【摘要】超(chao)聲波流(liu)量計 是(shi)一種常(chang)見的天(tian)然氣計(ji)量設備(bei)，主要以(yi)某設計(ji)工程爲(wei)🏃🏻例🔞，通過(guo)對超聲(sheng)波流量(liang)計在天(tian)然氣貿(mao)易交接(jie)計量中(zhong)的測量(liang)🛀🏻原理及(ji)方法、安(an)裝條件(jian)、系統設(she)計以及(ji)實施效(xiao)果等🍉一(yi)系列應(ying)用流程(cheng)分析，以(yi)此來爲(wei)超聲波(bo)流量計(ji)在天然(ran)氣貿易(yi)交接計(ji)量中的(de)有效應(ying)用提供(gong)理論依(yi)據。
1超聲(sheng)波流量(liang)計概述(shu)
　　超聲波(bo)流量計(ji)是一種(zhong)以速度(du)差法爲(wei)原理所(suo)設計的(de)一種液(ye)💞體流量(liang)測量儀(yi)器，其采(cai)用了先(xian)進的多(duo)脈沖技(ji)術、信号(hao)數字化(hua)處理技(ji)術以及(ji)糾錯技(ji)術，可以(yi)被廣泛(fan)應用于(yu)🌐各類工(gong)業現場(chang)的環境(jing)中，具有(you)計量方(fang)便、準确(que)以及經(jing)濟實惠(hui)等多種(zhong)優點[1]。從(cong)🔆使用功(gong)能🏃和特(te)點來看(kan)，超聲波(bo)流量計(ji)利用信(xin)号數字(zi)化的處(chu)理技術(shu)，可以進(jin)一步确(que)保測量(liang)信号的(de)穩定性(xing)🤩，提高了(le)測量的(de)抗幹擾(rao)能力，有(you)利于提(ti)高計量(liang)的精度(du)，且超聲(sheng)波流量(liang)計内的(de)⚽無機械(xie)傳動部(bu)件不容(rong)易損壞(huai)且不需(xu)要🧑🏽‍🤝‍🧑🏻進行(hang)後期維(wei)護，使用(yong)✌️周期長(zhang)。
2超聲波(bo)流量計(ji)在天然(ran)氣貿易(yi)交接計(ji)量中的(de)應用
2.1超(chao)聲波流(liu)量計的(de)選擇
　　爲(wei)了滿足(zu)天然氣(qi)貿易交(jiao)接計量(liang)的精度(du)要求，在(zai)對其計(ji)量方式(shi)進行選(xuan)擇時必(bi)須選擇(ze)超聲波(bo)流量計(ji)。目前，市(shi)場中常(chang)見的🤩超(chao)聲波流(liu)量計主(zhu)要包括(kuo)2、4、5以及6聲(sheng)道技術(shu)，2聲道流(liu)量計僅(jin)可用于(yu)精度要(yao)求爲1%的(de)計量中(zhong)，4和5聲道(dao)流量計(ji)的精度(du)可以準(zhun)到0.5%，而6聲(sheng)道流量(liang)♈計的精(jing)度則可(ke)以準到(dao)0.25%，多以4和(he)5聲道流(liu)量計的(de)應用相(xiang)對較多(duo)，但随着(zhe)近年來(lai)6聲道流(liu)量計技(ji)術水平(ping)的不斷(duan)提升，其(qi)逐漸被(bei)廣泛🔞應(ying)用于實(shi)際應用(yong)中，并發(fa)揮出較(jiao)好的應(ying)用效果(guo)。6聲道超(chao)聲波流(liu)量計主(zhu)要使用(yong)了3個平(ping)面的6個(ge)聲道進(jin)行測量(liang)，在高斯(si)-切比雪(xue)夫理論(lun)下記性(xing)排列⭕，即(ji)使在不(bu)對稱或(huo)者渦流(liu)的情況(kuang)下也均(jun)可以實(shi)現對流(liu)速的有(you)效測量(liang)。
2.2測量原(yuan)理及方(fang)法
　　從計(ji)量原理(li)來看，超(chao)聲波流(liu)量計可(ke)以使聲(sheng)脈沖在(zai)管道内(nei)✂️實現逆(ni)流和順(shun)流的傳(chuan)播，通過(guo)對傳播(bo)時間❌的(de)測量，以(yi)此來計(ji)算出其(qi)在工作(zuo)條件下(xia)通過氣(qi)體超聲(sheng)流量的(de)氣🔅體軸(zhou)向平均(jun)流速和(he)流量，工(gong)作原理(li)🔴見圖1。

　　圖1所(suo)示爲單(dan)聲道超(chao)聲波的(de)工作原(yuan)理圖，其(qi)中L表示(shi)直線傳(chuan)播的距(ju)離，x表示(shi)垂直傳(chuan)播的距(ju)離，D則表(biao)示管徑(jing)，聲👌脈沖(chong)📱的傳播(bo)時間可(ke)使用以(yi)下公式(shi)進行計(ji)算：

　　公式(shi)中，t1表示(shi)反向傳(chuan)輸時間(jian)，t2表示正(zheng)向傳輸(shu)時間，v表(biao)示天然(ran)氣⛹🏻‍♀️流體(ti)速度，c表(biao)示聲速(su)，根據上(shang)述公式(shi)進行轉(zhuan)變，可進(jin)一步得(de)出天然(ran)氣流體(ti)速度和(he)聲速公(gong)式如下(xia)：

　　天然氣(qi)施工過(guo)程中的(de)瞬間體(ti)積流量(liang)qvf的計算(suan)公式如(ru)下：
qvf=vπ（D/2）2
　　其中(zhong)，qvf表示當(dang)前工況(kuang)條件下(xia)天然氣(qi)的瞬間(jian)體積流(liu)量，π（D/2）2表示(shi)管道的(de)橫截面(mian)積，通過(guo)對公式(shi)的進一(yi)步轉變(bian)可以得(de)出qvf的計(ji)算公式(shi)如下：
　　其(qi)中，qvn用于(yu)表示标(biao)準參比(bi)條件下(xia)天然氣(qi)産生的(de)瞬間體(ti)積流量(liang)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻，Pn表示标(biao)準參比(bi)條件下(xia)産生的(de)絕對壓(ya)力，Pf表💁示(shi)工作條(tiao)件下的(de)絕對靜(jing)壓力，Tn表(biao)示标準(zhun)參比條(tiao)件下産(chan)生的熱(re)力學溫(wen)度，Tf表🔴示(shi)工作條(tiao)件下的(de)熱🧑🏾‍🤝‍🧑🏼力學(xue)溫度㊙️，Zn表(biao)示标準(zhun)參比條(tiao)件下産(chan)生的☂️壓(ya)縮因子(zi)，Zf表示工(gong)作條件(jian)下的壓(ya)縮因子(zi)。
2.3安裝條(tiao)件
①安裝(zhuang)溫度：從(cong)安裝的(de)溫度條(tiao)件來看(kan)，溫度計(ji)的安裝(zhuang)💋應💜當💰在(zai)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻-20℃～60℃的環境(jing)下，工作(zuo)環境應(ying)當保證(zheng)在-40℃～60℃，在實(shi)際安裝(zhuang)的過程(cheng)✔️中，應當(dang)結✍️合具(ju)體的施(shi)工環境(jing)采取相(xiang)應的防(fang)曬或防(fang)凍措施(shi)。②安裝環(huan)境：在安(an)裝超聲(sheng)波流量(liang)計時，盡(jin)量🧡避免(mian)在振動(dong)的環境(jing)下安裝(zhuang)，尤其是(shi)可以導(dao)緻信号(hao)處理單(dan)元等出(chu)現共振(zhen)的環境(jing)，同時也(ye)應當避(bi)免可能(neng)👨‍❤️‍👨存在的(de)電器噪(zao)聲環境(jing)。③注意事(shi)項：a超聲(sheng)波信号(hao)電纜與(yu)具有強(qiang)電🧡場以(yi)及強磁(ci)場電器(qi)設備與(yu)電纜之(zhi)間的距(ju)離🤟必須(xu)超過1.5m，若(ruo)設備或(huo)⁉️電纜帶(dai)有屏蔽(bi)的穿金(jin)屬保護(hu)管㊙️時，二(er)者之間(jian)的距離(li)則必須(xu)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼超過0.8m；b電(dian)纜的鋪(pu)設❓必須(xu)嚴格按(an)照工程(cheng)的操作(zuo)規範施(shi)工，使埋(mai)地鋪設(she)的深度(du)必須超(chao)過70cm且需(xu)要埋于(yu)凍💛土層(ceng)下方；c自(zi)動計量(liang)系統必(bi)須根據(ju)工程的(de)實際情(qing)況，将其(qi)設置爲(wei)保護接(jie)地或信(xin)号回路(lu)接地等(deng)接地方(fang)式，确保(bao)接地方(fang)式🈲的可(ke)靠性，使(shi)接地電(dian)阻符合(he)工程的(de)标準要(yao)求；d流量(liang)計或儀(yi)表的安(an)裝必須(xu)嚴格按(an)照工程(cheng)的施工(gong)标準，以(yi)免🍉出現(xian)由于安(an)裝不規(gui)範所造(zao)成的測(ce)量🔱誤差(cha)；e減少安(an)裝過程(cheng)中聲學(xue)噪聲對(dui)測👈量結(jie)果或性(xing)能産生(sheng)的影響(xiang)，盡量将(jiang)流量計(ji)安裝于(yu)調節閥(fa)的上遊(you)處，減少(shao)其他噪(zao)音對流(liu)量計量(liang)結果産(chan)生影響(xiang)，或通過(guo)于下遊(you)管段安(an)裝彎管(guan)的方式(shi)，利用緩(huan)沖的氣(qi)量流速(su)以此來(lai)減少噪(zao)音對計(ji)量結果(guo)産生的(de)影響；f安(an)裝前仔(zai)細檢查(cha)流量計(ji)附近是(shi)否存在(zai)可㊙️能的(de)流動脈(mo)動，并采(cai)取相應(ying)的措🔞施(shi)減少脈(mo)動🧑🏽‍🤝‍🧑🏻對測(ce)量結😘果(guo)産生的(de)影響，減(jian)少測量(liang)結果的(de)不确定(ding)性。
2.4系統(tong)設計
　　根(gen)據超聲(sheng)波流量(liang)計的具(ju)體測量(liang)方法以(yi)及安裝(zhuang)條件，需(xu)要針對(dui)超聲波(bo)流量計(ji)、壓力傳(chuan)感器、溫(wen)度傳感(gan)♍器以及(ji)流量計(ji)🔴算機🧑🏾‍🤝‍🧑🏼分(fen)别進行(hang)系統設(she)計，設計(ji)方法如(ru)下：①超聲(sheng)波流🌏量(liang)計：根✌️據(ju)工程的(de)基本要(yao)求，所安(an)裝的超(chao)聲波流(liu)量計爲(wei)DN250氣體超(chao)聲波流(liu)量計[2]，通(tong)過對天(tian)然氣貿(mao)易交接(jie)計量的(de)計算，其(qi)日均氣(qi)🍉量爲1×106m3，該(gai)超聲🍓波(bo)流量計(ji)共⭕計包(bao)括4個超(chao)聲波🌈測(ce)量聲道(dao)，可以✔️有(you)效實現(xian)對輸送(song)管道😘内(nei)天然氣(qi)貿易交(jiao)接量的(de)有效測(ce)量，其可(ke)以通過(guo)對超聲(sheng)換能器(qi)聲波信(xin)号的有(you)效利用(yong)，實現對(dui)電路以(yi)及DSP微控(kong)制器所(suo)組成信(xin)号處✌️理(li)單🌏元的(de)有效采(cai)集和♉處(chu)理，并将(jiang)其轉換(huan)爲相應(ying)的脈沖(chong)輸出信(xin)号。②壓力(li)傳感器(qi)：下遊🏃‍♂️直(zhi)管段上(shang)安裝了(le)壓力💯傳(chuan)感器，主(zhu)要用于(yu)被測氣(qi)體壓力(li)✉️的測量(liang)，輸出的(de)标準信(xin)号爲🔱4～20mA，利(li)用計算(suan)機将其(qi)上傳至(zhi)流㊙️量計(ji)算機上(shang)，從而用(yong)于壓力(li)補償中(zhong)。③溫度傳(chuan)感器🎯：下(xia)遊直管(guan)段上🔆同(tong)時安裝(zhuang)了溫度(du)傳☎️感器(qi)，以此來(lai)實現對(dui)被測量(liang)氣🐕體溫(wen)度的測(ce)量，與壓(ya)力傳感(gan)器相同(tong)，均利用(yong)計算機(ji)将其上(shang)傳至流(liu)量計算(suan)機上，從(cong)🈲而用于(yu)壓力補(bu)償中。④流(liu)量計算(suan)機：在使(shi)用流量(liang)計算機(ji)對流量(liang)進行計(ji)算時，通(tong)常會✔️利(li)用串口(kou)通信或(huo)頻率輸(shu)入的方(fang)式以此(ci)來實現(xian)對流量(liang)計所統(tong)計工程(cheng)流量信(xin)息的有(you)效采集(ji)和整合(he)，同時也(ye)将分别(bie)采集👌壓(ya)力傳感(gan)器以及(ji)溫度傳(chuan)感器所(suo)上傳的(de)相關數(shu)據信息(xi)，所有的(de)數據采(cai)⁉️集以💋及(ji)信号輸(shu)送等方(fang)式均符(fu)合國家(jia)的相關(guan)規定，且(qie)内部👣的(de)🍉系統軟(ruan)件具有(you)設計合(he)理性，計(ji)量管理(li)功能齊(qi)全等特(te)點📞，擁有(you)安全的(de)數據庫(ku)，且計算(suan)機的儲(chu)存功能(neng)較爲💋龐(pang)大，可💃以(yi)✉️有效實(shi)現對被(bei)測量各(ge)種曆🔞史(shi)數據的(de)儲存以(yi)及相關(guan)👨‍❤️‍👨配置參(can)數的修(xiu)改等，具(ju)有👈良好(hao)的電磁(ci)兼容性(xing)。其中，計(ji)算機的(de)體積量(liang)運算采(cai)取了多(duo)種氣體(ti)壓縮因(yin)子的計(ji)算方式(shi)，且根據(ju)不同的(de)特定場(chang)所均有(you)其所符(fu)合的計(ji)算方式(shi)。
2.5運行維(wei)護
　　運行(hang)維護作(zuo)爲确保(bao)超聲波(bo)流量計(ji)穩定運(yun)行的主(zhu)要工作(zuo)㊙️環節，針(zhen)對超聲(sheng)波流量(liang)計的維(wei)護主要(yao)以《GB/T18604-2014用氣(qi)體超聲(sheng)流量計(ji) 測量天(tian)然氣流(liu)量》[2]中的(de)運行維(wei)護和保(bao)養要求(qiu)進行🈲運(yun)行維護(hu)，并定期(qi)對超聲(sheng)波流量(liang)計、溫度(du)傳感器(qi)以及壓(ya)力傳✌️感(gan)器等進(jin)行統一(yi)的維護(hu)和保養(yang)，針對不(bu)同設備(bei)的保養(yang)♻️操作流(liu)程等進(jin)行詳細(xi)的規範(fan)，做出明(ming)确的規(gui)定。
2.6實施(shi)效果
　　根(gen)據《GB/T18604-2014用氣(qi)體超聲(sheng)流量計(ji)測量天(tian)然氣流(liu)量》中的(de)規定，對(dui)超✍️聲波(bo)流量計(ji)的實際(ji)運行效(xiao)果進行(hang)分析，結(jie)果從計(ji)量準确(que)‼️性來看(kan)，經過1周(zhou)的運行(hang)，其所計(ji)量的❗準(zhun)确性相(xiang)對較高(gao)，且在使(shi)用的過(guo)程中并(bing)未進行(hang)維護，相(xiang)較于傳(chuan)統的标(biao)準孔闆(pan)流量計(ji)，超聲波(bo)流量計(ji)發揮出(chu)了更🌈高(gao)的計量(liang)準确性(xing)，且不确(que)定因素(su)相對較(jiao)少。從計(ji)量的☎️可(ke)靠性來(lai)看，由于(yu)超聲波(bo)流量🐇計(ji)在使用(yong)前采取(qu)了設計(ji)的方式(shi)設定了(le)具有針(zhen)對性的(de)計量系(xi)統方案(an)，因此通(tong)過其在(zai)流程區(qu)🌈域内于(yu)标準孔(kong)闆流量(liang)♉計的串(chuan)聯，結果(guo)發現超(chao)聲波流(liu)量計所(suo)産生的(de)誤差明(ming)顯低于(yu)标準孔(kong)闆流量(liang)計，進一(yi)步體現(xian)出了超(chao)聲波📧流(liu)量計的(de)實際應(ying)用高效(xiao)果。
3結語(yu)
　　綜上所(suo)述，通過(guo)對超聲(sheng)波流量(liang)計在天(tian)然氣貿(mao)易交😄接(jie)計量🏒中(zhong)的應用(yong)分析，将(jiang)爲其他(ta)工程内(nei)的超聲(sheng)波流量(liang)計應用(yong)提供有(you)㊙️效的理(li)論依據(ju)，從而爲(wei)提高我(wo)國的天(tian)㊙️然氣貿(mao)易交接(jie)計量精(jing)細化管(guan)理水平(ping)産生了(le)積極的(de)影響，爲(wei)超聲波(bo)流量計(ji)日後的(de)廣泛應(ying)用和推(tui)廣做出(chu)了巨大(da)的貢獻(xian)

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