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气体超声波流量计计量系统性能影响因素分析

时间:2018/06/26来源:未知

摘要:超声波流量计在大管径天然气计量中具有突出的优点,通过对超声波流量计计量系统性能影响因素的分析,阐述噪音、杂质、气质、组分、安装等方面对天然气计量带来的误差,找出形成误差的根本原因,改变目前超声波流量计使用性能不达标的状况,使超声波流量计得到更好的运用。

1 、天然气超声波流量计计量系统及其原理:
  目前被广泛采用超声波流量计系统都在流量计算机辅助计算的情况下,直接输出标准条件下体积量。天然气超声波计量系统以天然气超声波流量计为核心,以压力变送器、温度变送器、在线色谱分析仪、流量计算机为辅助计量设备构成(图1)。
图1  天然气超声波计量系统主要设备构成

  超声波流量计信号处理单元通过计算流量计筒体中天然气的流速,测的天然气工况条件下的流量;在线色谱分析仪、压力变送器、温度变送器分别测量天然气的组分、工况压力和温度;流量计算机接收工况流量、组分、压力、温度参数,计算得到标况体积流量和总累积量,并上传至站控系统。

2 、计量系统主要的影响因素:
2.1 、噪音对超声信号和计量的影响:
  超声波流量计工作是基于超声波在不同介质和不同流向的介质中速度差异进行计量。超声波在通道中传播时间是流量计进行流量计算主要参数之一,超声换能器对超声波的收发和超声波在天然气中的衰减直接决定了传播时间测量准确性。在流量计运行过程中,导致超声信号出现问题的原因有:环境和超声噪音;超声信号衰减;管段内出现多相流动;流体密度不均匀;换能器污染或者故障。

  超声信号对计量影响主要体现在:调压阀和节流装置产生的噪声,均为宽频噪音,高频部分随着节流装置前后压差和流量增加而增加,容易和超声波流量计所使用频率(80—250)k Hz出现交叉,影响超声信号传输和传输输时间的检测,降低计量准确度。某站场在流量计下游安装了调压阀,对调压阀节流过程中的噪音进行了对比,下面是关闭超声波流量计CMB噪音过滤功能和启动CMB噪音过滤功能情况下测得的声速值。受下游调压阀噪音干扰,超声波在传播过程中出现跳动、不规则传播等现象,所测量的声速值跳动,流量计无法正常运行。经过噪音过滤,四个声道都能正常传输。

2.2、流量计安装对计量的影响:
  超声波流量计具有准确性能好、可靠性高、方便与自动控制系统连接等特点,同时对流量计设备的尺寸和安装提出了更高的要求。已有单位使用法国FLUTE企业生产的U F321型便携式流量计测试了安装尺寸误差对计量结果的影响,试验表明:当传感器之间的安装距离的相对误差为4.7%时,流量相对误差为10.7%;管道内径相对误差为-3.3%时,流量相对误差为-5.5%。此外超声波流量计换能器、型号处理单元等配件的安装质量直接影响到设备运行。某计量站流量计安装运行后,由于第二声道探头接线松动引起该声道声速值偏小,导致流量计运行时瞬时流量跳变,无法正常计量。
  由于运行过程中换能器信号线受到干扰,所测得的结果偏低,使得计量系统无法准确计量。根据超声波流量计特性,流速沿轴线均匀分布的流态能提高测量的准确性,所以在流量计上下游安装足够长直管段。一般要求上游安装5-10倍管径的直管段,下游安装3-5倍管径的直管段。

2.3 、温度、压力误差对计量的影响:
  在气体超声波流量计计量系统中,压力、温度的测量都是由现场远传仪表完成测量,该数值直接参与到流量计算中。从公式来看,所测得压力和温度直接影响流量计量结果,压力偏高,流量偏高;温度偏高,流量偏低。现场和远传仪表都在按照要求和用户需要进行检定,但是随着工作环境的变化、被测介质的变化,所测量结果都会发生偏差,因此为保证流量计量的准确性,一定要保证所使用压力、温度测量仪表的准确、可靠。

3、提高超声波流量计计量系统性能措施:
3.1、加强流量计运行监测:
  超声波流量计都配套设置自诊断系统可以通过诊断数据来判断设备使用情况。在 运 行 中 , 可 以 定 期 进 行 超 声 波 声 速 核查,实际测得声速和计算声速差值不得超过±0.2%;观察效率因子,必须接近于100%(一般不能低于90%),在高流速的情况下,效率因子有可能会低于60%;在正常运行时,瞬时流量应该保持平稳,出现突变或者高频率大幅度正负跳变时说明流量计运行不稳定或者失准;电压增益值数值应该较为稳定,增加幅度不大,当增益值明显升高时,表示信号的接受强度开始减弱。

3.2、减少超生噪音:
  在运行过程中,尽量保证流量计前后阀门全开,使用下游调节阀进行流量调节。这是因为,当气体超声波流量计上游阀门节流时除了能产生大家能听到的声音外还能产生人耳无法听到高频超声波,当这种声波的频率与气体超声波流量计的工作频率相近时气体超声波流量计信噪比降低,从而影响流量计的测量准确度。

3.3、保证被测介质流速均匀,工况稳定:
  在运行时尽量保持被测介质流速、流量、压力都比较稳定,并且符合在流量计运行条件。当压力较低时,流体容易发生流动状态变化和流态转换,在流经流量计时,超声换能器穿 越不同流态介质时会产生较大误差。厂家建议4声道气体超声流量计运行压力在2MPa以上。在清管作业期间或者管线需要注醇时,尽量避免流量计运行。当有大量的含水天然气或者带有较多不均匀甲醇的天然气流经流量计时,所测得的气质组分、流量等都会有较大的误差,影响计量结果。

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