【摘要】超聲(sheng)波流量計 是(shi)一種常見的(de)天然氣計量(liang)設備，主要以(yi)某設計工程(cheng)爲例，通過對(dui)超聲波流量(liang)計在天然氣(qi)貿易交接計(ji)量中的測量(liang)原理及方🥵法(fǎ)、安裝條件、系(xi)統設計以及(jí)實施效果等(deng)🔞一系列應用(yòng)流程分析🧑🏽‍🤝‍🧑🏻，以(yi)此來爲超聲(sheng)波流量🔞計在(zai)天然氣貿易(yì)交接計量中(zhōng)的有效應用(yong)提供理論依(yī)據。
1超聲波流(liú)量計概述
　　超(chāo)聲波流量計(jì)是一種以速(sù)度差法爲原(yuan)理所設計👄的(de)一種液體流(liu)量測量儀器(qi)，其采用了先(xian)進的多脈沖(chòng)技術、信🍉号數(shù)字化處理技(jì)術以及糾錯(cuò)技術，可以被(bei)廣泛應用于(yú)各類工業現(xiàn)場的環境👨‍❤️‍👨中(zhōng)，具有計量方(fang)便、準确以及(ji)經濟實惠等(deng)多種優點[1]。從(cong)使用功能和(hé)特點來看，超(chao)聲波流量計(jì)利用信号數(shù)字化的處♻️理(lǐ)技術，可以🆚進(jin)一步确保測(cè)量信号的穩(wen)定性，提高了(le)測量的抗幹(gàn)擾能力，有利(li)于提高計量(liang)的精度，且超(chao)😄聲波流量計(jì)内的無機械(xie)傳動部件😍不(bu)容易損壞且(qiě)不需要進行(hang)後期維護，使(shǐ)用周期長。
2超(chāo)聲波流量計(ji)在天然氣貿(mào)易交接計量(liang)中的應用
2.1超(chāo)聲波流量計(jì)的選擇
　　爲了(le)滿足天然氣(qì)貿易交接計(jì)量的精度要(yao)求，在對其計(ji)量🚩方式🌍進行(hang)選擇時必須(xu)選擇超聲波(bō)流量計。目前(qián)🔅，市場中常見(jian)的超聲波流(liú)量計主要包(bāo)括2、4、5以及6聲道(dào)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(zhōng)，4和5聲道流量(liang)計的精度可(kě)以準到0.5%，而6聲(sheng)道流量計的(de)精度則可以(yi)準到0.25%，多以4和(he)5聲道流🈚量計(jì)的應用相對(dui)較多，但✔️随着(zhe)近年來6聲道(dao)流量計技術(shù)水平的不斷(duàn)提升，其逐漸(jian)🔞被廣泛應用(yong)于實☀️際應用(yòng)中，并發揮♻️出(chu)較好的應用(yong)效果。6聲道超(chāo)聲波流量✊計(ji)主要使用了(le)3個平面的6個(ge)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(dui)稱或者渦⭐流(liú)的情況下也(yě)均可以實現(xian)對流速的有(yǒu)效測量。
2.2測量(liang)原理及方法(fǎ)
　　從計量原理(li)來看，超聲波(bō)流量計可以(yǐ)使聲脈沖在(zài)管道内實🏒現(xian)⛱️逆流和順流(liú)的傳播，通過(guo)對傳播時間(jian)🛀的測量，以此(cǐ)來計算出其(qi)在工作條件(jiàn)下通過氣體(tǐ)超聲流量的(de)氣體軸向平(píng)均流速和流(liú)量，工作原理(li)見圖1。

　　圖1所(suo)示爲單聲道(dao)超聲波的工(gong)作原理圖，其(qí)中L表示直線(xian)傳播🏒的距離(li)，x表示垂直傳(chuan)播的距離，D則(ze)表示管🈚徑，聲(shēng)脈沖的傳播(bo)時間可使用(yong)以下公式進(jin)行計算：

　　公式(shì)中，t1表示反向(xiàng)傳輸時間，t2表(biao)示正向傳輸(shū)時間，v表示天(tiān)然💰氣⭕流體速(sù)度，c表示聲速(sù)，根據上述公(gōng)式進行轉變(bian)，可進一步❄️得(dé)出天然氣流(liú)體速度和聲(shēng)速公式如下(xia)：

　　天然氣施工(gōng)過程中的瞬(shun)間體積流量(liàng)qvf的計算公式(shì)如⛷️下：
qvf=vπ（D/2）2
　　其中，qvf表(biao)示當前工況(kuàng)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(jie)面積，通過對(dui)公式的進一(yi)步轉🐉變可以(yi)得出qvf的計算(suàn)🔞公式如下：
　　其(qi)中，qvn用于表示(shì)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(tiao)🌏件下的絕對(dui)靜壓力，Tn表示(shi)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(shi)标準參比條(tiao)件下産生的(de)壓縮因子🧑🏾‍🤝‍🧑🏼，Zf表(biǎo)示工作條🏃件(jian)下的壓縮因(yin)子。
2.3安裝條件(jian)
①安裝溫度：從(cóng)安裝的溫度(du)條件來看，溫(wen)度計的安裝(zhuāng)🚩應當在⭐-20℃～60℃的🤟環(huán)境下，工作環(huán)境應當保證(zheng)在-40℃～60℃，在實際安(an)裝的過程中(zhōng)，應當結合具(jù)體的施工環(huán)境采取相應(yīng)的防曬或防(fang)凍🐪措施。②安裝(zhuang)環境：在安裝(zhuang)超聲波流量(liang)❌計時，盡量避(bì)免在振🏃動的(de)環境下安裝(zhuāng)，尤其是可以(yǐ)導緻信号處(chù)理單元等出(chū)現共振的環(huán)境，同時也應(ying)當避免可能(neng)存在的電器(qì)噪聲環境。③注(zhu)意事項：a超聲(sheng)波信号電纜(lǎn)與具有強電(diàn)❤️場以及強磁(ci)場電器設備(bèi)與🌈電纜之間(jiān)的距離⛱️必須(xū)超過1.5m，若設備(bèi)或電纜帶有(you)屏蔽的穿金(jin)屬保護管時(shi)，二者之間的(de)距離則必須(xū)超過0.8m；b電纜的(de)鋪設必須嚴(yán)✂️格按照工程(chéng)的操作規範(fàn)施工，使埋地(dì)鋪設的深度(dù)必須超過70cm且(qie)需要埋于凍(dòng)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(zhì)爲保護接地(dì)或信号回路(lù)接🐇地等接地(di)方式，确保接(jiē)地方式的可(kě)靠性，使接地(dì)電阻符合工(gong)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(miǎn)出現由于安(an)裝🐪不規範所(suǒ)造成的測量(liàng)誤差；e減少安(ān)裝過💚程中聲(sheng)學噪聲對測(ce)量結果或性(xing)能産生的影(ying)響，盡量将♉流(liú)量計安裝于(yu)調節閥的👄上(shang)遊處，減少其(qi)他噪音對流(liú)量計量結♻️果(guo)産生影響，或(huo)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(cǐ)來減少噪音(yīn)對計量結果(guo)✏️産生的影響(xiang)；f安裝前仔細(xi)檢查流量計(jì)附近是否存(cun)在可🐕能的流(liu)動脈動，并采(cai)取相應的措(cuo)施減少脈動(dong)對測量💃結果(guo)産生的影響(xiǎng)，減少測量結(jie)果的不确定(ding)性。
2.4系統設計(ji)
　　根據超聲波(bō)流量計的具(jù)體測量方法(fa)以及安裝條(tiao)件，需要針對(dui)超聲波流量(liang)計、壓力傳感(gǎn)器、溫度傳感(gan)器以及流量(liàng)計🥵算機分别(bié)進行系統設(she)計，設計方法(fa)🏃‍♂️如下：①超聲波(bō)流量計：根🌈據(ju)工程的基本(ben)要求，所安裝(zhuāng)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(tiān)然氣貿易交(jiao)接計量的計(ji)算，其日均氣(qì)量爲1×106m3，該超聲(sheng)波流量計共(gòng)✂️計包括4個超(chāo)聲波測量聲(sheng)道，可以㊙️有效(xiao)實現對輸送(sòng)管道内天然(ran)氣貿易交接(jie)量的有效測(cè)量，其可以通(tōng)過對超😘聲換(huan)能器聲波信(xìn)号的有效利(lì)用，實現對電(dian)路以及DSP微控(kong)制器所組成(cheng)信号處理單(dan)⭕元的有效采(cǎi)集和🔴處理，并(bìng)将其轉換爲(wei)相應的脈沖(chòng)輸出信号。②壓(yā)力傳感器：下(xia)遊直管段上(shang)安裝了壓力(lì)傳感器，主要(yao)用于被測氣(qi)體壓力的測(cè)量，輸出的标(biao)準信号爲✂️4～20mA，利(lì)用計算機将(jiāng)其上傳至流(liu)㊙️量計算機上(shang)，從而用于壓(ya)力補償中。③溫(wēn)度傳感器：下(xia)遊直管段上(shang)🌂同時安裝了(le)溫度傳感器(qì)，以此來實現(xian)對被測量氣(qi)體溫度的測(cè)量，與壓力傳(chuan)感器相同，均(jun1)利用計算機(ji)将其上傳至(zhì)流量計算機(jī)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(liu)🌈量進行‼️計算(suan)時，通常會🥵利(lì)用串口通信(xìn)或頻率輸入(rù)的方式以此(ci)來實現對流(liu)量計所統計(jì)工程流量信(xìn)息的有效采(cǎi)📧集和整合，同(tong)時也将分别(bié)采集壓力傳(chuan)感器以及溫(wēn)🐉度傳感器所(suo)上傳的相關(guān)數據信息，所(suo)有的數據采(cǎi)🏃🏻‍♂️集以及信号(hao)輸送等方式(shi)均符合國家(jia)的相關規定(dìng)，且内部的㊙️系(xi)統軟件具有(yǒu)設計合理性(xìng)，計量管理功(gōng)能齊全等特(te)點，擁有安全(quán)的數據庫，且(qie)計算機的儲(chǔ)存功能較爲(wèi)🌈龐大，可✨以有(you)效實現對被(bei)測量各種曆(lì)史數據的儲(chu)存以及相關(guān)配置☁️參數的(de)修改等，具有(yǒu)良好的電磁(ci)兼容性。其中(zhong)，計算機的體(tǐ)積量運算采(cǎi)取了多種氣(qi)體壓縮因子(zǐ)的計算方♊式(shì)，且根據不同(tóng)的特定場所(suo)均有其所符(fu)合的計算方(fāng)式🧡。
2.5運行維護(hu)
　　運行維護作(zuo)爲确保超聲(shēng)波流量計穩(wen)定運行的主(zhu)要工作環節(jie)，針對超聲波(bo)流量計的維(wei)護主要以《GB/T18604-2014用(yòng)氣體超聲流(liú)量計 測量天(tiān)然氣流量》[2]中(zhōng)的運行維護(hù)和保養要求(qiú)進行運行維(wei)護🙇‍♀️，并定期對(dui)超聲波流量(liang)計、溫度傳感(gǎn)器以及壓🔴力(li)傳❓感器等進(jin)🈲行統一的維(wei)護和保養，針(zhen)對不同設備(bei)的保養操作(zuò)流程等進行(hang)詳細的規範(fan)，做出明确的(de)規定。
2.6實施效(xiào)果
　　根據《GB/T18604-2014用氣(qi)體超聲流量(liàng)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(liang)準确性來看(kàn)，經過1周的運(yùn)行，其所計量(liang)的準确性相(xiang)對較高，且在(zài)使用的過程(chéng)中并未進行(háng)維護，相較于(yú)傳統的标準(zhun)孔闆流量計(jì)，超聲波流量(liàng)計發揮出了(le)更🍓高的計量(liàng)準确性，且不(bu)确定因素相(xiang)對✌️較少。從計(ji)量的可靠性(xing)來看，由于超(chao)聲波流量計(jì)在使用前采(cai)取了設計的(de)方式設定了(le)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼具有針對性(xìng)的🧡計量系統(tong)方案，因此通(tong)過其在流程(chéng)區👌域内于标(biāo)準🎯孔闆流量(liang)計的串聯，結(jie)果發現超聲(sheng)波流量計所(suo)産生的誤差(cha)明顯低于标(biāo)準孔闆流量(liàng)計，進一步體(ti)現🚶出了超聲(shēng)波流量計的(de)實際應用高(gāo)效果。
3結語
　　綜(zōng)上所述，通過(guò)對超聲波流(liu)量計在天然(ran)氣貿易交🔅接(jiē)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(er)爲提高我國(guo)的天♉然氣貿(mào)易交接計量(liàng)精細化管理(lǐ)水平産生了(le)積極的影響(xiǎng)，爲超聲波流(liú)量計日後的(de)廣泛應用和(hé)推廣做出了(le)巨大的貢獻(xiàn)

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