【摘要(yao)】超聲波流(liu)量計 是一(yi)種常見的(de)天然氣計(ji)量設備，主(zhu)要以某設(she)計工🍉程爲(wei)例，通過對(dui)超聲波流(liu)量計在天(tian)然氣貿易(yi)交接計量(liang)中的測量(liang)🧡原理及方(fang)法、安裝條(tiao)件、系統設(she)計以及實(shi)施效果等(deng)一系列應(ying)用流程分(fen)析，以此來(lai)爲超聲波(bo)流量計在(zai)天然❤️氣貿(mao)易交⁉️接計(ji)量中的有(you)效應用提(ti)供理論🔞依(yi)據。
1超聲波(bo)流量計概(gai)述
　　超聲波(bo)流量計是(shi)一種以速(su)度差法爲(wei)原理所設(she)計🧑🏽‍🤝‍🧑🏻的💁一種(zhong)液體流量(liang)測量儀器(qi)，其采用了(le)先進的多(duo)脈沖技術(shu)、信号數字(zi)化處理技(ji)術以及糾(jiu)錯技術，可(ke)以被廣泛(fan)㊙️應用于各(ge)類工業現(xian)場的環境(jing)中，具有計(ji)量方便、準(zhun)确以及經(jing)濟實惠等(deng)多種優點(dian)[1]。從使用功(gong)能和特點(dian)來看，超聲(sheng)波流量計(ji)利用信号(hao)數字化的(de)處🌈理技術(shu)，可以進一(yi)步确保測(ce)量信号的(de)穩定性，提(ti)高了測量(liang)的抗幹擾(rao)能力，有㊙️利(li)于提高計(ji)量的精度(du)，且超聲波(bo)流量計内(nei)的❌無機械(xie)傳動部件(jian)不容易損(sun)壞且不需(xu)要進行後(hou)期維護，使(shi)用周期長(zhang)。
2超聲波流(liu)量計在天(tian)然氣貿易(yi)交接計量(liang)中的應用(yong)
2.1超聲波流(liu)量計的選(xuan)擇
　　爲了滿(man)足天然氣(qi)貿易交接(jie)計量的精(jing)度要求，在(zai)對其🌐計量(liang)📱方式進行(hang)選擇時必(bi)須選擇超(chao)聲波流量(liang)計。目前，市(shi)場中常❗見(jian)的超聲💋波(bo)流量計主(zhu)要包括2、4、5以(yi)及6聲道技(ji)🈲術，2聲道流(liu)量計僅可(ke)用于精度(du)要求爲1%的(de)計量中，4和(he)5聲道流量(liang)計的精度(du)可🌂以準到(dao)0.5%，而6聲道流(liu)量🔴計的精(jing)度則可以(yi)準到0.25%，多以(yi)4和5聲道流(liu)量計的應(ying)用相對較(jiao)多，但随着(zhe)近年來6聲(sheng)道流量計(ji)技術水平(ping)的不斷提(ti)升，其逐漸(jian)☀️被廣泛應(ying)用于實際(ji)應用中，并(bing)發揮出較(jiao)好的應用(yong)效果。6聲道(dao)超聲波流(liu)量🈲計主要(yao)使用了3個(ge)平面的6個(ge)聲道進行(hang)測量，在高(gao)斯-切比雪(xue)夫🏃‍♀️理論下(xia)記性排列(lie)，即使在不(bu)對稱或者(zhe)渦👅流的情(qing)況🐪下也均(jun)可以實現(xian)對流速的(de)有效測量(liang)。
2.2測量原理(li)及方法
　　從(cong)計量原理(li)來看，超聲(sheng)波流量計(ji)可以使聲(sheng)脈沖在管(guan)道内實現(xian)逆流和順(shun)流的傳播(bo)，通過對傳(chuan)播時間的(de)測🌈量，以此(ci)來計算出(chu)其在工作(zuo)條件下通(tong)過氣體🥰超(chao)聲流量的(de)氣體軸向(xiang)平均流速(su)和流量，工(gong)作原理見(jian)圖1。

　　圖1所示爲(wei)單聲道超(chao)聲波的工(gong)作原理圖(tu)，其中L表示(shi)直線傳💜播(bo)的距離，x表(biao)示垂直傳(chuan)播的距離(li)，D則表示管(guan)徑，聲脈沖(chong)的傳🥵播時(shi)間可使用(yong)以下公式(shi)進行計算(suan)🔴：

　　公式中，t1表(biao)示反向傳(chuan)輸時間，t2表(biao)示正向傳(chuan)輸時間，v表(biao)示天然氣(qi)流體速度(du)，c表示聲速(su)，根據上述(shu)公式進行(hang)轉變，可進(jin)一步得出(chu)天然🔞氣流(liu)體速度和(he)聲速公式(shi)🌈如下：

　　天然(ran)氣施工過(guo)程中的瞬(shun)間體積流(liu)量qvf的計算(suan)公式如下(xia)：
qvf=vπ（D/2）2
　　其中，qvf表示(shi)當前工況(kuang)條件下天(tian)然氣的瞬(shun)間體積流(liu)量，π（D/2）2表示管(guan)道的橫截(jie)面積，通過(guo)對公式的(de)進一步轉(zhuan)變可以得(de)出qvf的計算(suan)公式如下(xia)：
　　其中，qvn用于(yu)表示标準(zhun)參比條件(jian)下天然氣(qi)産生的瞬(shun)間體積㊙️流(liu)量，Pn表示标(biao)準參比條(tiao)件下産生(sheng)的絕對壓(ya)力，Pf表示工(gong)作條件下(xia)的絕🆚對靜(jing)壓力，Tn表示(shi)标準參比(bi)條件下産(chan)生的熱力(li)學溫度，Tf表(biao)示工作條(tiao)件下的熱(re)💚力學溫度(du)，Zn表示标準(zhun)參比條件(jian)下産生的(de)壓縮因子(zi)📧，Zf表示工作(zuo)條件下的(de)壓縮☂️因子(zi)。
2.3安裝條件(jian)
①安裝溫度(du)：從安裝的(de)溫度條件(jian)來看，溫度(du)計的安裝(zhuang)應當在-20℃～60℃的(de)環境下，工(gong)作環境應(ying)當保證在(zai)-40℃～60℃，在實際安(an)裝的過程(cheng)中，應當結(jie)合具體的(de)施工環境(jing)采取相應(ying)的防曬或(huo)防凍措施(shi)。②安裝環境(jing)✍️：在安裝♊超(chao)聲波流量(liang)✍️計時，盡量(liang)避免在振(zhen)動的環境(jing)下安裝，尤(you)其是可以(yi)導緻信号(hao)處理單元(yuan)等出現共(gong)振的環境(jing)，同時也應(ying)當避免可(ke)能存在的(de)電器噪聲(sheng)環境。③注意(yi)事項：a超聲(sheng)波信号電(dian)纜與具有(you)強電場以(yi)及強磁場(chang)電器設備(bei)與🛀🏻電纜之(zhi)間的距離(li)㊙️必須超過(guo)1.5m，若設備或(huo)😘電纜帶有(you)屏蔽的穿(chuan)金屬保護(hu)管時，二者(zhe)之間的距(ju)離則必須(xu)超過0.8m；b電纜(lan)的鋪設👉必(bi)須嚴格按(an)照工程的(de)操作規範(fan)施工，使埋(mai)地鋪設的(de)深度✌️必📐須(xu)超過70cm且需(xu)要埋于凍(dong)🐅土層🔅下方(fang)；c自動計量(liang)系統🤞必須(xu)根據工程(cheng)的實際情(qing)況，将其設(she)置爲保護(hu)接地或信(xin)号回路接(jie)地等接地(di)方式，确保(bao)接地方式(shi)的可靠性(xing)，使接⛷️地電(dian)阻符合工(gong)🌈程的标準(zhun)要求；d流量(liang)計或儀表(biao)的安裝必(bi)須嚴格按(an)照工✍️程的(de)施工标準(zhun)，以免㊙️出現(xian)由于安裝(zhuang)不規範所(suo)造成的測(ce)量誤差；e減(jian)少安裝過(guo)程中聲學(xue)噪聲對測(ce)量結果或(huo)性能産生(sheng)的影響，盡(jin)量将流量(liang)計安裝于(yu)調節閥的(de)✂️上遊處，減(jian)少其他噪(zao)音對流量(liang)計量結果(guo)産生影響(xiang)，或通過于(yu)下遊管段(duan)安裝彎管(guan)的方式，利(li)🥵用緩沖的(de)氣量流速(su)以此來減(jian)少噪音對(dui)計量結果(guo)産生的影(ying)響；f安裝前(qian)仔細檢查(cha)流量計附(fu)近是否存(cun)在可🌂能的(de)流動脈動(dong)，并采取相(xiang)應的措施(shi)減少脈動(dong)對測量結(jie)果産生的(de)影響，減少(shao)測量結果(guo)的不确定(ding)性。
2.4系統設(she)計
　　根據超(chao)聲波流量(liang)計的具體(ti)測量方法(fa)以及安裝(zhuang)條件㊙️，需要(yao)針對💜超聲(sheng)波流量計(ji)、壓力傳感(gan)器、溫度傳(chuan)感器以及(ji)流量計算(suan)機✉️分别進(jin)行系統設(she)計，設計方(fang)法如下：①超(chao)聲波流量(liang)計：根據工(gong)程的基本(ben)💰要求，所安(an)裝💃的超聲(sheng)波流量計(ji)爲DN250氣體超(chao)聲💞波流量(liang)計[2]，通過對(dui)天然氣貿(mao)易交接計(ji)量的計算(suan)，其日均氣(qi)量爲1×106m3，該超(chao)聲🐪波流量(liang)計共計包(bao)括4個超聲(sheng)波測量聲(sheng)道，可以有(you)效💘實現對(dui)輸送管道(dao)内天然氣(qi)貿易交接(jie)量的有效(xiao)測量⁉️，其可(ke)以通過對(dui)超聲換能(neng)器聲波信(xin)号的有效(xiao)利用，實現(xian)對🔱電路以(yi)及DSP微控制(zhi)器所組成(cheng)信号處理(li)單🏃🏻‍♂️元的有(you)效采集和(he)處理，并将(jiang)其轉換爲(wei)相應的脈(mo)沖🈚輸出信(xin)号。②壓🈲力傳(chuan)感器：下遊(you)直管段上(shang)安裝了壓(ya)力傳感器(qi)，主要用于(yu)被測氣㊙️體(ti)壓力的測(ce)量，輸出的(de)标準信号(hao)爲4～20mA，利用計(ji)算機将其(qi)上傳至流(liu)量計算機(ji)上，從而用(yong)于壓力補(bu)償中。③溫度(du)傳感器🐪：下(xia)遊直管段(duan)♍上❤️同時安(an)裝了溫度(du)傳感器，以(yi)此⭕來實現(xian)✨對被測量(liang)氣體溫度(du)的測量，與(yu)壓力傳感(gan)器相同，均(jun)利用計算(suan)機❤️将其上(shang)傳至流量(liang)計算機上(shang)，從而用于(yu)壓力補償(chang)中。④流量計(ji)算機：在使(shi)用流量計(ji)算機對流(liu)量進行計(ji)算📞時，通常(chang)會利用串(chuan)口通信或(huo)頻率輸入(ru)的🐇方式以(yi)此來實現(xian)對流量計(ji)所統計工(gong)程流量信(xin)息的有效(xiao)采♊集和整(zheng)合，同時也(ye)将分别采(cai)集壓力傳(chuan)感器以及(ji)溫度傳感(gan)器所上傳(chuan)的相關數(shu)據信息，所(suo)有的數據(ju)采集以🚩及(ji)信号輸送(song)等方式均(jun)符合國家(jia)的相關規(gui)定🏃‍♀️，且内部(bu)👨‍❤️‍👨的系統軟(ruan)件具有設(she)計合理性(xing)，計量管理(li)功能齊全(quan)等特點‼️，擁(yong)有安全的(de)數據庫，且(qie)計算機的(de)儲存功能(neng)較爲龐大(da)，可以有效(xiao)實現對被(bei)測量各種(zhong)曆史數據(ju)的儲存以(yi)及相關配(pei)置參數的(de)修改等，具(ju)有良好的(de)電磁兼容(rong)性。其中，計(ji)算機的體(ti)積量運算(suan)采👈取了多(duo)種氣體壓(ya)縮因子的(de)計算方式(shi)，且根據不(bu)同的特定(ding)場所均有(you)其所符合(he)的計算方(fang)式。
2.5運行維(wei)護
　　運行維(wei)護作爲确(que)保超聲波(bo)流量計穩(wen)定運行的(de)主要✍️工作(zuo)環節，針對(dui)超聲波流(liu)量計的維(wei)護主要以(yi)《GB/T18604-2014用氣體超(chao)聲流量計(ji) 測量天然(ran)氣流量》[2]中(zhong)的運行維(wei)護和保養(yang)要求進行(hang)⭐運行維護(hu)，并定期對(dui)超聲波流(liu)量計、溫度(du)傳感器以(yi)及壓力傳(chuan)感器等進(jin)行統一的(de)維護和保(bao)養，針對不(bu)同設備🌐的(de)保養操作(zuo)流程等進(jin)行詳細的(de)規範，做出(chu)明确的規(gui)定。
2.6實施效(xiao)果
　　根據《GB/T18604-2014用(yong)氣體超聲(sheng)流量計測(ce)量天然氣(qi)流量》中的(de)規定，對超(chao)💰聲波流量(liang)計的實際(ji)運行效果(guo)進行分析(xi)，結果從計(ji)量準确性(xing)來看，經過(guo)1周的運行(hang)，其所計量(liang)的㊙️準确性(xing)相對較高(gao)，且在使用(yong)的過程中(zhong)并未進行(hang)維護，相較(jiao)于傳統的(de)标準孔闆(pan)流量計，超(chao)聲波流量(liang)計🛀🏻發揮出(chu)了更高的(de)計量準🌈确(que)性，且不确(que)定因素相(xiang)對較少。從(cong)計量的🌈可(ke)靠性來看(kan)，由于超聲(sheng)波流量計(ji)在使用前(qian)采取了設(she)計的方式(shi)設定了具(ju)有針對性(xing)的計量系(xi)統方案，因(yin)此⚽通過其(qi)在流程區(qu)域♊内于标(biao)準孔闆流(liu)量計的串(chuan)聯，結果發(fa)現超聲波(bo)流量計所(suo)産🏃‍♂️生的誤(wu)差明顯低(di)于标準孔(kong)闆流量計(ji)，進一步體(ti)現🥰出了超(chao)聲波流量(liang)計的實際(ji)應用高效(xiao)果。
3結語
　　綜(zong)上所述，通(tong)過對超聲(sheng)波流量計(ji)在天然氣(qi)貿易交接(jie)計量♍中的(de)應用分析(xi)，将爲其他(ta)工程内的(de)超聲波❤️流(liu)量💯計應用(yong)提供有效(xiao)的理論依(yi)據，從而爲(wei)提高我國(guo)的天然氣(qi)貿易交接(jie)🔞計量精細(xi)化管📞理水(shui)平産生了(le)積極的🔞影(ying)響，爲超聲(sheng)波流量計(ji)日後的廣(guang)泛應用✌️和(he)推廣做出(chu)了巨大的(de)貢獻

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