超声波流量计计量系统性能的主要影响因素
第26卷第3期天然气工业
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丌发事_p部
2.围家原油大流髓汁最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):l】】一113.
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、大流量的天然气计量。尽管我国已
于20f)1年颁布并实施了气体超声波流量计使用方面的国家标准(jI{/T186()4—200].但是随着超声波流量计越来越广泛的使用,国内外对超声波流量计计量性能的影响因素已有了进一步的研究;而且,目前我国超声波流量计在天然气计量中的应用效果也还需要进一步改善。团此,根据目前国、内外最新研究成果.对噪声、脏污、压力及温度测量对超声波流量计计量系统性能的主要影响因素以及控制对策进行了分析探讨,以期改变虽经实验室检定合格、但用于现场却不能达到预期计量性能效果的情况,使超声波流量计在现场能够得到更好的应用。
主题词
天然气
超声波流量计噪声脏污温度压力影响对策
气体超声波流量计自20世纪90年代用于天然件等的存在总会产生一定的噪声,但是,现场不断变气流量计量以来,在欧美等发达国家的高压、大流量化的工况条件(如流量、压力和温度)以及各种不同天然气计量中得到了广泛的应用。近年来,欧美等类型的“噪声发生器”(流动调整器、压力调|i了阀等)知名实验室(如美国CEEsl、荷兰NMi等)均针对其都使得对噪声大小的确定较为困难。总的来说,噪计量性能影响冈素开展厂研究,并Ⅱ对褶关的标准声的产生源主要有:①流过管道的高速气流;②突人已开始进行制订或修订,如国际标准化组织ISo已的探头;③整流器;④压力或流量调节阀等。根据超经开始制订气体超声波波流量计的标准,美国石油声波流量计的工作原理可以知道,如果噪声的频率学会也正在进行AGANo.9—1998的修订工作。
与超声波流量计的工作频率范围一致,就会干扰到我国自21世纪初开始在天然气流量计量领域超声波脉冲的探测、影响到对传输时间的准确测量,中引入超声波流量计,并且随着我国天然气工业的最终导致体积流量的测量不准。超声波流量计对降发展,已有几百台超声波流量计正在或将要用于高压元件产生的噪声尤其敏感,甚至有些低噪声阀门压、大流量的天然气贸易计量。超声波流量计在高比调压阀对超声波流量计产生的影响还要大,这是压、大流量的天然气流量计量中虽然具有其他流量因为采用了低噪声技术的阀门主要是针对人耳可听计所不可比拟的优势,但是由于实际使用条件往往见的噪声范围进行降噪,而这个范围与影响超声波与实验室条件差异较大。因此,为确保其计量性能,信噪比的声谱范围不完全一致。
仍然需要注意几个方面的问题,如:由于噪声、脏污国外气体流量实验室(GasunieResearch,荷兰)等影响造成超声波流量计计量准确度降低,甚至完开展的不同类型的“噪声发生器”(如整流器、调压阀全不能正常【作;同时,由于温度和压力测量仪表也等)对超声波流量计性能影响的定量测量实验研究是超声波流量汁计量系统中的一部分,因而温度和结果表明,噪声(如整流器产生的噪声)对某砦类型压力的测量准确度将直接影响到计量系统的准确度。
的气体超声波流量计准确度和稳定性的影响非常一、影响计量系统性能的现场因素
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E游的噪声元件产生的影响比安1.噪声
装在下游大。在2()04年A(jANo.9的修订版中也(1)噪声对超声波流量计计量性能影响的概述特别提出了调压阀安装位置太近以及压差过大产生管路系统中由于阀门、整流器以及各类阻流管
的噪声对超声波计量性能的影响及有关注意事项。
作者简介:杨声将,1972年生,二I: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、№自动化方面的1:作。地址:(6l0051)四川省成都J刖苻青路一段3号。电话:(028)85601184,13219069080。Email:sjyang@sohu.∞m
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11l
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天然气工业2006年3月
(2)噪声对超声波流量计计量性能影响的测试2)测试设备(见表1)
1)测试原理
国家原油大流量计量站用不确定度为o.25%的表1在检定周期内的测试设备表组合文丘利管音速喷嘴作流量标准装置,就噪声对序号
测量参数仪器名称不确定度
超声波波流量计计量性能进行测试。将超声波流量1标准器组合音速喷嘴
±O.25%计与文丘利组合音速喷嘴串联,在压力和温度充分2超声波流量计压力
Rosemount
3051CG变送器
±O.075%稳定的条件下,按AGANo.9报告和JJGl98—94以3超声波流量计温度工业铂电阻温度计wZP一24SA
A级及Is()/TRl2765要求进行测试,考察噪声对其准确4
大气压DPG数字压力表
±0.05%
0
时间
秒表±O.1
s
度、重复性等计量性能的影响。其流程为:在低流速6
天然气组分
色谱仪
±O.1%
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)。
3)测试结果
所谓“理想条件”是指安装条件较理想,如无弯头、无过渡部件、无阻流件等,流场较稳定,如无脉动流,无漩涡流;“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,流场不稳定,如有脉动
1L————卜——斗
流,有旋涡流等(即有噪声)。
前直管段170D后直管段15D
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
图1
低流速段测试流程示意图
注:声2/户l≤o.85;p1为测试压力,用一、二级调压控制在o.20%能力,但噪声引起流量计的计量性能在非理想条件稳定度以内;p。为喷嘴下游出站压力,不加控制
下比在理想条件下差。
表2不同安装条件下的测试数据表
Q(AGANo.9中划分的准确度拐点Q—O.1Q。。)以上
Q(AGANo.9中划分的准确度拐点QT—o.1Q。。)以下
安装条件
糨对看簧值误差(酝警
j豢_暑灌复性(%)
相对示值误差(%)
重复性(%)
理摩蔫簪|一,、一?”j:毒奶馥jj譬
|『
。.j疗一O.64
O.30非理想条件
O.50
}
0.18
1.45
O.09
2.脏污堆积
对脏污物堆积影响的敏感程度各不相同。有实验表含水、硫化铁粉末或其他脏污的天然气流过超明,脏污堆积对口径小的超声波流量计较口径大的声波流量计时,脏污逐渐堆积在流量计表体管道内超声波流量计的影响更大。
以及超声波探头上,可能会影响超声波流量计的准3.温度、压力测量的准确度
确度,其影响主要有以下3个方面。
超声波流量计计量系统一般由流量计、压力变(1)减小了流量计表体的有效内径,流量计读数送器、温度变送器(或温度铂电阻)、流量计算机及在偏高。
线组分分析仪组成,通过输入组分及压力、温度,流(2)脏污在超声波探头表面堆积缩短了传输时量计算机可直接将流量计的工况流量转换为用于贸间,流量计读数偏高;但如果流量计内壁有较明显的易计量交接的标准参比条件下的体积量,其计算公腐蚀,经过清洗后,流量计的内径就会增大。由于流式为:
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,造成流量计的读数吼~糍
㈩
偏低。
式中:b表示标准参比条件下;f表示工况条件下。(3)表体内壁及上游直管段的表面粗糙度变化从公式(1)可以知道,压力和温度的测量直接影
引起流速分布的变化,从而影响流量计的准确度和响计量系统的准确度。
稳定性。
在超声波流量计计量系统中,现场使用的温度不同厂家的超声波流量计的声道布置差异导致
和压力测量仪表均经过实验室检定合格,但仍然会
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第26卷第3期天然气工业
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±o.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18~20kPa。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、减小现场因素影响的措施
1.降低噪声的影响
(1)为尽量降低噪声对超声波流量计计量准确度和可靠性的影响,在计量管路系统设计时,应对管路系统中的各阻流件所产生的噪声进行综合评估,
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、增益等参数就可能会超过生产厂家给定的合理范围。这时,就可根据对气质的监测情况进行综合分析,最后判断原因。
(3)气质条件较差时,针对多台超声波流量计并联计量的管路系统,可选择少量的较大口径的超声波流量计来减小整体测量不确定度。
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
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(修改回稿日期2005一ll一28编辑居维清)
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超声波流量计计量系统性能的主要影响因素
作者:作者单位:刊名:英文刊名:年,卷(期):被引用次数:
杨声将, 何敏, 任佳, Yang Shengjiang, He Min, Ren Jia
杨声将,Yang Shengjiang(中国石油西南油气田分公司开发事业部), 何敏,任佳,HeMin,Ren Jia(国家原油大流量计量站成都天然气流量分站)天然气工业
NATURAL GAS INDUSTRY2006,26(3)7次
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