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                造成天然氣超聲波流量計測量誤差大的原因及解決方法

                點擊次數:831  發布時間:2020-06-30

                天然氣是重要的能源,隨著經濟的發展,天然氣的應用需求量不斷上升,我國天然氣市場也隨之不斷擴大,在天然氣貿易中,天然氣計量問題也變得愈發受到重視,尤其是天然氣測量的精度關乎到貿易結算,關乎到企業的切身利益。

                超聲波流量計是一種新型的氣體流量統計儀,測量范圍大、具有準確度高、不易壓損、重復性好、部件固定,因此在高壓、大流量的天然氣流量計量中雖然具有其他流量計所不可比擬的優勢,被廣泛應用于天然氣長輸管道的計量工作中,但是由于實際使用條件往往與實驗室條件差異較大,在實際應用中,天然氣超聲波流量計的測量受各種因素的影響,從而導致測量誤差較大,主要由以下幾點,廈門賽萊默總結行業經驗,為大家詳細分析并列出相應解決措施方法,供大家參考。

                (1)噪聲

                根據超聲波流量計的工作原理可以知道, 如果噪聲的頻率與超聲波流量計的工作頻率范圍一致, 就會干擾到超聲波脈沖的探測、影響到對傳輸時間的準確測量,終導致體積流量的測量不準。

                超聲波流量計對降壓元件產生的噪聲尤其敏感, 甚至有些低噪聲閥門比調壓閥對超聲波流量計產生的影響還要大, 這是因為采用了低噪聲技術的閥門主要是針對人耳可聽見的噪聲范圍進行降噪, 而這個范圍與影響超聲波信噪比的聲譜范圍不完全一致。

                國外氣體流量實驗室(Gasunie Research , 荷蘭)開展的不同類型的“噪聲發器”(如整流器、調壓閥等)對超聲波流量計性能影響的定量測量實驗研究結果表明, 噪聲(如整流器產生的噪聲)對某些類型的氣體超聲波流量計準確度和穩定性的影響非常大, 其帶來的計量誤差可高達2 %, 而且一般來說, 安裝在超聲波流量計上游的噪聲元件產生的影響比安裝在下游大。在2004 年AGA No.9 的修訂版中也特別提出了調壓閥安裝位置太近以及壓差過大產生的噪聲對超聲波計量性能的影響及有關注意事項。

                在實際場合中,管路系統中由于閥門、整流器以及各類阻流管件等的存在總會產生一定的噪聲, 但是, 現場不斷變化的工況條件(如流量、壓力和溫度)以及各種不同類型的“噪聲發生器”(流動調整器、壓力調節閥等)都使得對噪聲大小的確定較為困難。 

                噪聲的產生源主要有:

                ①流過管道的高速氣流;

                ②突入的探頭;

                ③整流器;

                ④壓力或流量調節閥等。

                解決措施:

                ①在計量管路系統設計時,應對管路系統中的各阻流件所產生的噪聲進行綜合評估;

                ②在超聲波流量計與調節閥(如調壓閥)串聯安裝時,可對調節閥的噪聲進行評估,了解流量計對噪聲的敏感程度;超聲波流量計應安裝在調節閥的上游;如果天然氣超聲波流量計安裝在上游,為了降低調節閥對流量計精度及可靠性的影響,通常需要較長的直管段,不經濟;

                ③一些流量控制閥和調壓閥在大壓差、高流速的情況下會產生達到超聲波頻率范圍的噪聲,某些靜音調壓閥的工作頻率也達到了超聲波頻率范圍,這些都可能會使流量計不能正常工作。由于這種噪聲可向上游傳播,也可向下游傳播。因此,即使調節閥安裝在流量計下游時, 也需要考慮噪聲對流量計計量性能的影響。這種情況下,可采取干擾噪聲的傳播通道的方式達到降噪的目的,即可在流量計與調節閥之間安裝彎頭、三通, 或者安裝消聲器。

                (2)臟污堆積

                當天然氣超聲波流量計測量含有水、硫化鐵粉末或其他雜質的天然氣時,這些臟污雜質會在流經流量計時逐漸堆積在流量計表體管道內以及超聲波探頭上,這可能會對超聲波流量計測量準確度造成以下主要影響:

                ①減小了流量計表體的有效內徑, 流量計讀數偏高;

                ②臟污在超聲波探頭表面堆積縮短了傳輸時間, 流量計讀數偏高;但如果流量計內壁有較明顯的腐蝕, 經過清洗后, 流量計的內徑就會增大。由于流量與內徑的平方呈正比, 因此, 流量計測量出的流量將小于實際流經流量計的流量, 造成流量計的讀數偏低;

                ③表體內壁及上游直管段的表面粗糙度變化引起流速分布的變化, 從而影響流量計的準確度和穩定性。不同廠家的超聲波流量計的聲道布置差異導致對臟污物堆積影響的敏感程度各不相同。有實驗表明, 臟污堆積對口徑小的超聲波流量計較口徑大的超聲波流量計的影響更大。

                解決措施:

                ①加強對天然氣氣質的監測,確定合理的直管段和流量計的清洗周期。在對超聲波流量計內壁進行清洗后,如果發現內壁腐蝕較明顯,應對其重新進行校準。

                ②充分利用超聲波流量計性能監測軟件,了解超聲波流量計的實際工作情況,并根據相關參數判斷流量計是否工作正常以及可能出現的問題等,做好維護工作。

                ③氣質條件較差時,針對多臺超聲波流量計并聯計量的管路系統,可選擇少量的較大口徑的超聲波流量計來減小整體測量不確定度。

                (3)溫度、壓力測量的準確度

                天然氣超聲波流量計計量系統一般由流量計、壓力變送器、溫度變送器(或溫度鉑電阻)、流量計算機及在線組分分析儀組成,通過輸入組分及壓力、溫度,流量計算機可直接將流量計的工況流量轉換為用于貿易計量交接的標準參比條件下的體積量。因此壓力和溫度的測量直接影響計量系統的準確度。

                在天然氣超聲波流量計計量系統中,現場使用的溫度和壓力測量儀表均經過實驗室檢定合格,但仍然會出現流量計算機的溫度或壓力示值不準確的情況。在對超聲波流量計計量系統的天然氣實流檢定過程中發現由于壓力或溫度測量的不準確給標準參比條件下體積量帶來的誤差可高達±0.5 %。同時,國外一些流體實驗室的研究表明,雖然壓力變送器可在其銘牌標明的工作溫度范圍內正常工作,但在室外環境溫度較高的情況下(即壓力變送器曝曬于陽光下,此時變送器的工作溫度與實驗室校準溫度差異較大),其壓力測量值與進行了防曬保護的壓力變送器測量值的差值可高達18~20 kPa。因此,為確保超聲波流量計計量系統的準確度, 必須要保證壓力和溫度測量儀表的準確、可靠。

                解決措施:

                ①選擇合適的測量范圍,避免儀表的實際工作范圍處于量程的10 %以下,從而造成測量誤差處在儀表的擴展誤差限內;

                ②計量系統投運前,應對壓力和溫度測量值進行現場核查。如使用手操器核查流量計算機內的壓力變送器和溫度變送器示值誤差是否符合精度等級要求。某些使用溫度鉑電阻作為溫度測量儀表的計量系統,其流量計算機有溫度校準功能,可使用標準電阻箱輸入標準電阻,對溫度進行校準;

                ③對于室外工作的變送器宜設置遮陽棚,以免環境溫度接近其設計工作溫度的上限,造成較大的測量誤差。

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