气体超声波流量计

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1、..气体超声波流量计─天然气流量计量的发展趋势应用超声波原理测量流量始于1928年，而进入实用阶段约在20世纪70年代，但仍限于测量液体。用于测量气体流量约在90年代，至今不到10年。由于气体超声波流量计具有许多传统流量计（孔板、涡轮、涡街……等）无法相比的突出优点（见表1），在天然气流量计量领域中，它犹如一颗耀眼的新星，备受国内外工程技术界的关注。2000年6月在巴西召开的“FOLMEKO2000第十届流量测量国际学术讨论会”上，重点讨论了超声波流量计，该方面的论文数占论文总数的29.4%，接近1/3；而历届讨论最多的

2、有关差压式的论文数仅占17.6%，不再成为热点。从发展趋势来看，由于超声波流量计具有精确度高、性能稳定可靠、量程比大、管道中无检测件等特点，在工程应用及国际贸易中，大有后来居上取代传统流量仪表的趋势。目前，美国、英国、荷兰、德国、加拿大、俄罗斯等10余个国家已批准它为天然气贸易输送系统的计量仪表。据了解，我国也正对此进行技术谁，制定了标准。仅以我国四大世纪工程之一的西气东输工程为例，经多次流量计量论证，已将气体超声波流量计作为流量计量的首选仪表。据估算，该项目一期工程对检测控制仪表的投资将达到100亿元左右。流量计量是整

3、个工程中重要的检测参数，初步估计，管道为DN150~1000的大中型天然气输配计量站约数百个，DN100以下的流量计量所需仪表将以万计，流量计量投资约10亿元左右。这个巨大的市场对于仪表生产厂商来说，真是千载难逢！....表1流量计的性能比较二原理1.流速测量目前用超声波法来测气体流量，时差法几乎是唯一的选择。其测量原理如图1所示，A、B是安装在管道上的两个换能器（Transducer）,既可发射又可接受超声波。A牌上游，B牌下游，两者轴向距离为X，声道长度为L。从A向B发出的超声波顺流向到达B所需时间：....tab=

4、L/(C+Vmcosθ)式中C——声速Vm——声道上的平均流速θ——换能器安装的倾角（声道角度）B接受信号后，向A返回的超声波信号为逆流向，所需时间为：tab=L/(C-Vmcosθ)再考虑cos?=X/L，两式相减化简可得从式（1）可知，用时差法测流体的轴向速度与声速C无关，这就大大简化了测量电路。这个方法早为人们所知，但实际应用到测量气体流量当时还有困难。近几年来由于集成电路的飞速发展，可以精确测量极其微小的时间差（达10-9~10-12s），才使其得以进入实用阶段。目前对时差的处理电路有PLL（锁向环路）、TLL（

5、时间锁定环路）及LEFM（波前沿时间差法）等。2.流量测量....流量应为管道横截面积A乘以流过管道横截面的流体流速V，它与上述声道L上的平均流速Vm并不相等，可用系数K予以修正，K=Vm/V。系数K取决于流体的雷诺数Re，在管道内充分发展的紊流条件下K=1.119-0.011×logRe(2)当流速V变化10倍时，K值将变化1%，在进行精确测量时，必须用K对流量值进行动态修正。当管道的直管段不够长时，管内的流速分布不能形成充分发展的紊流，这将降低许多流量仪表测量的精确度。而超声波流量计可采取多声道的办法（可采用8个换能

6、器、4个声道以测量整个截面的流速，如图（2）以减少受到的影响，帮仍可保持高达±0.5%~±1%的精确度。三特点时差式气体超声波流量计现已成为当今气体流量（特别是高压、大口径）计量的首选仪表，它的特点如下：（1）适用于大口径管道测量，口径范围75~1200mm，最大口径可达1600mm；（2）精确度一般优于±0.5%，重复性可达±0.1%；....（3）量程比很宽，可达300：1以上；（4）所需上下游直管段较短，上游为10D，下游为3D；（5）无可动部件，使用安全、可靠；（6）换能器轻巧，所占空间小，安装维护方便；（7）无

7、压损，为节能产品，可降低输气管道增压费用；（8）可进行双向流量测量；（9）不测质量流量；（10）不受涡流及横截面流速分布变化的影响；（11）可精确测量脉动流；（12）不受温度、压力、气体组分变化的影响；（13）不受沉淀物、湿气的影响；（14）可在不断流、带压状态下更换换能器；（15）具有自检、自诊断功能；（16）管内无阻流件，可允许清洗球自由通过管道和流量计，清洗容易。四标定....虽然美国燃气协会的AGA9号报告认为采用超声波流量计测量天然气允许误差为±0.7%（口径小于300mm可允许±1%），按目前国外制造商的水平

8、，不进行标定基本上都可以达到这个精确度要求。但不少天然气供应商在贸易计量时，为减少损失，仍希望通过标定来提高仪表的精确度。据Edgar估计，在DN400的管道中，输送6Mpa压力、750M3/h流量的天然气，如流量计误差为了0.7%，天然气价格按7美元/100M3计，那么每年将少收180万美元。而标定一台口径400m