【摘要】超聲(shēng)波流量計 是(shì)一種常見的(de)天然氣計量(liang)設備，主要以(yǐ)某設計工程(chéng)爲例🈲，通過對(dui)超聲波流量(liàng)計在天然氣(qì)貿易交接🌐計(ji)量✔️中的測量(liàng)🛀原理及方法(fa)、安裝條件、系(xi)統設計以及(jí)實施效果等(deng)一系列應用(yòng)流🤟程分析♊，以(yi)此來爲超聲(sheng)波流量計在(zai)天然😘氣貿易(yi)交接計量中(zhong)的有效應用(yòng)提供理論依(yi)據。
1超聲波流(liu)量計概述
　　超(chāo)聲波流量計(ji)是一種以速(su)度差法爲原(yuán)理所設計的(de)一種液🧑🏾‍🤝‍🧑🏼體流(liu)量測量儀器(qì)，其采用了先(xiān)進的多脈沖(chong)技術、信号數(shu)🤞字化處理技(ji)術以及糾錯(cuò)技術，可以🔞被(bei)廣泛應用于(yu)✂️各類工🌈業現(xian)場的環境中(zhong)，具有計量方(fang)便、準确以及(ji)經濟📧實惠等(deng)多種優點[1]。從(cong)使用功能🛀和(he)特點來看，超(chāo)聲波流量計(jì)利用信号🏃🏻‍♂️數(shù)字化的處🌈理(li)技術，可以進(jìn)一步确保測(ce)量信号的穩(wěn)定性，提高💃了(le)測量的抗幹(gàn)擾能力，有利(li)于提高計量(liàng)的精度，且超(chao)聲波流量計(ji)内的無機械(xie)傳動部件不(bu)容易損壞且(qie)不需要進行(háng)後期維護，使(shi)用🛀周期長。
2超(chao)聲波流量計(ji)在天然氣貿(mào)易交接計量(liang)中的應用
2.1超(chāo)聲波流量計(jì)的選擇
　　爲了(le)滿足天然氣(qì)貿易交接計(ji)量的精度要(yao)求，在對👉其計(jì)量方式進行(háng)選擇時必須(xū)選擇超聲波(bō)流量計。目前(qian)，市場🐕中常🌈見(jiàn)的超聲波流(liu)量計主要包(bāo)括2、4、5以及6聲道(dào)技術，2聲道🐕流(liú)量計僅可用(yòng)于精度要求(qiu)爲1%的計量中(zhong)，4和5聲道流量(liang)計⚽的精度可(ke)以準到0.5%，而😘6聲(shēng)道流量🐉計的(de)精度則✉️可以(yǐ)準到0.25%，多以4和(he)5聲道流量計(ji)的應用相對(dui)較多，但随着(zhe)近年來6聲道(dao)流量計技術(shu)水平的不斷(duan)提升，其逐漸(jian)被廣泛應用(yong)于實際應用(yòng)中，并發揮出(chū)較好的應用(yòng)效🌈果。6聲道超(chāo)聲波流量計(ji)主要使用了(le)3個平面的6個(ge)聲道進行測(ce)量，在高斯-切(qiē)比雪夫⭕理論(lun)下記性排列(lie)，即使在不對(dui)稱或者渦流(liu)的情況下也(ye)均可以實現(xiàn)對流速的有(yǒu)效測量。
2.2測量(liàng)原理及方法(fǎ)
　　從計量原理(li)來看，超聲波(bō)流量計可以(yi)使聲脈沖在(zai)管道内實現(xian)逆流和順流(liú)的傳播，通過(guò)對傳播時間(jiān)🐆的測👄量，以此(cǐ)來計算出其(qí)在工作條件(jian)下通過氣體(ti)超聲流量的(de)氣體軸向平(ping)均流速和流(liu)量，工作原理(lǐ)🏃見圖1。

　　圖1所(suo)示爲單聲道(dào)超聲波的工(gong)作原理圖，其(qí)中L表示🌈直線(xiàn)傳播💋的距離(lí)，x表示垂直傳(chuan)播的距離，D則(zé)表示管徑，聲(shēng)脈沖的傳播(bō)時間可使用(yòng)以下公式進(jìn)行計算：

　　公式(shi)中，t1表示反向(xiàng)傳輸時間，t2表(biǎo)示正向傳輸(shu)時間，v表示✊天(tiān)然㊙️氣流體速(su)度，c表示聲速(su)，根據上述公(gong)式進行轉變(biàn)，可進一步得(de)出天然氣流(liu)體速度和聲(sheng)速公式如下(xià)：

　　天然氣施工(gong)過程中的瞬(shun)間體積流量(liàng)qvf的計算公式(shì)如下：
qvf=vπ（D/2）2
　　其中，qvf表(biǎo)示當前工況(kuang)條件下天然(rán)氣的瞬間體(tǐ)積流量🥰，π（D/2）2表示(shì)管道的橫截(jie)面積，通過對(duì)公式的進一(yi)步轉變可以(yi)得出qvf的計算(suàn)🏃‍♂️公式如下：
　　其(qí)中，qvn用于表示(shì)标準參比條(tiáo)件下天然氣(qì)産生的瞬間(jian)體積流🏒量，Pn表(biǎo)示标準參比(bǐ)條件下産生(shēng)的絕對壓力(li)，Pf表示工作條(tiáo)件下🏃‍♀️的絕對(duì)靜壓力，Tn表示(shi)标準參比條(tiáo)件下産生的(de)🈲熱力學😘溫度(du)，Tf表示工作🈲條(tiao)件下的熱力(li)學溫度，Zn表示(shì)标準參比條(tiao)件下産生的(de)❌壓縮因子👣，Zf表(biao)示工作條件(jian)下的壓縮因(yīn)子。
2.3安裝條件(jiàn)
①安裝溫度：從(cóng)安裝的溫度(dù)條件來看，溫(wen)度計的安裝(zhuang)應當在-20℃～60℃的環(huan)境下，工作環(huan)境應當保證(zheng)在-40℃～60℃，在實際安(ān)🤩裝的😄過程✊中(zhong)，應當結合具(jù)體的施工環(huan)境采取相應(ying)的防曬或防(fáng)凍措施。②安裝(zhuāng)環境：在安裝(zhuāng)👉超聲波流量(liang)計時，盡量避(bi)免在振動的(de)環境下安裝(zhuāng)，尤其是可以(yi)導緻信号處(chu)理單元等出(chū)現共振的環(huán)🔴境，同時也應(yīng)當避免可能(néng)🍉存在的電器(qì)噪聲環境。③注(zhù)意事項：a超聲(sheng)波信号電纜(lan)與具有強電(diàn)場以及強磁(cí)場電器設備(bèi)與電纜之間(jiān)的距離必須(xu)超過1.5m，若設備(bei)或電纜帶有(you)屏蔽的穿金(jīn)屬保護管時(shí)，二者之間的(de)距離則🔞必須(xū)超過0.8m；b電纜的(de)鋪設必須嚴(yan)🔴格按照工程(chéng)的操作規範(fan)施工，使埋地(dì)鋪設的深度(dù)必須超過70cm且(qiě)需要埋于凍(dòng)土層下方；c自(zi)動計量系統(tong)🤟必須根據工(gōng)程的實際情(qíng)況，将其設置(zhì)爲保護接地(dì)或信号回路(lu)接地等接地(dì)方式，确保接(jie)地方式的可(ke)靠性，使接地(dì)電阻符合工(gōng)🔞程的标準要(yao)求；d流量計或(huo)儀表的安裝(zhuang)必須嚴格按(an)照工程的施(shi)工标準，以免(miǎn)🔱出現由于安(ān)裝⛷️不規範所(suǒ)造成的測量(liang)誤差；e減少安(ān)裝過程中聲(sheng)學噪👄聲對測(cè)量結果或性(xing)能産生的影(yǐng)響，盡量将🍓流(liu)😍量計安裝于(yu)調節閥的上(shang)遊處，減少其(qí)他噪音對流(liu)量計量結🏃‍♂️果(guǒ)産生影響，或(huo)通過于下遊(yóu)管段安裝彎(wān)管的方式，利(lì)✨用緩沖的氣(qì)🏃🏻量流速以此(ci)來減少噪音(yin)對計量結果(guǒ)👨‍❤️‍👨産生的影響(xiang)；f安裝前仔細(xi)檢查流量計(ji)附近是否存(cun)在可能的流(liú)動脈動，并采(cǎi)取相應的措(cuò)施減少脈動(dong)對測量結果(guǒ)産生的影響(xiǎng)，減少測量結(jié)果的不确定(dìng)性。
2.4系統設計(ji)
　　根據超聲波(bo)流量計的具(ju)體測量方法(fa)以及安裝條(tiao)件🔞，需要針❓對(duì)超聲波流量(liang)計、壓力傳感(gǎn)器、溫度傳感(gan)🌈器以及流量(liang)計⭐算機分别(bie)進行系統設(shè)計，設計方法(fǎ)如下：①超聲波(bo)流量計：根據(ju)工程的基本(běn)🐆要求，所安裝(zhuāng)的超聲波流(liú)量計爲DN250氣體(ti)超聲波流量(liang)計[2]，通過對天(tiān)然氣貿易交(jiao)接計量的計(ji)算，其日均氣(qì)量爲1×106m3，該超聲(shēng)💁波流量計共(gòng)計包括4個超(chāo)聲波測量聲(sheng)道，可以有效(xiao)實現對輸送(song)管道内天然(rán)氣貿易交接(jie)量的有效測(ce)量，其可以通(tong)過對超🎯聲換(huàn)能器聲波信(xin)号的有效利(lì)用，實現對電(dian)路以及DSP微控(kòng)制器所組成(cheng)信号處理單(dan)元的有效采(cǎi)集和🌈處理，并(bìng)将其轉換爲(wèi)相‼️應的脈沖(chòng)輸出信号。②壓(ya)力傳感器：下(xia)遊直管段上(shàng)安裝了壓力(li)🌈傳感器，主要(yao)用于被測氣(qi)體壓力的測(cè)量，輸出的标(biao)🥵準信号爲4～20mA，利(li)用計算機将(jiang)其上傳🤩至流(liu)量計算機上(shang)，從而用于壓(ya)力補償中。③溫(wen)度傳感器：下(xià)遊直管段上(shàng)同時安裝了(le)溫度傳感器(qi)，以此來實現(xiàn)對被測量氣(qì)☔體溫度的測(ce)量，與壓力傳(chuán)感器相同，均(jun)利✔️用計算機(jī)将其上傳至(zhì)流量計算機(ji)上，從而用于(yú)壓力💔補償中(zhōng)♊。④流量計算機(ji)：在使用流量(liang)計算機對流(liú)量進行計算(suàn)時，通常會利(lì)用串口通信(xìn)或頻率輸入(rù)的📱方式以此(ci)來實現對流(liu)量計所統計(jì)工程流量信(xìn)息的有效采(cai)集和整合，同(tong)時也将分别(bié)采集壓力傳(chuán)感器以及溫(wēn)度傳感器所(suǒ)上傳的相關(guan)㊙️數據信息，所(suǒ)有的數據采(cai)集以及信号(hao)輸送等方式(shi)均符合國家(jiā)的相關規定(ding)🥰，且内部的系(xì)統軟件具有(yǒu)設計合理性(xing)，計量管理功(gōng)能齊全等特(tè)點，擁有安全(quan)的數據庫，且(qiě)計算機的儲(chu)存功能較爲(wèi)🎯龐大，可以有(yǒu)效實現對被(bèi)測量各種曆(lì)史數據的儲(chǔ)存以及相關(guan)🚶配置㊙️參數的(de)修改等，具有(you)良好的電磁(cí)兼容性。其中(zhong)，計算機的體(ti)積量運算采(cǎi)取了多種氣(qì)體壓縮因子(zǐ)的計算方式(shi)，且根據不同(tóng)的特定場所(suo)均有其所符(fú)合的計算方(fāng)式。
2.5運行維護(hu)
　　運行維護作(zuo)爲确保超聲(shēng)波流量計穩(wěn)定運行的主(zhǔ)要⛹🏻‍♀️工作環節(jiē)，針對超聲波(bo)流量計的維(wei)護主要以《GB/T18604-2014用(yong)氣體超聲流(liú)量計 測量天(tian)然氣流量》[2]中(zhong)的運行維護(hu)和保養要求(qiu)進行🔅運行維(wei)護，并定期對(dui)超聲波流量(liang)計、溫度傳感(gan)器以及壓力(li)傳感器等進(jìn)行統一的維(wei)護和保養，針(zhēn)對不同設備(bei)㊙️的保養操作(zuò)流程等進行(hang)詳細的規範(fan)，做出明确的(de)規定。
2.6實施效(xiao)果
　　根據《GB/T18604-2014用氣(qi)體超聲流量(liàng)計測量天然(ran)氣流量》中的(de)規定，對超聲(sheng)波流量計的(de)實際運行效(xiào)果進行分析(xī)，結🤞果從計量(liang)☎️準确性來🈚看(kàn)，經💞過1周的運(yùn)行，其所計量(liàng)的準确性🌏相(xiang)對較高，且在(zài)使用的過程(cheng)中并未進行(háng)維護，相較于(yú)傳統的标準(zhun)孔闆流量計(ji)，超聲波流量(liang)計🥰發揮出了(le)更💯高的計量(liàng)準确性，且不(bu)确定因素相(xiàng)對較少。從計(jì)量的可靠性(xing)來看，由🔴于超(chāo)聲波流量計(jì)在使用前采(cǎi)👄取了設計的(de)方式設定了(le)具有針對性(xing)的計量系統(tong)方案，因此通(tong)過其在流程(cheng)區域内于标(biāo)準孔闆流量(liang)計的串聯，結(jie)果發現👨‍❤️‍👨超聲(sheng)波流量計✔️所(suo)産🌈生的誤差(cha)明顯低于标(biāo)準㊙️孔闆流量(liàng)計，進一步體(tǐ)現☔出了超聲(shēng)波流量計的(de)實際應用高(gao)效果。
3結語
　　綜(zōng)上所述，通過(guo)對超聲波流(liú)量計在天然(rán)氣貿易交❄️接(jie)計量中的應(ying)用分析，将爲(wèi)其他工程内(nèi)的超聲波流(liu)量計應用提(tí)供有效的❓理(lǐ)論依據，從而(ér)爲提高我國(guo)的天然氣貿(mào)易交接計量(liang)精細化管☔理(lǐ)水平産生了(le)積極的影響(xiang)，爲超聲波流(liú)量計日後的(de)廣泛應用和(he)推廣做出😘了(le)巨大的貢獻(xian)

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