【摘要】超聲(sheng)波流量計 是(shì)一種常見的(de)天然氣計量(liàng)設備，主要以(yi)某設計工程(chéng)爲💰例，通過對(dui)超聲波流量(liang)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(děng)一系列應用(yong)流💃程分析，以(yǐ)此來爲超聲(sheng)波流量計在(zài)天然氣貿易(yì)交接計量中(zhong)的有效應💰用(yong)提供理論依(yi)據。
1超聲波流(liu)量計概述
　　超(chao)聲波流量計(jì)是一種以速(su)度差法爲原(yuan)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(chòng)技術、信号數(shù)🔴字化✨處理技(jì)術以及糾錯(cuo)技術，可以被(bei)廣泛應用于(yú)各類工業現(xian)場的環境中(zhong)，具有計量方(fāng)便、準确以及(ji)經濟😘實惠等(deng)多種優點[1]。從(cóng)使用功能和(he)特點來看，超(chao)聲波流量計(ji)利用信号數(shu)字化的處理(lǐ)技術，可以進(jin)一步确保測(ce)量信号的穩(wěn)定性🌏，提高了(le)測量的抗幹(gan)擾♈能力，有❄️利(li)于提高計量(liàng)的精度，且超(chāo)聲波流量計(jì)内的無機械(xiè)傳動部件不(bú)容易損壞📧且(qiě)不需要進行(hang)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(liàng)中的應用🛀🏻
2.1超(chao)聲波流量計(ji)的選擇
　　爲了(le)滿足天然氣(qi)貿易交接計(jì)量的精度要(yao)求，在對其💚計(jì)👅量方式進行(háng)選擇時必須(xu)選擇超聲波(bo)流量計💚。目前(qián)，市場🎯中常見(jian)的超聲波流(liú)量計主要包(bao)括2、4、5以及6聲道(dao)技術，2聲道流(liu)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(liàng)計的精度可(kě)以準到0.5%，而6聲(shēng)道流量計的(de)精度則可以(yi)準到0.25%，多以4和(hé)5聲道流量計(jì)的應用相對(duì)較多，但随着(zhe)近年來6聲道(dao)流量計技術(shu)水‼️平的不斷(duàn)提升，其逐漸(jiàn)被廣泛應用(yòng)于實☀️際應用(yòng)中，并發揮出(chu)較好的應用(yong)效果。6聲道超(chao)聲波流🐆量🥵計(ji)主要使用了(le)3個平📧面的6個(gè)聲道進行測(ce)🙇🏻量，在高斯-切(qie)比雪夫理論(lun)下記性排列(lie)，即使在不對(duì)稱或者渦流(liú)的情況下也(yě)均可以實現(xian)對流速的有(you)效測量。
2.2測量(liang)原理及方法(fa)
　　從計量原理(lǐ)來看，超聲波(bō)流量計可以(yi)使聲脈沖在(zai)管道内實⁉️現(xiàn)🏒逆流和順流(liu)的傳播，通過(guo)對傳播時間(jiān)的測量，以此(cǐ)來計算出其(qí)在工作條件(jiàn)下通過氣體(tǐ)超聲流量的(de)氣體軸向平(ping)均流速和流(liú)量，工作原理(li)見圖1。

　　圖1所(suǒ)示爲單聲道(dào)超聲波的工(gong)作原理圖，其(qí)中L表示🎯直線(xian)傳⭐播的距離(lí)，x表示垂直傳(chuán)播的距離，D則(ze)表示管徑，聲(sheng)脈沖的傳播(bō)時間可🌈使用(yong)以下公式進(jin)行計算：

　　公式(shi)中，t1表示反向(xiàng)傳輸時間，t2表(biao)示正向傳輸(shu)時間，v表示天(tian)然氣流💰體速(su)度，c表示聲速(sù)，根據上述公(gōng)式進行轉變(biàn)，可進一步🙇‍♀️得(de)出天然氣流(liu)體速度和聲(shēng)速公式如下(xia)：

　　天然氣施工(gōng)過程中的瞬(shùn)間體積流量(liàng)qvf的計算公式(shi)⛹🏻‍♀️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(ti)積流量，π（D/2）2表㊙️示(shì)管道的橫截(jié)面積，通過對(dui)公式的進一(yī)步轉變可⛱️以(yi)得出qvf的計算(suan)公式如下：
　　其(qi)中，qvn用于表示(shi)标準參比條(tiáo)件下天然氣(qì)産生的瞬間(jiān)體積♌流量，Pn表(biǎo)示标準參比(bi)條件下産生(shēng)的絕對壓力(li)，Pf表示工作條(tiáo)⭕件下的絕對(dui)靜壓力，Tn表示(shì)标準參比條(tiáo)件下産生的(de)💁熱力學溫度(du)，Tf表示工作條(tiáo)件下的熱力(lì)學溫度，Zn表示(shì)标準參比條(tiáo)件下産生的(de)壓縮因子，Zf表(biao)示工作條件(jiàn)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(du)條件來看，溫(wēn)度計的安裝(zhuāng)應當在-20℃～60℃的環(huan)境下，工作環(huán)境應當保證(zheng)在-40℃～60℃，在實際安(ān)🐕裝的過程中(zhōng)，應當結合具(jù)體的施工環(huán)境采取相應(ying)的防曬或防(fang)凍措施。②安裝(zhuang)環境：在安裝(zhuang)超聲波流量(liàng)計時，盡量避(bì)免在振❄️動的(de)環境下安裝(zhuang)，尤其是可以(yi)導緻信号處(chù)理單元等出(chū)現共振的環(huan)📧境，同時也應(yīng)🐆當避免可能(neng)存在的電器(qi)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(ci)場電器設備(bei)與電纜之間(jian)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(shi)，二者之間的(de)距離則必須(xu)💜超過0.8m；b電纜的(de)鋪設必須嚴(yán)格按照工程(cheng)的操作規範(fan)❓施工，使埋地(dì)鋪設的深度(dù)必須超過70cm且(qie)需要埋于凍(dong)土層下方；c自(zi)動計量系統(tong)必須根據工(gōng)程的實際情(qing)況，将其設置(zhi)爲保護接地(dì)或信号回路(lu)接地等接地(dì)🧡方式，确保接(jiē)地方式的可(kě)靠性，使接地(dì)電阻符合工(gōng)程的标準要(yào)求；d流量❗計或(huò)儀表的安裝(zhuang)必須嚴格按(àn)照工程的施(shi)工标準，以免(mian)出現由于安(ān)裝🏃🏻不規範所(suǒ)造成的測量(liàng)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼誤差；e減少安(ān)裝過程中聲(shēng)學噪聲對測(ce)量結果或性(xìng)能産生的影(yǐng)響，盡量将㊙️流(liú)量計安裝于(yu)調節閥的上(shàng)遊處，減少其(qí)他🌈噪音對流(liu)量計量結果(guo)産生影響，或(huò)通過于下遊(yóu)管段安裝彎(wan)管的方式，利(lì)用緩沖的氣(qi)🥵量流速以此(ci)來減👨‍❤️‍👨少噪音(yīn)對計量結果(guǒ)産生的影響(xiang)；f安裝前仔細(xì)檢查流量計(ji)附近是否存(cun)在可能的流(liu)動脈動，并采(cai)取相應的措(cuò)施減少脈動(dòng)👅對測量🏒結🙇‍♀️果(guǒ)産生的影響(xiǎng)，減少測量結(jie)果的不确定(dìng)性。
2.4系統設計(jì)
　　根據超聲波(bō)流量計的具(jù)體測量方法(fa)以及安裝條(tiáo)件，需要針對(dui)超聲波流量(liàng)計、壓力傳感(gǎn)器、溫度傳感(gǎn)器以及流🚶‍♀️量(liàng)計算機分别(bie)進行系統設(shè)計，設計方法(fǎ)如下：①超聲波(bō)流量計：根據(jù)工程的基本(běn)要求，所安裝(zhuang)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(tian)🔅然氣貿易交(jiāo)接計量的計(jì)🛀算，其日均氣(qì)量爲1×106m3，該超聲(sheng)波流量計共(gong)💚計包括4個超(chao)聲波測量聲(shēng)道，可以🌏有效(xiào)🙇‍♀️實現對輸送(song)管道🌈内天然(rán)氣貿易交接(jie)量的有效測(cè)量🤟，其可以通(tong)過對超聲換(huàn)能器聲波信(xin)号的有效利(li)用，實現對電(diàn)路以及DSP微控(kòng)制器所組成(cheng)信号處理單(dān)元的有效采(cǎi)集和處理，并(bìng)将其轉換爲(wei)相應的脈沖(chong)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(yào)用于被測氣(qì)♍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(liú)量計算機上(shang)，從而用于壓(yā)力補償中。③溫(wēn)度傳感器♊：下(xia)遊直管段上(shàng)💜同時安裝了(le)溫度傳感器(qì)，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(jun1)利用計算機(ji)🙇‍♀️将其上傳至(zhi)流量計算機(ji)☂️上，從而用于(yu)壓力補償中(zhong)。④流量計算機(jī)：在使用流量(liang)計算機對流(liú)量進行計算(suàn)時，通常會利(li)用串口通信(xin)或頻率輸入(ru)的方式以此(ci)來實現對流(liu)量計所統計(ji)工程流量信(xin)息的有效采(cǎi)集和整合，同(tong)時也将分别(bie)采集壓力傳(chuán)感器以及溫(wen)🆚度😘傳感器所(suǒ)上傳的相關(guan)👅數據信息，所(suo)有的數據采(cǎi)集以及信号(hào)輸送等方式(shì)均符合國家(jia)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(te)點㊙️，擁有安全(quan)的數據庫，且(qie)計算機的儲(chǔ)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(guān)㊙️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(tǐ)積量運算采(cai)取了多種氣(qì)體壓縮因子(zǐ)的計算方式(shì)，且根據不同(tóng)的特定場所(suǒ)均有其所👣符(fú)合的計算方(fāng)式。
2.5運行維護(hù)
　　運行維護作(zuò)爲确保超聲(shēng)波流量計穩(wen)定運行的主(zhǔ)要🐅工作環🏒節(jie)，針對超聲波(bo)流量計的維(wéi)護主要以《GB/T18604-2014用(yòng)氣體超聲流(liu)量計 測量天(tiān)然氣流量》[2]中(zhōng)的運行維護(hù)和保養要求(qiu)進行運行維(wéi)護，并定期對(duì)超聲波流量(liang)計、溫度傳感(gǎn)器以及壓力(lì)傳感器等進(jìn)行統一的維(wei)護和保養，針(zhen)對不💯同設備(bèi)的保養操作(zuo)流🌈程等進💃🏻行(háng)詳細💛的規範(fàn)，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(liang)計測量天然(rán)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(liàng)準确👈性來看(kan)，經過1周的運(yun)行，其所計量(liang)的準确性相(xiang)對較高，且在(zài)使用的過程(cheng)中并未進行(hang)維護，相較于(yu)傳統的标準(zhǔn)孔闆流量計(jì)，超聲🔅波流量(liàng)計發揮出了(le)更高的計量(liang)準确性，且不(bu)确定因素相(xiang)對較少。從計(jì)量的可靠性(xìng)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(tǒng)方案，因此通(tōng)過其在流程(cheng)區域内于标(biāo)準孔闆流量(liàng)計的串聯，結(jie)💞果發現超聲(sheng)波流量計✊所(suǒ)産生的誤差(cha)明顯低💘于标(biao)準孔闆流量(liàng)計，進一步體(ti)現出了超聲(sheng)波流量計的(de)實際應用高(gāo)效果。
3結語
　　綜(zong)上所述，通過(guo)對超聲波流(liú)量計在天然(ran)氣貿易交接(jie)計量‼️中的應(ying)用分析，将爲(wei)其他工程内(nei)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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