天然氣流量計(jì)選型

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天然氣流量的測量

隨著環(huán)保實(shí)業(yè)的發(fā)展，天然氣的開發(fā)和利用越來越被人們所重視。天然氣作為清潔能源，在世界一次能源結(jié)構(gòu)中的比重逐年上升。發(fā)達(dá)國家一般已達(dá)到30％～40％，而我國起步較晚，目前這一比例還不高。

我國是天然氣資源較豐富的國家之一，但天然氣的利用卻嚴(yán)重滯后，天然氣工業(yè)發(fā)展有著很大潛力，尤其是西氣東輸工程的建設(shè)，必將為我國經(jīng)濟(jì)、社會很環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展產(chǎn)生強(qiáng)大的推動(dòng)力。

（1）我國是天然氣計(jì)量的發(fā)展趨勢和主要方法 目前，天然氣貿(mào)易計(jì)量分為體積計(jì)量、質(zhì)量計(jì)量和能量計(jì)量三種。工業(yè)發(fā)達(dá)國家質(zhì)量計(jì)量和能量計(jì)量兩種方法都在使用。我國天然氣貿(mào)易計(jì)量是在法定要求的質(zhì)量指標(biāo)下以體積或能量的方法進(jìn)行交接計(jì)量，目前基本上以體積計(jì)量為主。

按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定[10],天然氣的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)體積流量qn以Nm3/s為單位，工作狀態(tài)體積流量qf以m3/s為單位；質(zhì)量流量qm以kg/s為單位；能量流量以MJ/s為單位。

①天然氣標(biāo)準(zhǔn)體積流量計(jì)算。標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)體積流量qn計(jì)算式為

                qvn=qnf                     (3.38)

或               qvn=qm/ n                    (3.39)

式中  qvn――標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)體積流量，Nm3/s；

      qvf――工作狀態(tài)體積流量，m3/s，體積流量計(jì)實(shí)測值；

      qm――質(zhì)量流量，kg/s，質(zhì)量流量計(jì)實(shí)測值；

      ρf――工作狀態(tài)下的密度，kg/m3，實(shí)測或計(jì)算；

ρn――標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的密度,kg/m3,實(shí)測或計(jì)算。

天然氣在工作狀態(tài)下的密度ρf若用天然氣氣流靜壓pf、熱力學(xué)溫度Tf和壓縮系數(shù)Zf進(jìn)行計(jì)算，其公式為

                                 （3.40）

式中 Mm――天然氣的摩爾質(zhì)量，kg/kmol，參照標(biāo)準(zhǔn)GB/T11062計(jì)算；

     Ra――通用氣體常數(shù)，MJ/(kmol·K),其值為0.000831448。

天然氣在工作狀態(tài)下的密度ρn的實(shí)用公式與式（3.40）相似，其中pf、Tf、Zf用標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)的 pn、Tn、Zn替代即可。

因此，天然氣標(biāo)準(zhǔn)體積流量qn的計(jì)算式還可寫成

                         qm=qvf         (3.41)

式中 qvf――含義同式（3.38）；

      pf――工作狀態(tài)壓力，MPa，壓力實(shí)測值；

      Tf――工作狀態(tài)熱力學(xué)溫度，K，溫度實(shí)測值；

      Zf――工作狀態(tài)下天然氣的壓縮系數(shù)，按SY/T6143標(biāo)準(zhǔn)A1.4條及公式（A8）計(jì)算（或按GB/T17747.1～3標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算）；

Pn――標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)壓力，Mpa，其值為0.101325；

Tn――標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)熱力學(xué)溫度，K，其值為293.15；

Zn――標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下天然氣的壓縮系數(shù)，按SY/T6143-1996標(biāo)準(zhǔn)公式（A8）計(jì)算或按GB/T17747.1～3標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算）。

②天然氣質(zhì)量流量計(jì)算。天然氣的質(zhì)量流量計(jì)算式為

           qm＝qvfрf                       (3.42)

式中  qm――天然氣的質(zhì)量流量，kg/s，除由式（3.42）計(jì)算外，也可由質(zhì)量流量計(jì)直接測量；

qvf――含義同式（3.38）；

рf――含義同式（3.38）。

工作狀態(tài)下的天然氣密度рf可用氣體密度計(jì)在線進(jìn)行天然氣氣流密度的實(shí)測，用實(shí)測值參與流量計(jì)算。如果用式（3.40）計(jì)算рf值，應(yīng)有工作狀態(tài)下的靜壓pf，熱力學(xué)溫度Tf和天然氣組分分析數(shù)據(jù)yi（組分摩爾分?jǐn)?shù)），按相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算天然氣的摩爾質(zhì)量Mm和壓縮系數(shù)Zf，zui后才能計(jì)算出рf的值來。

③天然氣能量流量計(jì)算。天然氣的能量流量可以由標(biāo)準(zhǔn)體積流量或質(zhì)量流量乘以發(fā)熱量Hs來計(jì)算。

以標(biāo)準(zhǔn)體積流量計(jì)算能量流量的計(jì)算式為

       En=qvnHsnv                         (3.43)

式中  En――天然氣的能量流量，MJ/s；

       qvn――天然氣的標(biāo)準(zhǔn)體積流量，由式（3.38）或式（3.41）所得結(jié)果；

       Hsnv――單位標(biāo)準(zhǔn)體積的高位發(fā)熱量，MJ/m3，實(shí)測或計(jì)算。

以質(zhì)量流量計(jì)算能量流量的計(jì)算式為

                              En=qmHsnm          (3.44)

式中 En――含義同式（3.43）；

      qm――天然氣的質(zhì)量流量，由式（3.42）所得結(jié)果；

      Hsnm――單位質(zhì)量的高位發(fā)熱量，MJ/s，實(shí)測或計(jì)算。

④發(fā)熱量測量。天然氣發(fā)熱量可采用直接或間接的測量方法獲得。對于管網(wǎng)系統(tǒng)，當(dāng)使用直接測量不經(jīng)濟(jì)時(shí)，其結(jié)算用的發(fā)熱量也可以用計(jì)算方法獲得。兩種方法都有在線和離線兩種方式。

a.直接測量法。直接測量法可按GB12206標(biāo)準(zhǔn)的要求進(jìn)行。是采用水流式熱量計(jì)，由水流量穩(wěn)定調(diào)節(jié)、天然氣流量穩(wěn)定調(diào)節(jié)和測量、水溫氣溫測量、氣體燃燒和水計(jì)量五部分組成。儀器的具體操作方法修正系數(shù)計(jì)算請參閱GB12206－1998《天然氣發(fā)熱量、密度、相對密度和沃泊指數(shù)的計(jì)算方法》。

b.間接測量法。間接測量法是采用GB/T11062標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的方法測量天然氣的發(fā)熱量，它是基于對天然氣組分進(jìn)行全分析，然后進(jìn)行計(jì)算，各組分含量同各自發(fā)熱量的乘機(jī)之代數(shù)和即為天然氣的發(fā)熱量。組分分析一般采用氣相色譜法，具體操作方法請參閱GB/T13610－1992《天然氣的組成分析——氣相色譜法》。

⑤ 密度測量。天然氣密度可以用天然氣密度計(jì)在線直接測量，也可離線間接測量。

a.在線密度測量。在線密度測量是為了求得流過流量計(jì)的天然氣質(zhì)量流量。如果要求得到天然氣的標(biāo)準(zhǔn)體積流量，還需得到標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的天然氣密度。

對于孔板流量計(jì)而言，若在密度計(jì)的樣氣從上游取壓孔取出，樣氣流入在線密度計(jì)，它應(yīng)以特別低的流速流入，并保證對壓力和差壓的測量沒有影響。

除旋轉(zhuǎn)式容積流量計(jì)以外的其他流量計(jì)，在線密度計(jì)宜安裝在流量計(jì)下游，以避免流量計(jì)入口速度分布被干擾。

從取樣口到在線密度計(jì)之間的連接管線應(yīng)盡量短、連接件、管線應(yīng)絕熱保溫，以減小環(huán)境溫度對取樣氣的影響。

為確保在線密度計(jì)所測密度值與流經(jīng)流量計(jì)的密度值相同，應(yīng)將密度傳感器的露出部分和流量計(jì)的上、下游適當(dāng)長度的管路進(jìn)行隔熱。

在線密度計(jì)應(yīng)有樣氣溫度測量，當(dāng)樣氣溫度同主管道中天然氣溫度有差異時(shí)，應(yīng)該用修正值進(jìn)行補(bǔ)償。

b.離線密度計(jì)算。在計(jì)量站取樣口取出有代表性的樣氣，采用氣相色譜儀分析出天然氣的全組分分析數(shù)據(jù)，測量出主管道內(nèi)天然氣靜壓力和流體溫度，然后按式（3.40）計(jì)算工作狀態(tài)下的流體密度。其中摩爾質(zhì)量Mm按標(biāo)準(zhǔn)GB/T11602計(jì)算得到；工作狀態(tài)下壓縮系數(shù)Zf按標(biāo)準(zhǔn)SY/T6143－1996A1.4條及公式（A8）計(jì)算。

⑥幾種天然氣常用流量計(jì)選型指南。不同的準(zhǔn)確度要求和不同的使用條件，天然氣流量測量可有多種儀表可選，應(yīng)綜合考慮其準(zhǔn)確性、可靠性、安全性及經(jīng)濟(jì)性等因素后確定，過分追求高準(zhǔn)確度會增加不合理的費(fèi)用。表3.5所列是幾種天然氣常用流量計(jì)選型指南。

表3.5天然氣常用流量計(jì)選型指南

注：1.流量計(jì)zui初用的型號過大會影響小流量的測量準(zhǔn)確度。

    2.D為流量計(jì)內(nèi)徑。

（2）標(biāo)準(zhǔn)孔板差壓式流量計(jì)方法  標(biāo)準(zhǔn)孔板差壓式流量計(jì)已經(jīng)成為*zui主要的天然氣流量計(jì)，目前在國外約占60％，在國內(nèi)占90％。幾十年來AGA Report No.8總結(jié)了幾十項(xiàng)針對天然氣計(jì)量的專項(xiàng)研究和實(shí)踐應(yīng)用，在量的基礎(chǔ)上產(chǎn)生了質(zhì)的飛躍，其標(biāo)志就是標(biāo)準(zhǔn)化，即使用標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)，可以無須實(shí)流校準(zhǔn)而確定信號（差壓）與流量的關(guān)系，并估算其測量誤差，目前在全部流量計(jì)中是惟一達(dá)到此標(biāo)準(zhǔn)的。為了消除自身存在的輸出信號為模擬信號、重復(fù)性不高、范圍度窄、壓損大等重大缺點(diǎn)，采用了微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、定值節(jié)流件和標(biāo)準(zhǔn)噴嘴等技術(shù)裝置，使其技術(shù)水平有了進(jìn)一步提高。

① 流量計(jì)計(jì)算方法。用來測量天然氣流量的標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)，就其結(jié)構(gòu)和基本計(jì)算公式來說，同測量一般氣體的孔板流量計(jì)并無二致，有差異的僅僅是計(jì)算基本公式中的關(guān)鍵變量工作狀態(tài)下流體密度ρ時(shí)，針對天然氣的特性有一些的方法。AGA Report No.3 (1990~1992年第3版)《天然氣流體計(jì)量同心直角邊孔板流量計(jì)》提供了實(shí)用方法。1992年11樂美國煤氣協(xié)會出版了AGA Peport No.8《天然氣及其他烴類氣體的壓縮因子》（第2版），提供了確定壓縮因子的詳細(xì)方法。我國在GB/T2624－1993的基礎(chǔ)上，參考了這兩個(gè)報(bào)告制訂了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T6143-1996《天然氣流量的標(biāo)準(zhǔn)孔板計(jì)量方法》。

GB/T2624-1993中給出的質(zhì)量流量同差壓的關(guān)系如式（3.1）所示，由于標(biāo)準(zhǔn)孔板計(jì)量方法中規(guī)定，采用標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)的體積流量qvn計(jì)量天然氣，其計(jì)算式為

qvn=                                  (3.45)

式中  n——天然氣在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的密度，kg/m3。

將式（3.45）整理后代入式（3.1）得出標(biāo)準(zhǔn)體積流量qvn計(jì)算的基本公式為

  qvn=             (3.46)

式中 ρ1——天然氣在流動(dòng)狀態(tài)下上游取壓口處的密度，kg/m3。

 根據(jù)[10]

                                 （3.47）

                                      （3.48）

式中  Gr——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的天然氣真實(shí)相對密度；

      Za——干空氣在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的壓縮因子；

      Zn——天然氣在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的壓縮因子；

      Ma——干空氣的相對分子質(zhì)量；

      R——通用氣體常數(shù)。

聯(lián)解式（3.46）、式（3.47）和式（3.48），整理得到天然氣標(biāo)準(zhǔn)體積流量計(jì)算的實(shí)用公式：

            qvn=AsCEd2FG                  (3.49)

式中  qvn——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下天然氣體積流量，m3/s；

      As——秒計(jì)量系數(shù)，視計(jì)量單位而定，此式As=3.1794 10-6；

      C——流出系數(shù)；

       E——漸進(jìn)速度系數(shù)，E=1/ ；

       d——孔板開孔直徑，mm；

        FG——相對密度系數(shù)；

       1——可膨脹性系數(shù)；

        FZ——超壓縮因子；

        FT——流動(dòng)溫度系數(shù)；

        P1——孔板上游取壓口流體靜壓Mpa；

        p——氣體流經(jīng)孔板時(shí)產(chǎn)生的差壓，Pa；

② 系數(shù)參數(shù)確定

  a. 相對密度系數(shù)FG。該系數(shù)是在天然氣流量實(shí)用方程推導(dǎo)過程中定義的一個(gè)系數(shù)，其值按下式計(jì)算：

           FG＝                              （3.50）

其實(shí)相對密度Gr按SY /T6143A1.4確定。

b.天然氣超壓縮因子FZ。天然氣超壓縮因子是因天然氣特性偏離理想氣體定律而導(dǎo)出的修正系數(shù)，其定義式為

         FZ=                                （3.51）

式中   Zn——天然氣在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的壓縮因子；

       Zf——天然氣在流動(dòng)狀態(tài)下的壓縮因子。

FZ值按SY/T6143A1.4確定。

c.流動(dòng)溫度系數(shù)FT。流動(dòng)溫度系數(shù)FT是因天然氣流經(jīng)節(jié)流裝置時(shí)，氣流的平均熱力學(xué)溫度T偏離標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)熱力學(xué)溫度（293.15K）而導(dǎo)出的修正系數(shù)，其值按下式計(jì)算：

            FT＝                              （3.52）

式中  T＝t+273.15；

t——為天然氣流過節(jié)流裝置時(shí)實(shí)測的氣流溫度，℃。

③ 天然氣流量計(jì)算實(shí)例（孔板開孔直徑設(shè)計(jì)計(jì)算）詳見本章3.8節(jié)。

（3）氣體渦輪流量計(jì)方法  氣體渦輪流量計(jì)是僅次于孔板流量計(jì)的被廣泛用于天然氣流量測量的儀表，在美國、歐洲等地區(qū)已廣泛使用。荷蘭在天然氣管道上采用2600多臺各種尺寸、壓力從0.8～6.5Mpa的氣體渦輪流量計(jì)，其試驗(yàn)研究成果已列入標(biāo)準(zhǔn)或國家的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中。

氣體渦輪流量計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便；外形尺寸相對較??；度高‘重復(fù)性好；范圍度寬可達(dá)到15∶1～25∶1，在高壓輸氣的情況下，范圍度還可增大；其輸出為脈沖頻率信號，因此在同可編程流量顯示表配用時(shí)，容易得到較低的系統(tǒng)不確定度。近幾年來，國內(nèi)已有不少儀表廠生產(chǎn)這種儀表，并在油氣田推廣應(yīng)用。

其不足之處是渦輪高速轉(zhuǎn)動(dòng)，軸承與軸之間機(jī)械摩擦，壽命不很長，因此應(yīng)注意潤滑，可利用制造廠所提供的潤滑手段，定期補(bǔ)給潤滑油。

另外，高速流動(dòng)的氣體中如果含有較大的固體顆粒，很容易將渦輪葉片打壞，因此，渦輪流量計(jì)前的管道上應(yīng)加裝過濾器。

儀表投運(yùn)步驟：如果計(jì)量回路裝有旁通閥，應(yīng)先開足旁通閥，然后開足上游切斷閥，在緩慢開啟下游切斷閥，zui后緩慢關(guān)閉旁通閥；如果計(jì)量回路沒有安裝旁通閥，則應(yīng)先開足上游切斷閥，然后緩慢開啟下游切斷閥，防止渦輪受高速氣流沖擊而損壞。

（4）氣體超聲流量計(jì)方法  用聲學(xué)測量技術(shù)測量流體流量已有約40年的歷史，特別是20世紀(jì)90年代以來，隨著高速數(shù)字信號處理技術(shù)和*的壓電陶瓷技術(shù)的發(fā)展，用氣體超聲流量計(jì)策聯(lián)國天然氣流量的技術(shù)取得了突破性發(fā)展。由于具有高技術(shù)的氣體超聲流量計(jì)具有測量范圍寬、測量準(zhǔn)確度高、無壓損及可動(dòng)部件、安裝使用費(fèi)用低等諸多優(yōu)點(diǎn)，它以被歐美等國幾百家用戶用于天然氣貿(mào)易計(jì)量。至今已有美國、荷蘭、英國、德國等12個(gè)國家的政府批準(zhǔn)氣體超聲流量計(jì)作為法定計(jì)量器具。美國煤氣協(xié)會已于1998年6月發(fā)布了AGA Re-port No.9《用多聲道超聲流量計(jì)測量天然氣流量》。我國主要參考了該報(bào)告，并參考了ISO/TR 12765《用時(shí)間傳播法超聲流量計(jì)測量封閉管道內(nèi)的流體流量》，制訂了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)GB/T18604－2001《用氣體超聲流量計(jì)測量天然氣流量》。

① 基本原理。用來測量天然氣流量的超聲流量計(jì)一般是自帶測量管段的由超聲換能器等構(gòu)成的時(shí)差法流量計(jì)量器具，換能器一般沿管壁安裝，且直接同流體接觸，由一個(gè)換能器發(fā)射的超聲波脈沖被另一個(gè)換能器所接收，反之亦然。圖3.22所示為Txl和Tx2兩個(gè)換能器的簡化幾何關(guān)系，聲道與管道線間的夾角為， ，管徑為D。某些儀表中采用了反射聲道，此時(shí)聲波脈沖在管壁上經(jīng)一次或多次反射。

圖3.22氣體超聲流量測量的簡化幾何關(guān)系

  超聲脈沖穿過管道如同渡船河流。如果沒有流動(dòng)，聲波將以相同速度向兩個(gè)方向傳播，當(dāng)管道中的氣體流速不為零時(shí)，沿氣流方向順流傳播的脈沖將加快速度，而逆流傳播的脈沖速度緩慢。因此,相對于沒有氣流的情況，順流傳播的時(shí)間tD將縮短，逆流傳播的時(shí)間tU會增長，根據(jù)這兩個(gè)傳播時(shí)間，就可以計(jì)算測得流速。這就是時(shí)差法超聲流量的基本原理。

  在圖3.22中，有下面的關(guān)系式成立，即

                 tD=                                (3.53)

                 tU=                                (3.54)

將式（3.53）和式（3.54）聯(lián)立并解之得

                      vm=                       (3.55)

式中  L——超聲在換能器之間傳播路徑長度，m；

      X——聲道長度在管軸線的平行線上的投影長度，m；

tD、tU——超聲順流傳播時(shí)間和逆流傳播時(shí)間，s；

       c——超聲在靜止流體中的傳播速度，m/s；

       vm——流體通過換能器之間聲道上平均流速，m/s；

其實(shí)，式（3.55）計(jì)算得到的流速還只是沿聲道方向流體速度的平均值。而用戶想知道的是管道橫截面上的平均流速v，由vm計(jì)算v一般引入一個(gè)速度分布校準(zhǔn)系數(shù)kc，即

         v=kcvm

式中 v——管道橫截面上的平均流速；

     kc——流速分布校準(zhǔn)系數(shù)；

     vm——含義同式（3.55）

kc的數(shù)值主要取決于流體的雷諾數(shù)。如果聲道在通過管道軸線的平面內(nèi)，則由下式給出kc的一個(gè)近似值[11]，即

                    kc                  (3.57)

對于充分發(fā)展的紊流，如果聲道不在通過管道軸線的平面內(nèi)（即傾斜的弦線），則kc系數(shù)及它與雷諾數(shù)的關(guān)系都將不同。在多聲道流量計(jì)中，這種情況是常見的，因?yàn)閾Q能器有多種布置形式，聲道可以相互平行，也可能是其他取向。流量計(jì)可以沿兩個(gè)或多個(gè)傾斜弦線直接傳播聲波和經(jīng)反射傳播聲波。用于將各個(gè)聲道的測量值合成為平均流速的方法也隨流量計(jì)的特定結(jié)構(gòu)而變化。

②流量測量準(zhǔn)確度

a.氣體超聲流量計(jì)的測量準(zhǔn)確度受下列諸因素的影響：流量計(jì)殼體幾何尺寸和超聲傳感器位置的參數(shù)的準(zhǔn)確性；流量計(jì)所采用的積分計(jì)算；速度分布剖面的質(zhì)量、氣流的脈動(dòng)程度和氣體的均勻性；傳播時(shí)間測量的準(zhǔn)確度。傳播時(shí)間測量的準(zhǔn)確度又取決于電子時(shí)鐘的穩(wěn)定性、對聲脈沖波參考位置檢測的一致性及對電子元件和傳感器信號滯后的適當(dāng)補(bǔ)償。

對于每一尺寸結(jié)構(gòu)的氣體超聲流量計(jì)，制造廠家應(yīng)規(guī)定流量界限值，即zui小流量qmin、轉(zhuǎn)換點(diǎn)流量qt和zui大流量qmax，而且在不同的流量區(qū)間進(jìn)行任何校準(zhǔn)系數(shù)調(diào)整之前，測量性能應(yīng)滿足下列要求。

重復(fù)性： 0.2％                qt≤q≤qmax   (q為被測流量，下同。)

        0.4％                qmin≤q≤qt

分辨率：0.001m/s

速率采樣間隔：≤1s

zui大峰間誤差（見圖3.23）：0.7％，qt≤q≤qmax

零流量讀數(shù)（對于每一聲道）：<12mm/s

氣體超聲流量計(jì)的準(zhǔn)確度不僅同流速有關(guān)，而且同儀表口徑有關(guān)。對于小口徑儀表，由于聲道長度較短，在紊流氣體中測量聲波傳播時(shí)間比較困難，因此小口徑氣體超聲流量計(jì)的準(zhǔn)確度較難提高。 

b.大口徑流量計(jì)的準(zhǔn)確度。在進(jìn)行任何校準(zhǔn)系數(shù)調(diào)整之前,口徑等于或大于300mm的多聲道氣體超聲流量計(jì)應(yīng)當(dāng)滿足下列測量準(zhǔn)確度要求（見圖3.23）。

zui大誤差： 0.7％                      qt≤q≤qmax

         1.4％                       qmin≤q≤qt

c.小口徑流量計(jì)的準(zhǔn)確度。在進(jìn)行任何校準(zhǔn)系數(shù)調(diào)整之前，口徑小于300mm的多聲道氣體超聲流量計(jì)應(yīng)滿足下列測量準(zhǔn)確度要求（見圖3.23）。

圖3.23多聲道氣體超聲流量計(jì)測量性能要求匯總

zui大誤差： 1.0％         qt≤q≤qmax

           1.4％         qmin≤q≤qt

d.雙向測量的準(zhǔn)確度。氣體超聲流量計(jì)具有雙向測量能力，而且雙向測量的準(zhǔn)確度相同。

③ 儀表的使用

a.適用范圍。氣體超聲流量計(jì)適用于DN≥100mm、p≥0.3MPa（表壓）的生產(chǎn)裝置、輸氣管線、儲藏設(shè)施、配氣系統(tǒng)和大用戶終端計(jì)量站中的天然氣計(jì)量。

b.天然氣氣質(zhì)要求。流量計(jì)所測量的天然氣組分一般應(yīng)在GB/T17747和GB17820所規(guī)定的范圍內(nèi)；天然氣的真實(shí)相對密度為0.55～0.8。

在可衰減聲波的CO2含量超過10％，或在接近天然氣混合物臨界密度的條件下工作，或總含硫超過460mg/m3（包括硫醇、H2S和元素硫）的情況下，用戶應(yīng)向制造廠提出相應(yīng)的專門要求。

c.測量管內(nèi)附著物的處理。正常輸氣工況下在流量計(jì)測量管內(nèi)的附著物（如凝析液或帶有加工雜質(zhì)的油品殘留物、灰和砂等）會減少流量計(jì)的流通面積，影響計(jì)量準(zhǔn)確度。同時(shí)附著物還會阻礙或衰減超聲傳感器發(fā)射和接收超聲信號，或者影響超聲信號在流量計(jì)測量管內(nèi)壁的發(fā)射，因此流量計(jì)測量管應(yīng)定期檢查、清洗。

④ 儀表的安裝

a.避開振動(dòng)環(huán)境。氣體超聲流量計(jì)的安裝應(yīng)盡可能避開振動(dòng)環(huán)境，特別要避開可能引起信號處理單元、超聲換能器等部件發(fā)生共振的環(huán)境。

b.避免聲學(xué)噪聲干擾。來自被測介質(zhì)內(nèi)部的噪聲可能會對氣體超聲流量計(jì)的準(zhǔn)確測量帶來不利影響。在設(shè)計(jì)及安裝過程中應(yīng)讓氣體超聲流量計(jì)盡可能遠(yuǎn)離噪聲源或采取措施消除噪聲干擾。

c.氣體過濾。在氣質(zhì)較臟的場合，可在流量計(jì)的上游安裝效果良好的氣體過濾器。過濾器的結(jié)構(gòu)和尺寸應(yīng)能夠保證在zui大流量下產(chǎn)生盡可能小的壓力損失和流態(tài)改變。在使用過程中，應(yīng)監(jiān)測過濾器的差壓，定期進(jìn)行污物排放和清洗，確保過濾器在良好的狀態(tài)下工作。

d.雙向應(yīng)用的配管。如果所使用的氣體超聲流量計(jì)具有雙向流測量功能，并且也準(zhǔn)備將其應(yīng)用于這種測量場合，那么在設(shè)計(jì)安裝時(shí)，流量計(jì)的兩端都應(yīng)視為上游，即下游的管道配置形式及相關(guān)技術(shù)要求應(yīng)與上游一致，并符合直管段等要求。

⑤ 組態(tài)和維護(hù)軟件。流量計(jì)應(yīng)具有對信號處理單元（轉(zhuǎn)換器）進(jìn)行就地和遙控組態(tài)及監(jiān)控流量計(jì)運(yùn)行的能力，該軟件至少應(yīng)當(dāng)顯示和記錄下列數(shù)據(jù)：瞬時(shí)流量？軸向平均流速、平均聲速、沿每一聲道的聲速和每一超聲換能器所接受的聲波信號的質(zhì)量。

⑥ 報(bào)警功能。流量計(jì)應(yīng)能以失效安全型、干繼電器接點(diǎn)或與地隔離的無源固態(tài)開關(guān)的形式提供下述報(bào)警狀態(tài)輸出，以便及時(shí)采取應(yīng)急措施。

a.     輸出失效：當(dāng)在管輸條件下指示的流量無效時(shí)。

b.       故障狀態(tài)：當(dāng)若干個(gè)監(jiān)視參數(shù)中的任一個(gè)在相當(dāng)?shù)囊欢螘r(shí)間內(nèi)超出了正常工作范圍。

c.部分失效：當(dāng)多路聲道的一個(gè)或多個(gè)無法使用時(shí)。

⑦ 零流量檢驗(yàn)測試。每臺流量計(jì)都應(yīng)進(jìn)行零流量檢驗(yàn)測試，并遵循以下步驟，

a.在流量計(jì)兩端裝上盲板后，用抽吸或置換的方法將流量測量管內(nèi)的所有空氣排出，壓進(jìn)聲速已知的純氣體（通常為氮?dú)猓┗蚧旌蠚怏w，在這個(gè)測量腔內(nèi)保持零流量。

b.從測試開始，氣體的壓力和溫度應(yīng)保持穩(wěn)定。在零流量時(shí)，信號的順流傳播時(shí)間tD和逆流傳播時(shí)間tU應(yīng)是相等的，即

            tD＝tU=                    （3.58）

⑧ 實(shí)流校準(zhǔn)

a.       校準(zhǔn)應(yīng)測試下列流量點(diǎn)：qmin、0.10qmax、0.25qmax、0.40qmax、0.70qmax和qmax。

b.       實(shí)流校準(zhǔn)應(yīng)在用戶平均操作條件的氣體溫度、壓力和密度下進(jìn)行。校準(zhǔn)時(shí)應(yīng)考慮標(biāo)準(zhǔn)裝置的不確定度對測試結(jié)果不確定度的合成。

c.       在實(shí)流校準(zhǔn)測試時(shí)，每個(gè)流量點(diǎn)至少測試3次，每次數(shù)據(jù)采集時(shí)間不得小于100s，一般為200s，并取3次平均值，在流量下限部分，測試可增加到5～10次。

d.       校準(zhǔn)完畢，可根據(jù)各流量實(shí)驗(yàn)點(diǎn)的誤差計(jì)算校正值，并采用合適的誤差修正方法予以修正。

⑨ 現(xiàn)場驗(yàn)證測試要求。氣體超聲流量計(jì)一般都有豐富的的自診斷功能，在儀表工作異常時(shí)，調(diào)閱診斷信息，可獲得重要線索。除此之外，還可通過下面的測試和分析，對儀表工作情況作出判斷。

a.       零流量測試。在無流動(dòng)介質(zhì)的情況下，檢查流量計(jì)的讀數(shù)是否為零或在流量計(jì)本身規(guī)定的允許范圍內(nèi)。

b.       聲速測試及分析。首先測出某一工況條件下的實(shí)際聲速，再計(jì)算出相同條件下的理論聲速，兩者之間的差值應(yīng)在儀表本身規(guī)定的允許范圍內(nèi)。

c.       聲道長度測試及分析。首先測量出實(shí)際實(shí)際聲道長度，然后在零流量條件下，由理論聲速和測量出的傳播時(shí)間計(jì)算出聲道長度，兩者之間的差值應(yīng)在儀表本身規(guī)定的允許范圍內(nèi)。

d.       聲道間讀數(shù)差異檢查。對于多聲道超聲流量計(jì)，應(yīng)檢查不同聲道在零流量條件下的讀數(shù)，其讀書差異應(yīng)在儀表本身規(guī)定的允許范圍內(nèi)。

（5）城市天然氣流量計(jì)的選型  城市是天然氣使用的zui終用戶，城市普遍使用天然氣是現(xiàn)代化的標(biāo)志之一。面對系統(tǒng)繁雜、需求多樣的用戶群體，要處理許多同輸氣計(jì)量站不同的問題，其顯著的特點(diǎn)是：流體壓力較低（1.6MPa以下）；口徑較小（DN300以下）；安裝條件差（直管長度不足）;管道維修力量薄弱；要求計(jì)量儀表功能簡明易懂、操作方便、免維修、價(jià)格適中等。在作計(jì)量儀表選型時(shí)，不僅要考慮用戶的經(jīng)濟(jì)承受能力，還要兼顧用戶單位儀表選型的傳統(tǒng)習(xí)慣。在眾多的流量計(jì)類型中，除了上面三種，常見的還有下面幾種。

①旋轉(zhuǎn)式容積流量計(jì)。用作天然氣計(jì)量的旋轉(zhuǎn)式容積流量計(jì)主要是氣體腰輪流量計(jì)，不僅可用來計(jì)量干氣，也可以來計(jì)量濕氣（即伴生氣）。由于孔板流量計(jì)和渦輪流量計(jì)不適應(yīng)測量含有液滴的伴生氣，氣體腰輪流量計(jì)因沒有嚴(yán)格要求，所以相對具有一定的*性。容積式流量計(jì)的另一優(yōu)點(diǎn)是對流動(dòng)脈動(dòng)不敏感。

 氣體腰輪流量計(jì)在使用中應(yīng)注意以下幾個(gè)問題。

a.       為防卡、堵，流量計(jì)前應(yīng)加裝目數(shù)恰到好處的過濾器，并注意排污、檢查和清洗過濾網(wǎng)。

b.       儀表投運(yùn)前應(yīng)先走旁通，并確保儀表前、過濾器后的管段內(nèi)沒有焊渣等垃圾。投運(yùn)步驟與前面所述的氣體渦輪流量計(jì)相同。防止腰輪在超速條件下運(yùn)行。

c.       應(yīng)防止計(jì)量腔積液，為此，儀表應(yīng)垂直安裝，流量計(jì)應(yīng)高出工藝管線，以便定期排出積液。

d.       容積式流量計(jì)運(yùn)行出現(xiàn)問題時(shí)，其上下游差壓可能產(chǎn)生相應(yīng)變化，因此維修人員應(yīng)經(jīng)常留心觀察此差壓，從而對故障是否存在作出判斷。

e.       沖洗管道的蒸汽禁止通過流量計(jì)。

容積式流量計(jì)的不足之處是高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)噪聲較大。轉(zhuǎn)動(dòng)部分一旦被垃圾卡死就會影響天然氣的供應(yīng)。其另一個(gè)特殊的地方是有降壓脈動(dòng)。根據(jù)測量原理，腰輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)會產(chǎn)生小的壓力脈動(dòng)。通常情況下，此脈動(dòng)對自身測量無影響，但在用標(biāo)準(zhǔn)表同腰輪流量計(jì)串聯(lián)起來校準(zhǔn)時(shí)，就有可能對標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)的準(zhǔn)確度產(chǎn)生影響。

② 旋進(jìn)旋渦流量計(jì)

a.       儀表結(jié)構(gòu)與工作原理。旋進(jìn)旋渦流量計(jì)的結(jié)構(gòu)如圖3.24所示，它由殼體、旋渦發(fā)生器、檢測和轉(zhuǎn)換系統(tǒng)組成。旋渦發(fā)生器使氣流旋轉(zhuǎn)應(yīng)產(chǎn)生漩渦流，殼體內(nèi)的文丘里管及擴(kuò)散段使渦流發(fā)生進(jìn)動(dòng)，檢測元件將進(jìn)動(dòng)頻率檢測出來。轉(zhuǎn)換和顯示系統(tǒng)將檢測到的信號放大和轉(zhuǎn)換后經(jīng)運(yùn)算在顯示器上顯示并將信號送二次表處理。

b.       儀表的特點(diǎn)：工作溫度范圍寬；范圍度大；雷諾數(shù)在一定范圍內(nèi)，不受流體溫度、壓力、密度和黏度影響；適當(dāng)性強(qiáng)，除含有較大顆?；蜉^長纖維雜質(zhì)外，一般不需裝過濾器；對上下游直管段要求較低，取上游4D和下游2D直管段即可；輸出頻率同體積流量成線性關(guān)系。

圖3.24旋進(jìn)漩渦流量計(jì)結(jié)構(gòu)

   其不足之處是壓損較大，其次，旋進(jìn)旋渦流量計(jì)屬流體振動(dòng)式流量計(jì)，對于管道振動(dòng)和電磁干擾較敏感，所以只能在振動(dòng)較小、無電磁干擾的環(huán)境中使用。