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氣體超聲流量計(jì)的選用
2014-10-30
一、前言
準(zhǔn)確地進(jìn)行天然氣計(jì)量是天然氣企業(yè)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分析，降低運(yùn)行成本的關(guān)鍵一環(huán)，直接地影響著一個(gè)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，倍受供需雙方關(guān)注。國內(nèi)以往的天然氣貿(mào)易計(jì)量，大都使用孔板流量計(jì)和渦輪流量計(jì)，尤其在大口徑、大流量的天然氣計(jì)量中，更是優(yōu)先選用孔板流量計(jì)[1,2] 。這些計(jì)量工具標(biāo)準(zhǔn)化程度高，使用簡單可靠，價(jià)格便宜，但品質(zhì)較差、計(jì)量精度低，造成的產(chǎn)銷差十分可觀。為了維護(hù)企業(yè)利益，減少貿(mào)易糾紛，目前各個(gè)企業(yè)都希望選用高精度的流量計(jì)。
近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，尤其是計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的飛速發(fā)展，氣體超聲波流量計(jì)已逐步進(jìn)入天然氣計(jì)量領(lǐng)域。氣體超聲波流量計(jì)計(jì)量精度高、無壓損、無磨損部件、使用壽命長、量程范圍寬、可雙向測量和可測脈動流[3]。與其它類型流量計(jì)相比，顯然有著更多更好的性能特性，自投放市場以來，受到用戶的廣泛好評。目前國內(nèi)建設(shè)的各類天然氣管道的貿(mào)易計(jì)量，大都選用氣體超聲波流量計(jì)，例如西氣東輸管道的首選流量計(jì)就是氣體超聲波流量計(jì)。
但是，在使用過程中人們發(fā)現(xiàn)，氣體超聲波流量計(jì)盡管有以上優(yōu)點(diǎn)，但其自身的一些特點(diǎn)也影響了它在使用過程中的計(jì)量精度，需要在實(shí)際使用過程中加以注意。
二、存在的問題及原因分析
氣體超聲波流量計(jì)在使用過程中，常常會遇到一些問題，如流量計(jì)的超聲波探頭頻頻報(bào)警，有時(shí)還會出現(xiàn)無流量記錄的情況；標(biāo)定合格的同型號超聲波流量計(jì)計(jì)量誤差超標(biāo)等。
分析發(fā)現(xiàn)，超聲波探頭頻頻報(bào)警和出現(xiàn)無流量記錄的問題，一是由于介質(zhì)中的液態(tài)水附著在流量計(jì)內(nèi)壁且遮蓋了超聲波流量計(jì)探頭，造成超聲波在進(jìn)出液態(tài)水表面時(shí)發(fā)生折射，傳感器無法有效回收超聲波信號；二是由于天然氣中夾帶的固體雜質(zhì)在流量計(jì)表體內(nèi)壁沉積，影響到超聲波的反射路徑和發(fā)射效果[4]。而標(biāo)定合格的同型號超聲波流量計(jì)計(jì)量誤差超標(biāo)這一問題，主要是由安裝精度和現(xiàn)場工藝設(shè)備產(chǎn)生的噪音引起的。
從天然氣生產(chǎn)工藝可知，天然氣的脫油、脫水和脫機(jī)械雜質(zhì)工作均在天然氣處理廠完成，目前的天然氣處理工藝及技術(shù)已經(jīng)非常先進(jìn)和完善，處理后的天然氣水露點(diǎn)和烴露點(diǎn)均能滿足管輸要求。但從國內(nèi)一些天然氣管道的運(yùn)行情況來看，在投產(chǎn)運(yùn)行初期，管道內(nèi)往往會出現(xiàn)積水現(xiàn)象，這些管內(nèi)積水主要來源于殘存的試壓水和管道內(nèi)的濕空氣遇冷會析出冷凝水。
（1）殘存的試壓水天然氣管道施工中一般采用分段打壓，分段通球清管，最后碰死口的方法完成全線的連接。規(guī)范規(guī)定了在分段試壓過程中，可以采用空氣試壓，也可以采用水試壓。在使用水作為試壓介質(zhì)的管段，既使對管道進(jìn)行了通球清管，若不對管道進(jìn)行干燥，管道中就有可能存在部分殘留水匯集在管道低洼處，形成管內(nèi)積水。
（2）管道內(nèi)的濕空氣遇冷會析出冷凝水按《輸氣管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范》GB5O251-2003規(guī)定，天然氣輸氣管道試壓、清管結(jié)束后宜進(jìn)行干燥，若不進(jìn)行干燥，管道內(nèi)就充滿了濕空氣。管道投產(chǎn)置換時(shí)若采用氮?dú)庵脫Q，溫度很低的氮?dú)馀c管道內(nèi)的濕空氣接觸混合后，就會在管內(nèi)壁上形成冷凝水，而形成管道內(nèi)的積水。
三、應(yīng)注意的問題
在使用中能造成氣體超聲波流量計(jì)計(jì)量故障的主要因素是管內(nèi)粘污物如泥污、油污、銹塵、水等，尤其是積水。為了消除管內(nèi)粘污物對氣體超聲波流量計(jì)的影響，在站場工藝設(shè)計(jì)、施工和日常使用時(shí)應(yīng)注意以下幾個(gè)方面。
（1）努力創(chuàng)造條件完成管道干燥。GB5025I-2003《輸氣管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范》中規(guī)定的“輸氣管道試壓、清管結(jié)束后宜進(jìn)行干燥”這一條款是參考了皇家荷蘭殼牌集團(tuán)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和國內(nèi)施工經(jīng)驗(yàn)制定的。氣體超聲波流量計(jì)在西歐等發(fā)達(dá)國家使用的較早，這也是他們通過實(shí)踐探索而總結(jié)出的經(jīng)驗(yàn)。目前國內(nèi)對天然氣長輸管道進(jìn)行整體干燥的不是很多，且規(guī)范中也使用“宜”字，對是否進(jìn)行干燥并沒有做硬性規(guī)定。以前使用孔板等類型的流量計(jì)，管道內(nèi)的積水對計(jì)量影響不大，但改用氣體超聲波流量計(jì)后，超聲波流量計(jì)對水分是相當(dāng)敏感的，因此進(jìn)行管道干燥是非常必要的。
（2）分離系統(tǒng)的選擇應(yīng)考慮液態(tài)水的處理。以前站場工藝設(shè)計(jì)上多采用旋風(fēng)式分離器，要求不高的場合也可使用重力式分離器，近年來也有選用過濾分離器的。在輸氣管道首、末站設(shè)置分離器的主要作用是除去天然氣中的各種固體顆粒，現(xiàn)在推廣使用的過濾分離器（以濾芯葉片組合式為例）即能除去各種尺寸的固體顆粒，也能100%的分離掉大于8～1Oμm的水汽。但液態(tài)水的帶人會嚴(yán)重降低分離器的分離效果，在站場內(nèi)設(shè)置分離器時(shí)，不管是旋風(fēng)式，還是過濾分離式，都應(yīng)考慮在分離器前加一級液態(tài)水處理裝置，將從管道內(nèi)帶來的液態(tài)水分離掉。其分離精度不必要求太高，選擇一般的重力式分離器即可。在國內(nèi)選用氣體超聲波流量計(jì)的站場中，有的已選用兩級分離這種工藝模式，效果良好。
（3）加強(qiáng)操作管理，及時(shí)排出分離器的污水。分離器均設(shè)有排污管，通過人工將分離出的污水排除。但由于種種原因，很可能造成排污不及時(shí)，積液器中的污水已滿，造成分離器失效，使液態(tài)水隨天然氣進(jìn)入氣體超聲波流量計(jì)而導(dǎo)致計(jì)量故障。若要從根本上解決這個(gè)問題，消除人為因素的影響，應(yīng)在分離器的污管上加裝自動排污閥，以保證及時(shí)排水。此外，在投產(chǎn)運(yùn)行初期，過濾分離器濾芯的更換頻率也要適當(dāng)加大。
（4）投產(chǎn)置換時(shí)應(yīng)保護(hù)好過濾分離器。使用過濾分離器時(shí)，管內(nèi)積水或銹塵都會使過濾分離器的濾芯失效，因此在投產(chǎn)置換前，最好先將過濾分離器的濾芯抽出，待置換結(jié)束后，將過濾分離器內(nèi)腔清理干凈后再將濾芯裝上，既保護(hù)了濾芯，又保護(hù)了氣體超聲波流量計(jì)。
（5）滿足氣體超聲波流量計(jì)的安裝要求。氣體超聲波流量計(jì)的安裝要求已在產(chǎn)品說明書中寫明，氣體超聲波流量計(jì)測量的是氣體流速，對流量計(jì)本體與上下游直管段安裝的同心度要求很高，因此要求施工單位在安裝時(shí)一定要嚴(yán)格執(zhí)行安裝規(guī)定，以達(dá)到要求的同心度。氣體超聲波流量計(jì)在站場中的安裝位置不同于孔板流量計(jì)。使用孔板流量計(jì)時(shí)，不管是先調(diào)壓后計(jì)量，還是先計(jì)量后調(diào)壓，孔板流量計(jì)和調(diào)壓器大都安裝在同一空間，即在兩個(gè)匯管之間同時(shí)安裝孔板流量計(jì)和調(diào)壓器。若選用氣體超聲波流量計(jì)，則這一安裝位置將對氣體超聲波流量計(jì)的計(jì)量精度產(chǎn)生嚴(yán)重影響，因?yàn)闅怏w超聲波流量計(jì)對噪音很敏感，與調(diào)壓器安裝在同一空間，調(diào)壓器產(chǎn)生的噪音將會使氣體超聲波流量計(jì)的計(jì)量失效。所以，若選用氣體超聲波流量計(jì)，工藝設(shè)備布置時(shí)應(yīng)將其單獨(dú)安裝在兩匯管之間的管路上，若場地狹小，需與調(diào)壓器一起安裝在兩匯管之間的管路上時(shí)，應(yīng)在流量計(jì)和調(diào)壓器之間加設(shè)減噪器或減噪管。
（6）氣體超聲波流量計(jì)的標(biāo)定最好選用在線標(biāo)定。氣體超聲波流量計(jì)的精度受安裝環(huán)境的影響很大，已標(biāo)定合格的氣體超聲波流量計(jì)安裝到現(xiàn)場后，因其安裝條件發(fā)生了變化，其計(jì)量精度也會發(fā)生變化。所以，在站場工藝設(shè)計(jì)上，應(yīng)考慮設(shè)置在線標(biāo)定系統(tǒng)，加設(shè)標(biāo)定接管和閥門。需要標(biāo)定時(shí)，標(biāo)定單位可將標(biāo)定車開到現(xiàn)場，將標(biāo)定車上的標(biāo)準(zhǔn)表與現(xiàn)場的流量計(jì)串接起來即可完成流量計(jì)的標(biāo)定。目前國內(nèi)有標(biāo)定資格的單位已有這種標(biāo)定車。
（7）選用合適類型的流量計(jì)。目前世界范圍內(nèi)使用的氣體超聲波流量計(jì)的結(jié)構(gòu)類型大體分為對射式和反射式兩種。這兩種探頭的布置形式都能滿足氣體貿(mào)易計(jì)量的精度要求，但適用的氣體環(huán)境有所不同，應(yīng)根據(jù)所輸送天然氣的氣質(zhì)情況來選用。就國內(nèi)目前的天然氣氣質(zhì)情況而言，對射式的超聲波流量計(jì)較為適用。
（8）定期對流量計(jì)進(jìn)行清洗。如果天然氣中夾帶的固體雜質(zhì)和液體附著在流量計(jì)表體內(nèi)壁或傳感器表面達(dá)到了一定程度，將會影響到流量計(jì)的計(jì)量精度，這就需要及時(shí)進(jìn)行清洗。
四、結(jié)束語
氣體超聲波流量計(jì)是近幾年來才逐漸發(fā)展并被采用的氣體流量計(jì)，不僅要明白它的工作原理和結(jié)構(gòu)，更重要的是要掌握它的使用條件和要求，才能充分發(fā)揮其優(yōu)良的計(jì)量特性，更好地為企業(yè)的貿(mào)易計(jì)量服務(wù)。
流量計(jì)產(chǎn)品鏈接 http://www.91zenqing.cn/product/flowmeter/
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