氣體超聲流量計的選用
2014-10-30
一、前言
準確地進行天然氣計量是天然氣企業進行經濟分析，降低運行成本的關鍵一環，直接地影響著一個企業的經濟效益，倍受供需雙方關注。國內以往的天然氣貿易計量，大都使用孔板流量計和渦輪流量計，尤其在大口徑、大流量的天然氣計量中，更是優先選用孔板流量計[1,2] 。這些計量工具標準化程度高，使用簡單可靠，價格便宜，但品質較差、計量精度低，造成的產銷差十分可觀。為了維護企業利益，減少貿易糾紛，目前各個企業都希望選用高精度的流量計。
近年來，隨著科學技術的發展，尤其是計算機應用技術的飛速發展，氣體超聲波流量計已逐步進入天然氣計量領域。氣體超聲波流量計計量精度高、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。目前國內建設的各類天然氣管道的貿易計量，大都選用氣體超聲波流量計，例如西氣東輸管道的首選流量計就是氣體超聲波流量計。
但是，在使用過程中人們發現，氣體超聲波流量計盡管有以上優點，但其自身的一些特點也影響了它在使用過程中的計量精度，需要在實際使用過程中加以注意。
二、存在的問題及原因分析
氣體超聲波流量計在使用過程中，常常會遇到一些問題，如流量計的超聲波探頭頻頻報警，有時還會出現無流量記錄的情況；標定合格的同型號超聲波流量計計量誤差超標等。
分析發現，超聲波探頭頻頻報警和出現無流量記錄的問題，一是由于介質中的液態水附著在流量計內壁且遮蓋了超聲波流量計探頭，造成超聲波在進出液態水表面時發生折射，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在流量計表體內壁沉積，影響到超聲波的反射路徑和發射效果[4]。而標定合格的同型號超聲波流量計計量誤差超標這一問題，主要是由安裝精度和現場工藝設備產生的噪音引起的。
從天然氣生產工藝可知，天然氣的脫油、脫水和脫機械雜質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已經非常先進和完善，處理后的天然氣水露點和烴露點均能滿足管輸要求。但從國內一些天然氣管道的運行情況來看，在投產運行初期，管道內往往會出現積水現象，這些管內積水主要來源于殘存的試壓水和管道內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。規范規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的管段，既使對管道進行了通球清管，若不對管道進行干燥，管道中就有可能存在部分殘留水匯集在管道低洼處，形成管內積水。
（2）管道內的濕空氣遇冷會析出冷凝水按《輸氣管道工程設計規范》GB5O251-2003規定，天然氣輸氣管道試壓、清管結束后宜進行干燥，若不進行干燥，管道內就充滿了濕空氣。管道投產置換時若采用氮氣置換，溫度很低的氮氣與管道內的濕空氣接觸混合后，就會在管內壁上形成冷凝水，而形成管道內的積水。
三、應注意的問題
在使用中能造成氣體超聲波流量計計量故障的主要因素是管內粘污物如泥污、油污、銹塵、水等，尤其是積水。為了消除管內粘污物對氣體超聲波流量計的影響，在站場工藝設計、施工和日常使用時應注意以下幾個方面。
（1）努力創造條件完成管道干燥。GB5025I-2003《輸氣管道工程設計規范》中規定的“輸氣管道試壓、清管結束后宜進行干燥”這一條款是參考了皇家荷蘭殼牌集團企業標準和國內施工經驗制定的。氣體超聲波流量計在西歐等發達國家使用的較早，這也是他們通過實踐探索而總結出的經驗。目前國內對天然氣長輸管道進行整體干燥的不是很多，且規范中也使用“宜”字，對是否進行干燥并沒有做硬性規定。以前使用孔板等類型的流量計，管道內的積水對計量影響不大，但改用氣體超聲波流量計后，超聲波流量計對水分是相當敏感的，因此進行管道干燥是非常必要的。
（2）分離系統的選擇應考慮液態水的處理。以前站場工藝設計上多采用旋風式分離器，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、末站設置分離器的主要作用是除去天然氣中的各種固體顆粒，現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。但液態水的帶人會嚴重降低分離器的分離效果，在站場內設置分離器時，不管是旋風式，還是過濾分離式，都應考慮在分離器前加一級液態水處理裝置，將從管道內帶來的液態水分離掉。其分離精度不必要求太高，選擇一般的重力式分離器即可。在國內選用氣體超聲波流量計的站場中，有的已選用兩級分離這種工藝模式，效果良好。
（3）加強操作管理，及時排出分離器的污水。分離器均設有排污管，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，積液器中的污水已滿，造成分離器失效，使液態水隨天然氣進入氣體超聲波流量計而導致計量故障。若要從根本上解決這個問題，消除人為因素的影響，應在分離器的污管上加裝自動排污閥，以保證及時排水。此外，在投產運行初期，過濾分離器濾芯的更換頻率也要適當加大。
（4）投產置換時應保護好過濾分離器。使用過濾分離器時，管內積水或銹塵都會使過濾分離器的濾芯失效，因此在投產置換前，最好先將過濾分離器的濾芯抽出，待置換結束后，將過濾分離器內腔清理干凈后再將濾芯裝上，既保護了濾芯，又保護了氣體超聲波流量計。
（5）滿足氣體超聲波流量計的安裝要求。氣體超聲波流量計的安裝要求已在產品說明書中寫明，氣體超聲波流量計測量的是氣體流速，對流量計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一定要嚴格執行安裝規定，以達到要求的同心度。氣體超聲波流量計在站場中的安裝位置不同于孔板流量計。使用孔板流量計時，不管是先調壓后計量，還是先計量后調壓，孔板流量計和調壓器大都安裝在同一空間，即在兩個匯管之間同時安裝孔板流量計和調壓器。若選用氣體超聲波流量計，則這一安裝位置將對氣體超聲波流量計的計量精度產生嚴重影響，因為氣體超聲波流量計對噪音很敏感，與調壓器安裝在同一空間，調壓器產生的噪音將會使氣體超聲波流量計的計量失效。所以，若選用氣體超聲波流量計，工藝設備布置時應將其單獨安裝在兩匯管之間的管路上，若場地狹小，需與調壓器一起安裝在兩匯管之間的管路上時，應在流量計和調壓器之間加設減噪器或減噪管。
（6）氣體超聲波流量計的標定最好選用在線標定。氣體超聲波流量計的精度受安裝環境的影響很大，已標定合格的氣體超聲波流量計安裝到現場后，因其安裝條件發生了變化，其計量精度也會發生變化。所以，在站場工藝設計上，應考慮設置在線標定系統，加設標定接管和閥門。需要標定時，標定單位可將標定車開到現場，將標定車上的標準表與現場的流量計串接起來即可完成流量計的標定。目前國內有標定資格的單位已有這種標定車。
（7）選用合適類型的流量計。目前世界范圍內使用的氣體超聲波流量計的結構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易計量的精度要求，但適用的氣體環境有所不同，應根據所輸送天然氣的氣質情況來選用。就國內目前的天然氣氣質情況而言，對射式的超聲波流量計較為適用。
（8）定期對流量計進行清洗。如果天然氣中夾帶的固體雜質和液體附著在流量計表體內壁或傳感器表面達到了一定程度，將會影響到流量計的計量精度，這就需要及時進行清洗。
四、結束語
氣體超聲波流量計是近幾年來才逐漸發展并被采用的氣體流量計，不僅要明白它的工作原理和結構，更重要的是要掌握它的使用條件和要求，才能充分發揮其優良的計量特性，更好地為企業的貿易計量服務。
流量計產品鏈接 http://www.kafenchem.com/product/flowmeter/
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