_超声波流量计计量系统性能的主要影响因素

1、作者简介:杨声将,1972年生, 工程师;1997年毕业于原石油大学(华东 自动化系, 长期从事天然气工业自动化方面的工作。地址:(610051 四川省成都市府青路一段3号。电话:(028 85601184,E 2mail :sjyang超声波流量计计量系统性能的主要影响因素杨声将1何敏2任佳2(1. 中国石油西南油气田分公司开发事业部2. 国家原油大流量计量站成都天然气流量分站杨声将等. 超声波流量计计量系统性能的主要影响因素. 天然气工业,2006,26(3 :1112113.摘要随着我国天然气工业的发展, 已有大量超声波流量计用于高压、。尽管我国已于2001年颁

2、布并实施了气体超声波流量计使用方面的国家标准G B/T1860422001, 广泛的使用, , 然气计量中的应用效果也还需要进一步改善。因此, , 、脏污、压力及温度测, 以期改变虽经实验室检定合格、, 。主题词天然气压力影响对策年代用于天然气流量计量以来, 、大流量天然气计量中得到了广泛的应用。近年来, 欧美等知名实验室(如美国CEESI 、荷兰NMi 等 均针对其计量性能影响因素开展了研究, 并且对相关的标准已开始进行制订或修订, 如国际标准化组织ISO 已经开始制订气体超声波波流量计的标准, 美国石油学会也正在进行A GA No. 921998的修订工作。我国自21世纪初开始在天然气流量

3、计量领域中引入超声波流量计, 并且随着我国天然气工业的发展, 已有几百台超声波流量计正在或将要用于高压、大流量的天然气贸易计量。超声波流量计在高压、大流量的天然气流量计量中虽然具有其他流量计所不可比拟的优势, 但是由于实际使用条件往往与实验室条件差异较大。因此, 为确保其计量性能, 仍然需要注意几个方面的问题, 如:由于噪声、脏污等影响造成超声波流量计计量准确度降低, 甚至完全不能正常工作; 同时, 由于温度和压力测量仪表也是超声波流量计计量系统中的一部分, 因而温度和压力的测量准确度将直接影响到计量系统的准确度。一、影响计量系统性能的现场因素1. 噪声(1 噪声对超声波流量计计量性能影响的概

4、述管路系统中由于阀门、整流器以及各类阻流管件等的存在总会产生一定的噪声, 但是, 现场不断变化的工况条件(如流量、压力和温度 以及各种不同类型的“噪声发生器”(流动调整器、压力调节阀等 都使得对噪声大小的确定较为困难。总的来说, 噪声的产生源主要有:流过管道的高速气流; 突入的探头; 整流器; 压力或流量调节阀等。根据超声波流量计的工作原理可以知道, 如果噪声的频率与超声波流量计的工作频率范围一致, 就会干扰到超声波脉冲的探测、影响到对传输时间的准确测量, 最终导致体积流量的测量不准。超声波流量计对降压元件产生的噪声尤其敏感, 甚至有些低噪声阀门比调压阀对超声波流量计产生的影响还要大, 这是因

5、为采用了低噪声技术的阀门主要是针对人耳可听见的噪声范围进行降噪, 而这个范围与影响超声波信噪比的声谱范围不完全一致。国外气体流量实验室(Gasunie Research , 荷兰开展的不同类型的“噪声发生器”(如整流器、调压阀等 对超声波流量计性能影响的定量测量实验研究结果表明, 噪声(如整流器产生的噪声 对某些类型的气体超声波流量计准确度和稳定性的影响非常大, 其带来的计量误差可高达2%, 而且一般来说, 安装在超声波流量计上游的噪声元件产生的影响比安装在下游大。在2004年A GA No. 9的修订版中也特别提出了调压阀安装位置太近以及压差过大产生的噪声对超声波计量性能的影响及有关注意事项

6、。111第26卷第3期天然气工业储运与集输工程(2 噪声对超声波流量计计量性能影响的测试1 测试原理国家原油大流量计量站用不确定度为0. 25%的组合文丘利管音速喷嘴作流量标准装置, 就噪声对超声波波流量计计量性能进行测试。将超声波流量计与文丘利组合音速喷嘴串联, 在压力和温度充分稳定的条件下, 按A GA No. 9报告和JJ G198294以及ISO/TR12765要求进行测试, 考察噪声对其准确度、重复性等计量性能的影响。其流程为:在低流速段时, 超声波流量计位于音速喷嘴上游; 在高流速段时, 超声波流量计位于音速喷嘴下游(图1 。图1低流速段测试流程示意图注:p 2/p 10. 85;

7、 p 1为测试压力, 用一、二级调压控制在0. 20%稳定度以内; p 2为喷嘴下游出站压力, 不加控制2 测试设备(见表1表1在检定周期内的测试设备表序号测量参数仪器名称不确定度1标准器组合音速喷嘴±0. 25%2超声波流量计压力Rosemount 3051CG 变送器±0. 075%3超声波流量计温度工业铂电阻温度计WZP 224SA A 级4大气压DP G 数字压力表±0. 05%5时间秒表±0. 1s 6天然气组分色谱仪±0. 1%3 , 如无弯, 流场较稳定, 如无脉动; “非理想条件”是指在超声波流量计前有弯头、过渡部件、阻流件等,

8、 流场不稳定, 如有脉动流, 有旋涡流等(即有噪声 。表2为在理想条件下与非理想条件下的测试数据。测试结果表明:流量计虽有一定程度的抗干扰能力, 但噪声引起流量计的计量性能在非理想条件下比在理想条件下差。表2不同安装条件下的测试数据表安装条件Q t (AG A No. 9中划分的准确度拐点Q t =0. 1Q max 以上Q t (AG A No. 9中划分的准确度拐点Q t =0. 1Q max 以下相对示值误差(%重复性(%相对示值误差(%重复性(%理想条件-0. 320. 16-0. 640. 30非理想条件0. 500. 181. 450. 092. 脏污堆积含水、硫化铁粉末或其他脏污

9、的天然气流过超声波流量计时, 脏污逐渐堆积在流量计表体管道内以及超声波探头上, 可能会影响超声波流量计的准确度, 其影响主要有以下3个方面。(1 减小了流量计表体的有效内径, 流量计读数偏高。(2 脏污在超声波探头表面堆积缩短了传输时间, 流量计读数偏高; 但如果流量计内壁有较明显的腐蚀, 经过清洗后, 流量计的内径就会增大。由于流量与内径的平方呈正比, 因此, 流量计测量出的流量将小于实际流经流量计的流量, 造成流量计的读数偏低。(3 表体内壁及上游直管段的表面粗糙度变化引起流速分布的变化, 从而影响流量计的准确度和稳定性。不同厂家的超声波流量计的声道布置差异导致对脏污物堆积影响的敏感程度各

10、不相同。有实验表明, 脏污堆积对口径小的超声波流量计较口径大的超声波流量计的影响更大。3. 温度、压力测量的准确度超声波流量计计量系统一般由流量计、压力变送器、温度变送器(或温度铂电阻 、流量计算机及在线组分分析仪组成, 通过输入组分及压力、温度, 流量计算机可直接将流量计的工况流量转换为用于贸易计量交接的标准参比条件下的体积量, 其计算公式为:q b =q fp b T f Z f(1式中:b表示标准参比条件下;f 表示工况条件下。从公式(1 可以知道, 压力和温度的测量直接影响计量系统的准确度。在超声波流量计计量系统中, 现场使用的温度和压力测量仪表均经过实验室检定合格, 但仍然会211储

11、运与集输工程天然气工业2006年3月出现流量计算机的温度或压力示值不准确的情况。在对超声波流量计计量系统的天然气实流检定, 笔者发现, 由于压力或温度测量的不准确给标准参比条件下体积量带来的误差可高达±0. 5%。同时, 国外一些流体实验室的研究表明, 虽然压力变送器可在其铭牌标明的工作温度范围内正常工作, 但在室外环境温度较高的情况下(即压力变送器曝晒于阳光下, 此时变送器的工作温度与实验室校准温度差异较大 , 其压力测量值与进行了防晒保护的压力变送器测量值的差值可高达1820kPa 。因此, 为确保超声波流量计计量系统的准确度, 必须要保证压力和温度测量仪表的准确、可靠。二、减小

12、现场因素影响的措施1. 降低噪声的影响(1 度和可靠性的影响, , 应对管, 较为特殊的管路系统, 设计时可向流量计生产厂家咨询。(2 在超声波流量计与调节阀(如调压阀 串联安装时, 应咨询生产厂家, 对调节阀产生的噪声进行评估, 并了解流量计对噪声的敏感程度。一般而言, 如果调节阀安装在超声波流量计上游时, 为降低调节阀对流量计计量准确度及可靠性的影响, 通常需要较长的上游直管段, 非常不经济。同时, 如果调节阀的噪声水平较高, 常常会导致流量计不能正常工作。因此, 超声波流量计不宜安装在调节阀下游。(3 一些流量控制阀和调压阀在大压差、高流速的情况下会产生达到超声波频率范围的噪声, 某些静

13、音调压阀的工作频率也达到了超声波频率范围, 这些都可能会使流量计不能正常工作。由于这种噪声可向上游传播, 也可向下游传播。因此, 即使调节阀安装在流量计下游时, 也需要考虑噪声对流量计计量性能的影响。这种情况下, 可采取干扰噪声的传播通道的方式达到降噪的目的, 即:可在流量计与调节阀之间安装弯头、三通, 或者安装消声器。2. 减少内壁脏污堆积(1 加强对天然气气质的监测, 确定合理的直管段和流量计的清洗周期。在对超声波流量计内壁进行清洗后, 如果发现内壁腐蚀较明显, 宜对其重新进行校准。因为如果流量计内壁有较明显的腐蚀, 那么经过清洗后, 流量计的内径就会增大。而且, 由于流量与内径的平方呈正

14、比, 因而流量计测量出的流量将小于实际流经流量计的流量, 造成流量计的测量误差偏负。因此, 建议对其重新进行校准。(2 目前, 各超声波流量计生产厂家均开发有对超声波流量计现场计量性能进行监测的专用软件。在实际使用中可充分利用这些软件, 了解超声波流量计的工作情况, 并根据相关参数判断流量计是否工作正常以及可能出现的问题等。例如:如果超声波流量计内壁的脏物堆积严重, 那么声道的接收率、围。这时, 析, , 针对多台超声波流量计并, 可选择少量的较大口径的超声。3. 保证压力、温度测量的准确性(1 选择合适的测量范围, 避免仪表的实际工作范围处于量程的10%以下, 从而造成测量误差处在仪表的扩展

15、误差限内。(2 计量系统投运前, 应对压力和温度测量值进行现场核查。如使用手操器核查流量计算机内的压力变送器和温度变送器示值误差是否符合精度等级要求。某些使用温度铂电阻作为温度测量仪表的计量系统, 其流量计算机有温度校准功能, 可使用标准电阻箱输入标准电阻, 对温度进行校准。(3 对于室外工作的变送器宜设置遮阳棚, 以免环境温度接近其设计工作温度的上限, 造成较大的测量误差。参考文献1国家标准G B/T1860422001. 用气体超声波流量计测量天然气流量S.北京:中国标准出版社.2CHARL ES W D. Ultrasonic gas meter station designM .3A

16、GA No. 9. Measurement of gas by multipath ultrasonicmetersS.4KEV IN WARN ER , K L AUS ZAN KER. Noise reductionin ultrasonic gas flow measurement C.5RIEZEBOBS H J. Acoustic effects in metering stations :Impacts on performance of flow metering equipment C.6J O HN L ANSIN G , TOM MOON EY. Dirty vs. cle

17、an ul 2trasonic gas flow meter performanceC.(修改回稿日期2005211228编辑居维清311第26卷第3期天然气工业储运与集输工程MAIN FACTORS IMPACTING PERFORMANCES OF U LTRASONIC FLOWMETER MEASUREMENT SYS 2TEMYang Shengjiang 1, He Min 2, Ren Jia 2(1Oil/Gas Develop ment Division of Pet roChina Sout hwest Oil &Gasfield Company ; 2Chengd

18、u National Gas Measurement Station of National Crude Oil Metering Stationof Big Flow Rate . N A T U R. GA S I N D. v. 26, no. 3, pp. 1112113, 03/25/2006. (ISSN 1000-0976; InChineseABSTRACT :A lot of ultrasonic flowmeters have been used in high 2pressure , large 2flow rate natural gas metering , as t

19、he devel 2opment of Chinese natural gas industry. Although China issued and implement the national criterion of G B/T1860422001on the application of nature gas ultrasonic flowmeters , there are f urther international researches on factors which have impacts on measurement performance of ultrasonic m

20、eter as its wide applications. Moreover , application of ultrasonic flowmeter needs to be improved in China. So f urther studies need to be conducted on , main factors which influence ultrasonic flowmeters performance as a result of of , temperature , and the related solutions , to improve the pract

21、ical f unction of ultrasonic not only in laboratory test but also in on 2site applications.SUB JECT HEADING S :natural gas , , , temperature , pressure , impact , measurement Yang Shengjiang (engineer , , from China University of Petroleum East China in 1997. He has been engaged works of natural gas

22、 for a long term.Add :Oil/G as of PetroChina Southwest Oil &Gasfield Company ,No. 3, Sec. 1, Fuqing Road , Chengdu , Sichuan Province 610215R. ChinaT el :86228285601184C ell phone 2m ail :sjyang www. trqgy. cn/e/abstracts. asp 18A NEW METH OD FOR PREDICTING LOAD OF NATURAL G AS PIP

23、E L INE NETWORKChen Xuefeng 1, Yuan Zhongming 2, Ma Y o ngchi 2(1Long Distance Pipeline Inspection and App raisal Cen 2ter of Pet roChina Sout hwest Oil &Gasfield Company ; 2Sot hwest Petroleum Instit ute . N A T U R. GA SI N D. v. 26, no. 3, pp. 1142116, 03/25/2006. (ISSN 1000-0976; In ChineseA

24、BSTRACT :Precise predictions on pipeline networks are the precondition of economical and secure operation. The numerous existing methods for prediction of pipeline network load were reviewed , and a multi 2model combined forecast method based on f resh degree f unction was developed. This method was

25、 derived f rom the single 2model prediction technology. The f resh degree f unction is brought into the multi 2model combined forecast method , which can effectively describe the variation trend of the data list and improve the self 2adaptive recurrent algorithm and f uzzy variable weight combined f

26、orecast method. The improved com 2bined forecast method integrates helpf ul information of all other prediction methods. Moreover , the weight coefficient of the optimum combined forecast is the f unction of time , making it a high 2precision , easy 2calculation method.SUB JECT HEADING S :natural gas , pipeline network , load , combination