自20世紀(jì)90年代在天然氣流量計中使用以來，超聲流量計在歐美等發(fā)達國家得到了廣泛的應(yīng)用。近年來，歐美等著名實驗室研究了其計量性能的影響因素，并開始制定或修訂相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

21世紀(jì)初，中國在天然氣流量計量領(lǐng)域引進了超聲波流量計。隨著中國天然氣工業(yè)的發(fā)展，數(shù)百臺超聲波流量計已應(yīng)用于高壓大流量天然氣貿(mào)易計量。盡管超聲波流量計在高電壓、大流量的天然氣流量計量方面有著其他流量計所無法比擬的優(yōu)勢，但由于實際應(yīng)用條件與實驗室條件有很大的差別。因此，在保證其計量性能時，仍需注意以下幾個方面：由于噪聲、污垢等原因，導(dǎo)致超聲流量計的計量精度降低，甚至不能正常工作；同時，由于溫度和壓力計也是超聲流量計計量系統(tǒng)的一部分，所以溫度和壓力的測量精度會直接影響到測量系統(tǒng)的精度。

 

影響測量系統(tǒng)性能的現(xiàn)場因素：

一、噪音。

管道系統(tǒng)中的閥門、整流器、各類阻流管部件等的存在總是會產(chǎn)生一定的噪聲，但是，由于現(xiàn)場工作條件的變化(如流量、壓力、溫度)，以及各種“噪聲發(fā)生器”流動調(diào)整器、壓力調(diào)節(jié)閥等的不同類型，都使確定噪聲量比較困難。總體而言，產(chǎn)生噪聲的來源主要是：

1.高速氣流通過管道；

2.插入探頭；

3.整流器；

4.壓力或流量調(diào)節(jié)閥等。

 

由超聲流量計的工作原理可知，若噪聲頻率與超聲波流量計工作頻率范圍一致，就會干擾超聲脈沖的檢測，影響傳輸時間的準(zhǔn)確測量，最終造成體積流量測量不準(zhǔn)確。超聲波流量計對降壓元件產(chǎn)生的噪聲特別敏感，一些低噪聲閥對超聲波流量計的影響大于調(diào)壓閥。這是因為采用低噪聲技術(shù)的閥門主要針對人耳能聽到的噪聲范圍，與影響超聲波噪聲比的譜范圍不完全一致。國外氣流實驗室開展的各種噪聲儀(如整流器、調(diào)壓閥等)對超聲流量計性能的定量實驗研究表明，噪聲(如整流器產(chǎn)生的噪聲)對某些類型的超聲流量計的精度和穩(wěn)定性有很大的影響，其測量誤差可達2%，一般而言，超聲流量計上游噪聲元件的影響大于下游噪聲元件。修訂后的2004AGANo.9還特別提出了壓力調(diào)節(jié)閥安裝位置過近、壓差過大引起的噪聲對超聲測量性能的影響及注意事項。

 

二、污垢堆積。

在超聲波流量計和超聲波探頭中，含水、硫化鐵粉或其他臟氣體流經(jīng)超聲波流量計時，逐漸積聚在流量計的管內(nèi)和超聲波探頭上，對超聲波流量計的精度產(chǎn)生影響，其影響主要有以下3個方面：

1.減少流量計表體的有效內(nèi)徑，使流量計讀數(shù)偏高。

2.污物在超聲探頭表面堆積使傳輸時間縮短，計流器讀數(shù)偏高；但若流量計內(nèi)壁有較大腐蝕，清洗后流量計的內(nèi)徑會增大。因為流量與流量計內(nèi)徑的平方成正比，所以流量計測量出來的流量將較小，導(dǎo)致流量計的讀數(shù)較低。

3.由于體壁面及上游直管段表面粗糙度的變化，導(dǎo)致流速分布發(fā)生變化，從而影響了流量計的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。各生產(chǎn)廠家超聲波流量計的聲道布置不同，對積垢影響的敏感性也不同。試驗表明，臟污積聚對超聲流量計徑徑較大的超聲流量計有較大影響。

3.溫度、壓力的測量準(zhǔn)確性。

 

超聲波流量計計量系統(tǒng)通常由流量計、壓力變送器、溫度變送器(或溫度鉑電阻)、流量計算機和在線組分分析儀組成，它通過輸入元件、壓力、溫度等參數(shù)，將流量計的工作流量轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)參考條件下的體積壓力和溫度直接影響計量系統(tǒng)的精度。超聲流量計計量系統(tǒng)中，現(xiàn)場使用的溫壓測量儀表均經(jīng)實驗室檢驗合格，但仍有溫度或壓力示值不準(zhǔn)確的情況發(fā)生。通過對超聲波流量計計量系統(tǒng)的天然氣實流場檢測，發(fā)現(xiàn)在標(biāo)準(zhǔn)參考條件下，由于壓力和溫度測量的不準(zhǔn)確，給體積量帶來的誤差高達土壤0.5%。國外一些流體實驗室的研究也表明，壓力變送器雖然能在銘牌所示的工作溫度范圍內(nèi)正常工作，但當(dāng)外界溫度較高時(即，壓力變送器暴露在陽光下，此時變送器的工作溫度與實驗室校準(zhǔn)溫度有較大差異)其壓力測量值與實驗室校準(zhǔn)溫度差異較大。所以，要保證超聲波流量計計量系統(tǒng)的精度，就必須保證壓力、測溫儀表的準(zhǔn)確、可靠。

 

采取措施減少現(xiàn)場影響：

一、.減少噪音影響：

1.為了最大限度地減少噪聲對超聲波流量計計量精度和可靠性的影響，在設(shè)計計量管道系統(tǒng)時，應(yīng)綜合評估管道系統(tǒng)中各個阻流件產(chǎn)生的噪聲，比較特殊的管道系統(tǒng)，設(shè)計時可向流量計制造商咨詢。

2.當(dāng)超聲波流量計與調(diào)節(jié)閥(如調(diào)壓閥)串聯(lián)安裝時，應(yīng)咨詢生產(chǎn)廠家，評估調(diào)節(jié)閥產(chǎn)生的噪聲，了解流量計對噪聲的敏感性。一般來說，如果在超聲波流量計上游安裝調(diào)節(jié)閥，為了減少調(diào)節(jié)閥對流量計計量準(zhǔn)確性和可靠性的影響，通常需要較長的上游直管段，非常不經(jīng)濟。與此同時，如果調(diào)節(jié)閥的噪聲水平很高，往往會導(dǎo)致流量計無法正常工作。所以超聲流量計不適合安裝在調(diào)節(jié)閥的下游。

3.有些流量控制閥和調(diào)壓閥在大壓差、高流速的條件下，會產(chǎn)生達到超聲頻段的噪聲，某些靜音調(diào)壓閥的工作頻率也達到超聲頻率范圍，這些都可能使流量計無法正常工作。因為這樣的噪音可以向上傳播，也可以傳到下游。所以，即使在下游安裝調(diào)節(jié)閥，也要考慮噪聲對流量計計量性能的影響。此種情況下，可以采用干擾噪聲傳播通道的方式達到降噪的目的，即：在流量計與調(diào)節(jié)閥之間可以安裝彎頭、三通或安裝消聲器。

 

二、減少內(nèi)部污物的堆積：

1.加強對天然氣氣質(zhì)的監(jiān)測，合理確定直管段及流量計的清洗周期。當(dāng)超聲流量計清洗后，如果發(fā)現(xiàn)內(nèi)壁腐蝕比較明顯，則應(yīng)重新校正。由于流量計內(nèi)壁有較大的銹蝕，經(jīng)過清洗后，流量計的內(nèi)徑就會變大。此外，由于流量與內(nèi)徑的平方成正比，所以流量計測量出來的流量要小于實際流量計的流量，造成流量計的測量誤差偏負(fù)。為此，建議再進行一次校準(zhǔn)。

2.目前各超聲波流量計廠家都研制了監(jiān)測現(xiàn)場超聲波流量計性能的專用軟件。實踐中應(yīng)充分利用這些軟件，了解超聲波流量計的工作狀態(tài)，根據(jù)有關(guān)參數(shù)判斷流量計是否正常工作以及可能出現(xiàn)的問題等。舉例來說：如果超聲波流量計內(nèi)壁臟物積聚嚴(yán)重，其聲道接收速率、增益等參數(shù)可能超出廠家規(guī)定的合理范圍。此時，可以根據(jù)氣質(zhì)監(jiān)測情況進行綜合分析，最后判斷出原因。

3.在氣密性較差的情況下，對于并行計量多臺超聲流量計的管道系統(tǒng)，可以選用少量的大口徑超聲流量計，以減少整體測量不確定度。

 

三、保證精確的壓力和溫度測量：

1.選擇合適的測量范圍，避免儀器的實際工作范圍在量程的10%以內(nèi)，造成測量誤差在儀器的擴展誤差限之內(nèi)。

2.在投運計量系統(tǒng)之前，應(yīng)在現(xiàn)場核實測壓值和溫度。例如，用手操作人員核對流量計算機內(nèi)的壓力變送器和溫度變送器示值誤差是否符合精度要求。一些采用溫度鉑電阻作為測溫儀表的計量系統(tǒng)，其流量計算機具有溫度標(biāo)定功能，可以用標(biāo)準(zhǔn)電阻輸入標(biāo)準(zhǔn)電阻進行溫度標(biāo)定。

3.在室外工作的變送器應(yīng)設(shè)置遮陽棚，以免環(huán)境溫度接近其設(shè)計工作溫度的上限，造成較大的測量誤差。