超声波流量计在煤层气流量计量中的应用

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1、传感检测系统超声波流量计在煤层气流量计量中的应用杨爽月，槐维军，，徐红娟z(1．渤海石油职业学院，河北任丘062552；2．呼和浩特石化公司，呼和浩特010070)摘要：通过对超声波流量计的测量原理和影响超声波测量精度的因素分析，详细阐述了解决测量精度的具体方法，提供了仪表选型、安装的指导性建议。关键词：煤层气管道；超声波流量计；流量测量UltrasonicFlowmetersUsedj13CoaIAirFlowMeasurementYANGShuang-yue，HUAIWei-jun，XUHong-juan2(1．BohaiPelroleumVocati

2、onalCollege,Renqiu062552，China；2．HohhotPelrochemicalCompany，Hohhot01(1070，China)A删：Throughanalysisof~urementprincipleandthefactorsafectthemeasurementaccuracyofultrasonicflowmeter,theimprovementofmeasurementaccuracyisdiscussedindetailandtheselection，installationofadvicesofinstrumen

3、tsalegiven．tKeywords：na山ralgaspipeline；~trasonicflowmeter；flowmeasurement流量是煤层气生产集输中重要的参数之一。流量测量值的准确与否，将直接影响系统运行的稳定性和交接计量中双方的经济利益。目前国内生产的基于各种原盖器．理测量流量的流量计种类很多，如容积式流量计、涡街流量计、差压流量计、超声波流量计等。其中，超声波流量计是随着集成电路技术迅速发展才开始得到实际应图1超声波流量计计量原理用的一种非接触式仪表。与其他类型的流量计相比，超声波流量计具有无压力损失、性价比高、测量范围宽(一计时使

4、2个换能器同时向对方发射超声波。般可达到20：1)等特点。传播速度差法超声波流量计的测按测量参数的不同，其测量原理可分为时差法、频量范围可达~,J3oo：1。因此，在大管径煤层气的计量中使差法和相位差法3种，仅介绍常用的前2种类型。以图la用超声波流量计具有突出的优势。尤其在城市输气中，为例，传感器与管线法线的角度为O。，为管道壁厚，白天用气高峰和夜间用气低谷气流量差别悬殊，超声波D为管道公称直径。超声波脉冲信号的传播速度为c，流流量计测量范围宽的特点能很好地适应这一点。体速度为v，2-'b传感器(T和T：)之间的连线与天然气流动方向的夹角为O，则超声波速

5、度在天然气流动方向1超声波流量计的测量原理上的分量COS0，与流体速度叠加后的合速度为C±超声波流量计由超声波转换器将电能转换为超VCOS0。即当超声波水平速度分量方向与流体流速方向声波能量，以一定的方式发射并穿过被测流体，接收器一致时，两者的合速度为CWVCOS0，反之为C—vCOS0。接收到超声波信号，供显示积算仪显示和积算，实现流1．1差法计量原理量的检测显示。当T发射T接收时，T。到T：的传输时间：超声波流量计的2个超声波换能器(又称超声波探D头)分别安装在管道外壁两侧，以一定的倾角对称(见图tl2=sin—O(1)‘c一1，COS，la)或在同侧

6、(见图1b)。超声波换能器通常采用锆钛酸铅陶制成，在电的当Tz发射T接收时，Tz到T-的传输时f司为：激励下，换能器产生超声波以一定的入射角射入管壁，D在管壁内以横波形式传播射人流体，并以纵波的形式t2l：sine(2)在流体内传播，最后透过介质，穿过管壁被另一换能器所接收。在测量时2个传感器互为发射和接收探头，为整理后得到：保证2个方向传输的超声波处于相同的气体流速下，设ll’．siIl2收稿日期：2010-01-06一t一t。—D—(3)l22l46^^M，．auto—apply．corn自动化应用传感检测系统则两个方向的频率差为：带测量管式。外夹装式

7、超声波流量计使用方便灵活，特,,sin28一：：：(4)别适用于改造工程。然而现场应用的实际精度，常因工作疏忽、安装距离和流通面积测量等误差而下降。使用从(4)式可见，测到频率差即可得到气体流速v，由带测量管的超声波流量计降低了迎流流速分布的影此可计算出体积流量，即：响，减少了前后置直管长度的影响，消除了现场安装转=(5)换器位置的影响。在现场工艺条件允许的情况下推荐使用自带测量管的测量方式。进而可得到天然气的日产量公式：3．2安装质量的影响Qd=—21600D3rt(6)安装地点的选择必须保证转换器前的流体沿管轴平行流动，所以应保证转换器前有一定长度的直

8、1．2时差法计量原理管段，所需直管段长度与流道上阻力件形式有关(见