmeter水槽与堰道流量计：flumes and weirs flowmeter二、 标准孔板计量装置所谓标准检测件是只要按照标准文件设计、制造、安装和使用,无须经实流标定即可确定其流量值和估算测量误差。非标准检测件是成熟程度较差的,尚未列入国际标准中的检测件。差压式流量计是一类应用最广泛的流量计,在各类流量仪表中其使用量占居首位。近年来,由于各种新型流量计的问世,它的使用量百分数逐渐下降,但目前仍是最重要的一类流量计。优点: (1)应用最多的孔板式流量计结构牢固,性能稳定可靠,使用寿命长。 (2)应用范围广泛,至今尚无任何一类流量计可与之相比拟。 (3)检测件与变送器、显示仪表分别由不同厂家生产,便于规模经济生产。缺点:(1)测量精度普遍偏低;(2)范围度窄,一般仅3:14:1;(3)现场安装条件要求高;(4)压损大(指孔板、喷嘴等)。1.标准计量孔板测量原理天然气经过孔板后，在孔板前后产生差压，实验结果证明，天然气的流量和差压的平方根成正比，算出比例系数也就测出了流量。气体节流装置：1.文丘利管 2.喷嘴 3.孔板计算机计量流量和双波纹管差压计计量流量的相同部分。2.取压方式根据取压点开孔位置的不同分为 1）.法兰取压：上、下游取压孔中心线距孔板同侧端面的距离都是25.4mm。2）.角接取压（环室取压和单独钻孔取压）3.流量计算 上式中孔板流量计量系统由节流元件标准孔板、绝对压力变送器、差压变送器、铂电阻及流量计算机组成。（标准孔板计量装置示意图 ） pt-绝对压力变送器 tt-铂电阻 ft-差压变送器标准孔板计量装置产生偏差的原因很多，应按照从易到难的原则，主要检查以下几个方面：1) 检查出现误差期间的参数表或压力历史趋势，看是不是因为全线的压力不均匀或管存变化量的计算误差造成。2) 检查孔板阀上下游导压管是否有漏气点、上游导压管漏气使流量偏低，下游导压管漏气使流量偏高。3) 检查孔板阀上下游导压管是否有堵塞现象。（平常应定期对上下游导压管进行排污吹扫）4) 检查流量计算机内输入的计量参数同现场实际的参数是否一致，（如孔板内径、组分参数、压力、差压的量程、计量直管段内径、铂电阻量程等）5) 检查孔板安装的方向和磨损情况，如果孔板装反，流量偏低17%左右。6) 检查参与计量的各种计量器具是否在有效期内。7) 检查线路上是否有较大的漏气点或偷气现象。8) 从现场变送器中直接测取各种参数，进行手工或检测程序计算，结果与流量计算机计算的流量相比较，看流量计算机计算的值是否有明显错误。按影响计量的参数划分，可能有如下原因：影 响因 素产生偏差的原因偏差性质处理方法及步骤备注压力1、 引压管漏气或堵塞2、 变送器偏差3、 流量计算机通道偏差差4、 表压转换成绝压时产生偏差正或负正或负正或负正或负紧固，避免漏气。检查变送器的零点和量程设置，校验压力变送器。检查流量计算机中压力的零点和量程与现场变送器一致；对能校验通道的流量计算机校验压力通道，不能校验的则更换流量计算机。检查流量计算机中设置，确认本地大气压设置的准确性。*采用绝压变送器除外。差压1、 引压管漏气或堵塞2、 变送器偏差3、 流量计算机通道偏差正或负正或负正或负紧固，避免漏气。检查变送器的零点和量程设置，校验差压变送器。检查流量计算机中差压的零点和量程与现场变送器一致；对能校验通道的流量计算机校验相应通道，不能校验的则更换流量计算机。温度1、 套管内缺导热油或导热油导热系数低。2、 铂电阻偏差3、 流量计算机通道偏差正或负正或负向套管内添加足够的、合格的导热油校验铂电阻，如不合格，更换，有变送器的注意检查变送器量程设置和转换精度。检查流量计算机相应通道的零点和量程设置，校验通道，如无效，更换流量计算机。其他参数包括流量计量公式中系数的选择、公式的选择。正或负对流量计算机进行校验，联系厂家检查内部程序，如不能解决问题，将流量计算机返修或更换。孔板1、 孔板阀密封不严导致内漏。2、 孔板阀外漏负正或负检修孔板阀。其他对计量系统进行整体标定，调整相应参数，确保误差在允许误差范围之内。三、rmg trz03 涡轮流量计涡轮流量计,是速度式流量计中的主要种类,它采用多叶片的转子(涡轮)感受流体平均流速,从而且推导出流量或总量的仪表。一般它由传感器和显示仪两部分组成,也可做成整体式。涡轮流量计和容积式流量计、科里奥利质量流量计称为流量计中三类重复性、精度最佳的产品,作为十大类型流量计之一,其产品已发展为多品种、多系列批量生产的规模。优点:(1)高精度,在所有流量计中,属于最精确的流量计;(2)重复性好;(3)元零点漂移,抗干扰能力好;(4)范围度宽;(5)结构紧凑。缺点:(1)不能长期保持校准特性;(2)流体物性对流量特性有较大影响。1、结构：如上图所示流量计本体包含了带有涡轮轴的测量系统，测量元件的上游安装了整流器，能充分消除气流的扰动和旋涡，使气体平稳地通过测量元件。承压侧的涡轮产生的旋转运动通过涡轮涡杆及磁耦合机构传送到非承压侧的表头，涡轮转速经过表头的齿轮机构被减速，减速比可通过选择适当的可调节齿轮进行调整，机械计数器显示出工况下的体积流量，同时输出相应的低频脉冲信号。 在涡轮流量计的叶轮和辅助叶轮上输出感应式高频信号。辅助叶轮是一个凸轮，它与涡轮安装在同一个轴上，能与涡轮同步工作。2、原理rmg trz03 涡轮流量计符合din33800标准，是适用于气体流量计量。流量计机械表头显示工况压力和温度条件下的累计体积流量。气体通过进口端的整流器后，作用在轴向安装的叶轮上。叶轮的转速和气体的流速成正比，通过涡轮涡杆及磁耦合机构将叶轮的转动传送到表头计数器。四、康乐创超声波流量计 超声流量计是通过检测流体流动对超声束(或超声脉冲)的作用以测量流量的仪表。根据对信号检测的原理超声流量计可分为传播速度差法(直接时差法、时差法、相位差法和频差法)、波束偏移法、多普勒法、互相关法、空间滤法及噪声法等。超声流量计和电磁流量计一样,因仪表流通通道未设置任何阻碍件,均属无阻碍流量计,是适于解决流量测量困难问题的一类流量计,特别在大口径流量测量方面有较突出的优点,近年来它是发展迅速的一类流量计之一。优点:(1)可做非接触式测量;(2)为无流动阻挠测量,无压力损失;(3)可测量非导电性液体,对无阻挠测量的电磁流量计是一种补充。缺点:(1)传播时间法只能用于清洁液体和气体;而多普勒法只能用于测量含有一定量悬浮颗粒和气泡的液体;(2)多普勒法测量精度不高。1、康乐创超声波流量计工作原理1010gcn外夹式气体流量计采用是与1010液体流量计完全相同的数字式多脉冲multipulse时差技术。每声道的两个宽束超声波换能器，互为发射和接收传感器，用于测量流经流量计的天然气流量。利用高精度和超稳定的数字相位检测回路来测量每一方向（顺流和逆流）的声波到达时间。通过这种检测方法，1010gcn气体流量计能够分辨100皮秒内的相关联声波的传输时间差(dt)。考虑到通常的气体流体的时间差范围在100x103 到10x106 皮秒之间，1010gcn流量计可以提供相当宽范围的量程比。1010gcn还采用相位标记技术，使得系统可以在相同的分辨率情况下检测非常高的流速。通过接收到的精确信号，流量计根据顺流和逆流的时间差计算出原始流速。管道内径流向声速康乐创宽束换能器 = sin-1 (vos / vphase)tl = 2 * id / (vos * cos()vf = vphase * dt / (2 * tl)其中： vos = 气体的声速vphase = 换能器中的声速id = 管道内径tl = 气体中的传播时间dt = 测量的时间差流态补偿尽管气体的绝对粘度很低，但动力粘度要高于水。1010gcn流量计通过计算气体的密度除以输入的固定粘度，连续计算动力粘度。雷诺数的计算公式如下：rn = 645 * 管内径 * vf 这里 粘度 = cs = cp / 密度 流量计根据这一计算出的雷诺数，用内置的雷诺数补偿数据表所确定的流态（层流或紊流）来补偿实际的流速。同时将流速折算出体积流量。rate（流量） = vf * comp(rn)（修正雷诺数） * pipe area（管截面积）外夹、超声、宽束wide-beamtm 流量计采用基本的传播时间法，如图vi-1和vi-2所示，两个外夹式换能器捆绑在管道的外面。两个传感器发射和接收具有时间标志的脉冲。零流量时，声波在两个传感器之间往返的时间是完全相同的。实际上，这是唯一可以实际测量零流量的技术。流体开始流动时，顺流方向的传播时间较短，而逆流方向的传播时间较长。通过测量上述顺流和逆流的时间差，来确定管道内流体的流量。（参见下页有关宽束技术和外夹式换能器用管道作为信号声导技术的介绍。）图vi-1的安装方式称为“反射式”。两个换能器安装在管道的同侧。超声波从管道的一侧射入，通过对面管壁的反射，由同侧的另一个换能器接收。采用直径式操作，而不是弦式操作，后面将详细介绍直径式和弦式相比的优点。反射式可以避免非正常的流态如横向流的影响，并且具有自动调零autozerotm 和动态调零zeromatic pathtm 的功能（在管道周围空间不足时，采用反射式安装更容易。） axial beam injection管轴向声束 upstream transducer downstream transducer 上游换能器 下游换能器 flow 流向 q q = refraction angle 折射角图 vi-1: 反射式安装图vi-2显示的是另外一种安装方式，称为“直射式”。换能器安装在管道的两侧，也为直径式操作。直射式对于声导性差的流体或管道材质可以提供更好的性能，因为它缩短了声道的长度。 upstream transducer axial beam injection上游换能器 管轴向声束 flow 流向 q q = refraction angle折射角 downstream transducer 下游换能器figure vi-2: direct mode implementation图 vi-2: 直射式安装康乐创流量计的技术特点是： 自动调零autozerotm：不需停止流动即可确定零点。 动态调零zeromatic pathtm：通过自动连续地修正漂移系数，避免零点漂移的影响。 避免声束折射产生的偏差。 宽束wide-beamtm：宽束超声波可以避免由于管道内介质属性的变化或流量变化所产生的影响。 采用较高的频率 (250k 到 2m hz)工作，不受阀门噪音和振动的影响。 由于采用的是宽束方法，需要很少的声道即可达到较高的性能。 宽束具有较大的声道测量含盖区域（约35%） 时间测量分辨率为皮秒级，其他产品为纳秒级。 采用变频扫描技术，与管壁的相位速度和频率相匹配。因此，管道成为声音的波导，扩展了换能器范围。 由于采用要求匹配的宽束技术诀窍，管壁中没有信号失真。 采用较低的信号传输电压(15伏)，其他产品为高压(300伏或更高) 采用反射式安装技术，其他产品为直射式安装。若采用直射式安装，我们可以将测量流速范围扩大一倍。 对声束的吹离有更强的免疫力。根据管道规格和工艺条件的不同，我们的反射式安装可以测量的最大流速高达150 f/s。若采用直射式安装，可以达到300 f/s。宽束技术康乐创采用宽束技术向管道内发射声波，而不是其他厂家的窄束技术。管道本身作为声导向管道内流体发射超声波。与窄束技术相比，宽束技术在各种流量和不同的流体质量下性能卓越。采用窄束技术，信号在单一固定频率下发射到管壁，不考虑管道壁厚。换能器作为发射装置，管壁作为换能器和流体之间的媒介。结果是，这一固定的频率不能与所有管道的特性相匹配，也就达不到贸易交接计量和泄漏检测需要的精度等级。宽束技术的突破是将成对换能器的注入角和频率与管壁的声音特性相匹配，产生宽束特有的共振波形。用管道作为声波波导，信号传输时不产生失真(见图4)。由于管道实际上是向流体发射信号的元件，在流体中的信号波形必须与管壁中的信号波形相匹配。实际上，换能器只是激励了管壁中的共振，管壁也就成为换能器系统的主要组成-而不是要克服的障碍。因为管壁在传输中作为共鸣板，声发射面的有效长度远大于实际换能器的物理尺寸，这就是宽束技术卓越不凡之处。通常声束的宽度是实际换能器工作面长度的3至5倍，或者说是3” 至15”（取决于换能器的规格）。 气体中的声束是非常准直的，这是由于较大的传输区域和低的气体声速，所以只有很小的声束散射。传输脉冲检测的管壁信号传输脉冲传输脉冲气体信号传输脉冲传输脉冲传输脉冲1:传输脉冲进入换能器4:管壁信号进入接收换能器2:声脉冲进入管壁和气体5:气体信号进入接收换能器6:由流量显示计算机检测到 的气体信号3:声脉冲在管壁的反射信号figure 4图 宽束信号入射(显示的是协调一致的信号将管道变为“流量传感器”)为了精确的匹配管道的声音特性，宽束技术要求采用的频率远高于一般的插入式换能器。宽束技术用于气体测量的工作频率范围通常在200 khz到2.0 mhz之间。这一频率可以避免来自阀门等的低频噪音影响，而对于插入式传感器的超声波流量计，工作在100khz 至 200khz的频率范围内，因此阀门等低频噪音对插入式有灾难的影响。采用宽束技术，声波信号是以与管道相匹配的共振频率发射到管壁中的。这一匹配的频率是通过采用康乐创专利的技术实现的，即宽带、变频扫描。换能器激发管壁振动，使管壁成为发射装置（图vi-1和图vi-2所示）。通过用管壁作为发生器，声束宽度与窄束技术相比加宽很多。宽束声波可以减小高速流体造成的声束吹偏的影响，只要“部分”声束被接收换能器接收，即可连续、精确的测量操作。同样杂物（固体颗粒、液体中的气泡、气体中的液滴）也不能向窄束那样完全遮挡住整个宽束。利用这些特性，宽束技术可以测量各种可变特性的流体，因为可以将接收换能器放置在声波传输声道上的任何位置，均可接收到信号而与流体中信号折射角度无关。该技术不受温度或流体特性变化的影响，也不受混入的湿气和固体的影响。（这一技术的显著特点是只需要很低的安全驱动电压 (+15v)；窄束技术通常用300v或更高的电压来发射信号，这在石油行业是超出安全范围的。）下面图vi-3 和 vi-4显示的是窄束声波注入可以影响流量计运行的两种情况。图vi-3a显示的是窄束换能器在某一特定的流量下标定的，但是该流量低于实际使用的流量。结果造成窄束声波被吹离所对应的接收换能器。图vi-3b显示的是宽束技术是如何防止吹离的影响的，因为对宽束声波的吹离sonic beam is blown away 声束从接收换能器处被吹离开from receive transducer flow流向高流速 低流速high flow rate zero flow ratea narrow beam b wide-beam 窄束 宽束图vi-3：高流速流体对窄束和宽束的吹离影响图vi-4显示的是流体质量对性能的影响。污染物可以削弱换能器之间的信号强度。在vi-4a图中是窄束的技术，污染物可以影响大部分的声束。而对图vi-4b中的宽束技术，由于污染物的位置是统计分布的，在同一时间只能有一部分被影响，还是能接收到足够的信号确保连续和精确的流量测量。 a narrow beamb wide-beam 窄束 宽束figure vi-4: effects of aeration on signal transmission in narrow-beam wetted transducer vs. clamp-on wide-beam system图vi-4：在信号传输过程中含气（或含湿）对窄束湿接触换能器和外夹式宽束系统的影响横向流的补偿外夹式流量计的一个特点是只能直径操作，因为外夹式声束只能沿着直径平面发射声波。参见图vi-5，很容易理解，宽束反射外夹式超声波换能器是如何修正横向流的影响的。当采用反射模式安装时，主声束和反射声束之间的角度，受横向流的影响的角度大小相等，方向相反。因此通过简单的计算，即可得知横向流对外夹式流量计的影响仅为每度0.007 %，而对单平面双声束（多声道）弦式插入式流量计系统的影响为，对液体是每度3.4 %；对气体是每度13 %。 upstream transducer downstream transducer 上游换能器 下游换能器actual angle increasescrossflow 横向流实际角度增加 axial flow 轴向流理想的角度 expected angle actual angle decreases实际角度增加figure vi-5: correction of crossflow effects by wide-beam, reflect mode, clamp-on, ultrasonic transducers2、超声波流量计算机的功能流量显示计算机执行仪表软件中设计的功能，指导安装，获取管道及流体相关参数，驱动仪表显示及报告功能，与外部系统进行流量数据通讯。使用控制面板，直接进入已经设计好的菜单，进行程序操作。（当流量计算机在一个通讯网络中使用时，可进行远程调控。）随机附送的现场操作手册中有软件使用的详细介绍。需要注意的是，菜单中有很多可直接使用或修改的缺省设置。由于流量计可提供很多复杂的功能，所以相应的文档很大，这里只是个简介。installation安装在流量计安装过程中，系统提供了快速安装选项，计算机可以执行或帮助操作者执行好几个步骤。这些步骤包括，输入管道参数，确定换能器位置，以及清零。康乐创的流量计算机包含这些功能。安装菜单中的这些选择包括管道数据，应用数据，选择/安装换能器，数据记录仪设置，诊断数据。例如，根据管道参数（管道外径，管道材质，壁厚等）选择和定位换能器。在反射式安装模式中，autozero可自动完成零流量设定程序。在菜单中执行完install completed操作后，可进行该命令操作。autozero功能可以消除换能器不对称引起的零漂的影响，并且提高小流量情况下的测量性能。（可在不停输的情况下进行autozero）diagnostics诊断诊断数据中包括流量数据，应用信息，流体数据，现场设置和测试工具。可参见下表：flow data流量数据flow rate, total data, alarm data, adjustable flow limits流量，累积量，报警，可调的流量上下限application information应用信息current meter operating status当前仪表操作的状态liquid data流体数据current reynolds number and rtd temperature readings (when equipped with optional rtd measurement capability)当前的雷诺数和rtd温度传感器的读数（当配有rtd测量功能时）site setup现场设置current transducer setup data and signal status当前传感器的设置和信号状况test facilities测试工具system test and recovery routines系统测试和恢复第四章 气态方程式及有关计算一、理想气体状态定义：指分子本身不占有体积，分子间不存在引力和斥力的气体。0.5mpa以下的实际气体可当作理想气体进行计算。理想气体状态方程式：p1v1/t1=p2v2/t2 pv/t=p1v1/t1p=0.101325mpa t=293.15k二、实际气体方程式实气体的分子是占有体积而且分子间具有引力和斥力，用理想气体状态方程式进行计算结果与实际有偏差，特别是在高压低温下，由于气体的压缩性，结果偏差更大。因此，在实际计算中引入了一个修正系数z（压缩系数）方程式： pv/t=p1v1/t1z 各参数单位：pmpa（绝对压力）vm3tk z气体压缩系数，无量纲。例题：一段天然气管线，体积为1000m3，表压为1.6mpa，温度为30，求管内天然气在标准条件下的体积。（其中z=0.97，当地大气压约取0.1mpa）解：状态1实际状态，状态2标准状态（t=20摄氏度，p=0.101325mpa）由公式： pv/t=p1v1/t1z 得：v=tp1v1/pt1z绝对压力=表压+当地大气压其中： t=20+273.15=293.15 k p1=1.6+0.1=1.7mpa v1=1000m3t1=30+273.15=303.15 k p=0.101325mpa 0.1mpa v=（293.15*1.7*1000）/（0.1*303.15*0.97）=16948（nm3）标准状态体积估算方法标准状态下的体积=实际状态下的体积（管线容积）*实际状态的绝对压力*10气体状态方程式还有一种形式pv=nzrt=（m天/m）*zrt其中：n摩尔数、m分子量、m天天然气质量（g）、r气体常数（=8.314x10-6mpa.m3/mol.k）例题：某天然气汇管，v为15m3，p为绝压为0.8mpa，温度t为18摄氏度，天然气分子量为16.08，求管内天然气质量。（其中z=1，当地大气压=0.101mpa）解：由公式：pv=（m天/m）*zrt得：m天=pvm/rzt=（0.8*15*16.08）/（8.314*10-6*（18+273.15）=79715（g）三、.平均压力公式p=(2/3)(p1+p22/(p1+p2) 条件：管道内气体流动均匀，即进、出气量平衡。实际p有偏差，管存量有偏差。 平均压力比.平均数大一点。pmpa（绝对压力）四、.管存量计算用气体状态方程式计算 v=tp1v1/pt1z v的概念 p1用平均压力 推导时按静止气体。条件：1.管道中间没有分输或进气。例1：某管线长292公里，管径4266。某日某时刻，首站出站压力为3.8mpa（表压），末站进站压力为3.0mpa（表压），首、末站当地大气压都约取0.1mpa，全线平均温度为15度（计算公式），全线平均压缩系数z=0.97，（首、末站）计算该时刻全线的管存量。解：根据公式： v=tp1v1/pt1z 分输口影响忽略不计 p1=3.9 mpa p2=3.1 mpa 平均压力=3.52 mpa管容量v1=3.14（0.414/2）2292000=39287m3 t1=288.15k z=0.97 p=0.101325 mpa t= 293.15kv=293.153.5239287/0.101325288.150.97 =1431444n m3例2：某管线长292公里，管径4266，分输口用气量已经较大。某时刻，首站压力为3.8mpa（表），分输口前