【摘要】超(chao)聲波流量(liang)計 是一種(zhǒng)常見的天(tian)然氣計量(liàng)設備，主要(yào)以某設計(ji)工程爲例(li)，通過對超(chao)聲波流量(liàng)計在天然(ran)氣貿易交(jiao)接計量🌈中(zhong)的測量原(yuán)理及方法(fa)、安裝條件(jiàn)、系統設計(ji)以及實施(shi)♊效果等一(yī)系列應用(yong)流程分析(xī)，以此來爲(wèi)超聲波流(liu)量計在天(tian)然氣貿易(yi)交接計量(liàng)中的有效(xiào)應📞用提供(gòng)理論依據(jù)。
1超聲波流(liú)量計概述(shu)
　　超聲波流(liu)量計是一(yī)種以速度(dù)差法爲原(yuan)理所設計(ji)的一種液(ye)🈲體流量測(ce)量儀器，其(qi)采用了先(xiān)進的多脈(mo)🔞沖技術、信(xin)号數字化(huà)處理技術(shù)以及糾錯(cuo)技術，可以(yǐ)被廣泛應(ying)用于各類(lei)工業現場(chang)💚的環境中(zhōng)，具有計量(liàng)方便、準确(què)以及經濟(ji)實惠等多(duo)種優點[1]。從(cóng)👉使用功能(neng)和特點來(lái)看，超聲波(bo)流量計利(lì)用信号數(shu)字化的處(chù)理技術，可(kě)以進一步(bu)确保測量(liang)信号的穩(wen)定性，提高(gāo)了測量的(de)抗幹擾能(néng)力，有利于(yu)提高計量(liàng)的精度，且(qie)超聲波流(liu)量計内的(de)無機械傳(chuan)動部件🧡不(bu)容易損壞(huài)且不需要(yao)進行後期(qī)維護，使用(yòng)周期長。
2超(chao)聲波流量(liàng)計在天然(ran)氣貿易交(jiāo)接計量中(zhong)的應用
2.1超(chao)聲波流量(liàng)計的選擇(zé)
　　爲了滿足(zú)天然氣貿(mào)易交接計(ji)量的精度(dù)要求，在對(dui)其計量方(fang)式進行選(xuan)擇時必須(xū)選擇超聲(shēng)波流量計(jì)。目前🙇‍♀️，市場(chǎng)中常🏃🏻‍♂️見的(de)超聲波流(liú)量計主要(yao)包括2、4、5以及(jí)🍉6聲道技術(shu)，2聲道流量(liàng)計☔僅可用(yòng)于精度要(yào)求爲1%的計(ji)量中，4和5聲(sheng)道流量計(jì)的精度可(ke)以準到0.5%，而(ér)🌈6聲道流量(liàng)🍉計的精度(dù)則可以準(zhǔn)到0.25%，多以4和(he)5聲道流量(liang)計的應用(yòng)相對較多(duō)，但🏃🏻‍♂️随着近(jìn)年來6聲道(dào)流量計技(jì)術水平的(de)不斷提升(sheng)🔱，其逐漸被(bei)廣泛💚應用(yòng)于實際應(yīng)用中，并發(fa)揮出較好(hǎo)的應用效(xiao)果。6聲道超(chao)聲波流量(liàng)計主要使(shǐ)用了3個平(ping)面的6個聲(sheng)道進行測(ce)量，在高斯(si)-切比雪夫(fu)🐆理論下記(ji)性排列，即(jí)使在不對(dui)稱或者渦(wo)⛷️流的情況(kuàng)下也均可(kě)以☂️實現對(dui)流速的有(yǒu)效測量。
2.2測(cè)量原理及(ji)方法
　　從計(jì)量原理來(lái)看，超聲波(bo)流量計可(kě)以使聲脈(mo)沖在💚管道(dao)内實現逆(ni)流和順流(liú)的傳播，通(tong)過對傳播(bō)時間的測(ce)量，以此來(lái)計算📞出其(qí)在工作條(tiao)件下通過(guò)氣體超聲(sheng)流量的氣(qi)體軸向平(píng)均流速和(he)流量，工作(zuo)原理見圖(tu)1。

　　圖(tú)1所示爲單(dan)聲道超聲(sheng)波的工作(zuo)原理圖，其(qí)中L表示直(zhí)線傳播的(de)⭐距離，x表示(shì)垂直傳播(bō)的距離，D則(ze)表示管徑(jìng)，聲脈沖的(de)傳播時間(jiān)可🔴使用以(yǐ)下公式進(jìn)行計算：

　　公(gōng)式中，t1表示(shì)反向傳輸(shū)時間，t2表示(shì)正向傳輸(shu)時間，v表示(shì)天然氣流(liú)體速度，c表(biao)示聲速，根(gen)據上述公(gong)式進行轉(zhuǎn)變，可進一(yī)步🔱得出天(tian)然氣流體(tǐ)速度和聲(shēng)速公式如(ru)下：

　　天然氣(qì)施工過程(chéng)中的瞬間(jian)體積流量(liàng)qvf的計算公(gong)式如下：
qvf=vπ（D/2）2
　　其(qi)中，qvf表示當(dang)前工況條(tiao)件下天然(rán)氣的瞬間(jiān)體積流量(liàng)，π（D/2）2表示管道(dào)的橫截面(miàn)積，通過對(duì)公式的進(jìn)一步轉變(biàn)可以得出(chu)qvf的計算公(gong)式如下：
　　其(qi)中，qvn用于表(biao)示标準參(can)比條件下(xia)天然氣産(chǎn)生的瞬間(jiān)體🐪積流量(liang)，Pn表示标準(zhǔn)參比條件(jian)下産生的(de)絕對壓力(lì)，Pf表示工☔作(zuò)條件下的(de)絕✍️對靜壓(yā)力，Tn表示标(biāo)準參比條(tiáo)件下産生(sheng)的熱力學(xué)溫度，Tf表🐇示(shi)工作條件(jian)下的熱力(li)學溫度，Zn表(biao)示标準參(can)比條件下(xià)産生的壓(ya)縮因子，Zf表(biǎo)示工作條(tiao)件下的壓(yā)縮因子。
2.3安(an)裝條件
①安(an)裝溫度：從(cóng)安裝的溫(wēn)度條件來(lái)看，溫度計(jì)的安裝應(yīng)當在-20℃～60℃的🔞環(huan)境下，工作(zuò)環境應當(dang)保證在-40℃～60℃，在(zài)實際安裝(zhuāng)的🌂過程🔆中(zhōng)，應❄️當結合(he)具體的施(shi)工環境采(cǎi)取相應的(de)防曬或防(fáng)凍💜措施。②安(an)裝環境：在(zài)安裝超聲(shēng)波流量計(jì)時，盡量避(bì)免在振動(dong)的環境下(xià)安裝，尤其(qi)是可以導(dao)緻信号處(chù)理單元等(deng)出現共振(zhen)的環✊境，同(tong)時也應🔅當(dāng)避免可能(néng)💃存在的電(diàn)器噪聲✂️環(huan)境。③注意事(shi)項：a超聲🌈波(bō)信号電纜(lǎn)與具有強(qiang)電場以及(jí)強磁場電(diàn)器設備與(yǔ)電纜之間(jian)的距離🔴必(bì)須超過1.5m，若(ruo)設備或電(dian)纜帶有屏(ping)蔽的穿🌈金(jin)屬保護管(guan)時，二者之(zhī)間的距離(li)則必須🍓超(chao)過0.8m；b電纜的(de)鋪設必須(xū)嚴格按照(zhao)工程的操(cao)作規範施(shi)工，使埋地(di)鋪設的深(shen)度⭕必須超(chao)過70cm且需要(yào)埋于凍💃土(tǔ)層下方；c自(zì)動計量系(xì)統✂️必須根(gēn)據工程的(de)實際情況(kuang)，将其設置(zhì)爲保護接(jie)地或信号(hao)回路接地(dì)等接地方(fang)式，确保接(jiē)地方式的(de)可靠性，使(shǐ)接🌈地電阻(zǔ)符合工程(cheng)的标準要(yao)求；d流量計(jì)或儀表的(de)安裝🏃🏻‍♂️必須(xu)嚴格按照(zhao)工程的施(shī)工标準，以(yi)免出現由(you)于安裝不(bu)規範所造(zào)成的測量(liang)誤差；e減少(shǎo)安裝過程(cheng)中聲學噪(zao)♈聲對測❤️量(liang)結果或性(xìng)能産生的(de)影響，盡量(liàng)将流量計(ji)安♌裝于🥰調(diao)節閥的上(shang)遊處，減少(shao)其他噪音(yīn)對流量計(ji)量結果産(chan)生影響，或(huò)通過于下(xia)遊管段安(an)裝彎管的(de)方式，利🔴用(yòng)緩沖的氣(qi)☔量流速以(yǐ)此來減少(shao)噪音對計(jì)😘量結果産(chan)生的影響(xiang)；f安裝前仔(zǎi)細檢查流(liú)量計附近(jìn)是否存☂️在(zài)可能的流(liu)動脈動，并(bìng)采取相應(ying)的措施減(jiǎn)少脈動⛷️對(duì)測量🐆結果(guo)産生的影(ying)響，減少測(ce)量結果的(de)不确定性(xìng)。
2.4系統設計(jì)
　　根據超聲(sheng)波流量計(jì)的具體測(cè)量方法以(yi)及安裝條(tiao)件，需要針(zhen)對超聲波(bō)流量計、壓(yā)力傳感器(qì)、溫度傳感(gan)器以及流(liú)量計⭐算機(jī)分别進行(hang)系統設計(ji)，設計方法(fa)如下：①超聲(sheng)波流量計(ji)：根據工程(chéng)的基本要(yào)求，所安裝(zhuāng)的超聲波(bo)流量計爲(wei)DN250氣體超聲(shēng)波流量計(ji)[2]，通過對天(tian)然氣貿易(yi)交📱接計量(liàng)的計算，其(qi)日均氣量(liang)爲1×106m3，該超聲(shēng)🤞波流量計(jì)共計包括(kuo)4個超聲波(bo)測量聲道(dào)，可以有效(xiao)實現對輸(shu)送管道内(nei)天然氣貿(mao)易交接量(liàng)的有效測(cè)量，其可以(yǐ)通過對超(chāo)💯聲換能器(qì)聲波信号(hao)的有效利(li)用，實現對(dui)電路以及(ji)DSP微👣控制器(qì)所組成信(xin)号處理單(dān)元的有效(xiao)采集和處(chu)理，并将其(qí)轉換爲相(xiàng)應的脈沖(chòng)輸出信号(hao)。②壓力傳感(gan)器：下📧遊直(zhí)管段上安(ān)裝了壓力(lì)傳感器，主(zhu)要用于被(bei)測氣體壓(ya)💔力的測量(liang)，輸出的标(biao)準信号爲(wèi)4～20mA，利用計算(suan)機将其上(shàng)傳至流👨‍❤️‍👨量(liang)計算機上(shang)，從而用于(yu)壓力補償(chang)中。③溫度傳(chuán)感器：下遊(you)直管段㊙️上(shang)💔同時安裝(zhuāng)了溫度傳(chuán)感器，以此(cǐ)來實現對(duì)被測量氣(qi)體溫度的(de)測量，與壓(ya)力傳感器(qì)相同，均利(li)用計算機(jī)将其上傳(chuan)至流量計(ji)算機上，從(cóng)而用于壓(yā)力補償中(zhong)。④流量計算(suàn)機：在使用(yòng)流量計算(suàn)機對流量(liàng)進行計算(suan)時，通常會(hui)💜利用串口(kǒu)通信或頻(pín)率輸入的(de)方式以此(ci)來實現對(dui)流量計所(suǒ)統計工程(cheng)流量信息(xī)的有效采(cǎi)👨‍❤️‍👨集和整合(hé)，同時也将(jiāng)分别采集(ji)壓力傳感(gan)器以及溫(wēn)度傳感器(qì)所上傳的(de)相關🔞數據(jù)信息，所有(yǒu)🍉的數據采(cai)集以🏃‍♂️及信(xin)号輸送等(deng)方式均符(fu)合國家的(de)相關規定(dìng)，且内部🤞的(de)系統軟件(jiàn)具有設計(ji)合理性，計(ji)量管理功(gong)👌能齊全等(děng)特點，擁有(yǒu)安全的數(shu)據庫，且計(ji)算機的儲(chu)存功能較(jiào)爲🌐龐大，可(kě)☀️以有效實(shí)現對被測(cè)量各種曆(li)史數據的(de)儲存以及(ji)相關配置(zhì)參數的修(xiu)改等，具有(yǒu)良好的電(dian)磁兼容性(xing)。其中，計算(suan)機的體㊙️積(ji)量運算采(cai)💁取了多種(zhǒng)氣體壓縮(suō)因子的計(ji)算方式，且(qiě)根據不同(tóng)🏃‍♂️的特定場(chǎng)所均有其(qi)所符合的(de)計算方式(shi)。
2.5運行維護(hu)
　　運行維護(hù)作爲确保(bao)超聲波流(liú)量計穩定(dìng)運行的主(zhǔ)要🛀🏻工作環(huan)節，針對超(chao)聲波流量(liang)計的維護(hù)主要以《GB/T18604-2014用(yòng)氣體超聲(sheng)流量計 測(cè)量天然氣(qi)流量》[2]中的(de)運行維護(hù)和保養要(yao)求進行運(yun)行維護，并(bìng)定期對超(chao)聲波流量(liang)計、溫度傳(chuan)感器以及(ji)壓力傳感(gǎn)器等進行(háng)統🧑🏽‍🤝‍🧑🏻一的維(wei)護和保養(yǎng)，針對不同(tóng)設備的保(bǎo)養操作流(liu)程等進行(háng)詳細的規(gui)範，做出明(ming)确的規定(dìng)。
2.6實施效果(guǒ)
　　根據《GB/T18604-2014用氣(qi)體超聲流(liú)量計測量(liàng)天然氣流(liu)量》中的規(guī)定，對超♻️聲(sheng)波流量計(jì)的實際運(yun)行效果進(jìn)行分析，結(jié)果從計量(liàng)準确🤞性來(lái)看，經☎️過1周(zhou)的運行，其(qi)所計量的(de)準确性🌈相(xiang)對較高，且(qie)在使用的(de)過程中并(bing)未進行維(wéi)護，相較于(yu)傳統的标(biao)準孔闆流(liu)量計，超聲(sheng)波流量計(jì)發揮出了(le)更高的計(jì)量準确性(xìng)，且不确定(dìng)因素相對(dui)✊較少。從計(jì)量的可靠(kao)性來看，由(yóu)于超聲波(bō)流量計在(zài)使用前采(cǎi)♍取了設💃🏻計(jì)的方式設(shè)定了具有(you)針對性的(de)計😄量系統(tǒng)方案，因此(cǐ)通過其在(zài)流程區域(yu)🌏内于标準(zhun)孔闆流量(liàng)計的串聯(lian)，結果發現(xian)超聲波流(liú)量計所産(chan)生的誤差(chà)明顯低于(yu)标準孔闆(pǎn)流量計，進(jin)一步體現(xiàn)♻️出了超聲(shēng)波流量計(jì)的實💋際應(yīng)用高效果(guo)。
3結語
　　綜上(shang)所述，通過(guo)對超聲波(bo)流量計在(zài)天然氣貿(mao)易交☂️接計(jì)量中的應(ying)用分析，将(jiang)爲其他工(gōng)程内的超(chāo)聲波流量(liang)計應用提(ti)供有效的(de)理論依據(ju)，從而爲提(tí)高我⛹🏻‍♀️國的(de)天然氣貿(mào)易交接計(ji)量精細化(hua)管理水平(píng)産生了積(ji)極的影響(xiang)，爲超聲波(bo)流量計日(ri)後的廣泛(fàn)應用和推(tui)廣做出了(le)巨大的貢(gòng)獻

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