天然气超声波流量计的应用
超声波流量计的原理及应用
超声波流量计的原理及应用超声波流量计是一种利用超声波技术来测量流体流量的仪器。
它通过发送超声波脉冲，测量超声波在流体中的传播时间来确定流速，并根据流速和管道截面积计算出流量。
超声波流量计的原理是基于多普勒效应和声速传播原理，广泛应用于工业自动化、环保监测、水利水电、石油化工等领域。
超声波流量计的工作原理主要包括声速传播原理和多普勒效应两部分。
首先是声速传播原理，超声波在流体中传播的速度与流体的流速有关，当超声波沿着流体流动方向传播时，其传播速度会受到流体流速的影响。
根据声速传播原理，测量超声波在流体中传播的时间可以得到流速的信息。
其次是多普勒效应，当超声波遇到流体流动时，因为流体流速的影响导致超声波的频率发生变化，这种变化即为多普勒效应。
通过测量多普勒频移，可以得到流体的流速信息。
超声波流量计的应用范围非常广泛，包括但不限于以下几个方面：一、工业自动化领域在工业生产中，流量是一种重要的工艺参数，对流体的流量进行准确测量是保证工业生产质量的关键。
超声波流量计可以应用于水泥、化工、冶金、造纸等行业，用于测量水、蒸汽、液体或气体等的流量。
其非侵入式的测量方式保证了测量的准确性和稳定性，广泛应用于工业自动化生产中。
二、环保监测领域超声波流量计在环保监测领域也有着重要的应用。
在污水处理厂、水处理设备等环境中，需要对流体的流量进行监测和控制，以保证环境保护的需要。
超声波流量计可以应用于这些领域，通过对流体流速和流量的准确测量，实现对环保设备的高效运行和环境保护的实现。
三、水利水电领域水力发电厂、水库、水泵站等水利水电设施对水流量的监测和管理非常重要。
超声波流量计可以应用于这些领域，用于准确测量水流速和水流量，帮助实现对水资源的合理利用和水利工程的安全运行。
四、石油化工领域在石油化工领域，对流体流量的准确测量是保障生产质量和安全的重要环节。
超声波流量计可以应用于原油、天然气、炼油、化肥等领域，用于测量液体和气体的流量，并实现对生产过程的准确控制。
天然气超声波流量计的工作原理
天然气超声波流量计的工作原理
天然气超声波流量计通过发送和接收超声波信号来测量天然气的流量。
其工作原理如下：
1. 发送超声波信号：流量计中的传感器发出超声波信号（通常是由压电晶体产生的声波），通常有两个传感器，一个充当发送器，另一个充当接收器。
2. 超声波通过天然气：发送的超声波信号穿过天然气管道，传输到另一个传感器接收器。
3. 检测接收的超声波：接收器接收到传输过来的超声波信号，并记录传输过程中的时间差和信号强度。
4. 测量流速：根据超声波在天然气中的传播速度以及时间差，计算出天然气的流速。
5. 计算流量：将测得的流速与流量计的截面积进行计算，得到天然气的流量。
需要注意的是，超声波在物质介质中的传播速度受到多种因素的影响，包括介质的密度、温度、湿度、气体成分等。
因此，在实际应用中，需要对这些因素进行校正，以保证测量结果的准确性。
论天然气流量计量中的气体超声波流量计应用
流 量基准 。
的流 量低 于气体超 声波流 量计 的流量拐 点时， 气体 超声波流 量计 的准确度 将降 低， 而 出现 较 大的误 差 。天然 气 的流速 过高 时会 出现超 声波信 号被 吹跑 ， 从 换 能器 检测 不到超 声 波信号 的情 况， 出现 计量 故障 。所 以， 我们 在进 行气 体超 声 波流 量计 的选 型时应 该充分考 虑天然 气在 管道中 的流速， 免出现超 低 限或超 避 高限运行的情况 。
１时差式 气 体超 声波 流量 计的 工作 原理 时差 式气体 超声波 流量 计的是 利用 超声波 在气 体中沿 顺流传 播 的时间和 沿逆流 传播 的时 间差与气 体流 速成 正 比这 一原 理来测 量气 体流量 的 。气 体 的 流速测 量与 介质 的声速 无 关， 只与 长度和 时 间两 个参数 有 关 。气 体超 声流 量 计 测量 原理 是长 度与 时间 两个基 本 量 的结合 ， 导 出量 时 间和长 度 的溯源 性 其 好， 溯源准 确度 高， 超声 波流量 计能 够有 很高 的计量准 确度 。并表 １ 气体超 声波 流量 计 的最 大和 最小 流量
２ １ 噪声 对气体 超声 波流量 计准 确度 影响 ． Ｇ ／ １ ６ ４ ２ ０ 用 气体超 声波 流 量计测 量天 然 气流 量》 中提到 来 Ｂ Ｔ ０ — ０ １《 ８ 自被测 介质 内部 的噪声可 能会对 气体 超声 波流量 计 的测 量准 确度 带来不 利 的 影响 。噪声 的来 源 主要 有 环境 噪 声和 气流 经 过没 有 全 开的 阀 门时节 流 的 噪 声 。我们 采用 气体 超声 波流 量计 上游 阀 门 １ 流控 制流 量大 小 时， 节 节流 的声 音 随着流量 的增大而 增大， 体超声波 流量计 与标准 孔板 流量 计的相对 误差也 气 逐 步增 大， 体超 声波 流 量计 的流 量低 于标准 孔板 流 量计 流量 。当 阀 门 １ 气 全 开 用阀 门２ 制流 量大 小的 时候 ， 控 气体超 声波 流量计 的信 噪 比较 大且 基本保 持 不 变， 体超 声波流 量 计 与标准 孔板流 量 计 的相对 误差基 本保 持不 变 。当采 气 用上 游 阀ｆｌ ］ 节流 的时候 ， 气体超 声波流 量计 的信 噪比 明显 低 于上游 阀 门全 开 的 时候 。这是 因为 ， 当气 体超 声波 流量 计上 游 阀 门节 流 时除 了能产 生我 们能 听到 的声音外 还能产生 人耳无 法听 到高 频超 声波， 当这种 声波 的频率与气 体超 声波流量 计的工作 频率 相近时气 体超声 波流量计 信噪 比降低， 从而 影响流量 计
浅谈天然气计量中气体超声波流量计的应用
浅谈天然气计量中气体超声波流量计的应用随着天然气需求的增加，天然气计量已成为关键问题。
为了保证天然气的计量准确性，需要使用能够精确测量天然气流量的仪器设备。
其中，气体超声波流量计，这种利用声波测量气体流量的设备，具有精度高、安装、维护简单等特点，成为天然气计量中不可缺少的一种技术手段。
本文将浅谈天然气计量中气体超声波流量计的应用。
一、气体超声波流量计基本原理在应用于天然气计量中，气体超声波流量计主要根据声速、声程、声压等参数来测量气体流量。
气体在管道中通过时，流速与声速之比称为马赫数。
当流速较小时，马赫数也较小，它的变化可以对应成声波的频率变化。
因此，气体超声波流量计利用声波测量气体流速，进而计算出气体流量。
气体超声波流量计是由发射器和接收器两部分组成。
发射器将高频声波信号发射到气体中，这些信号会受到气体的阻碍、反射等作用，一部分会向下流方向传递，与接收器接收到的信号相比较，计算出气体的流速。
然后，根据管道的截面积和流速计算出气体的流量。
1.液化天然气计量液化天然气（LNG）作为天然气储存和运输的主要形式之一，因其高压、低温等特点，对气体流量测量提出了更高的要求。
而气体超声波流量计解决了其他计量方式受温度、压力影响较大的问题，具有高精度、可靠性和精确度等优点。
因此，气体超声波流量计被广泛应用于液化天然气的计量中。
2.管道输送在天然气输送中，由于管道的特殊形式和不断变化的工况，其流量测量需求都比较高。
在此情况下，气体超声波流量计的应用颇具优势。
它能够实现同一计量设备适应不同管道、不同流量范围的要求，节省设备、维护费用。
3.液体储罐除了在天然气管道输送中，气体超声波流量计也常常被用于液体储罐中气体流量的测量。
储罐中的气体流量测量具有一定难度，但使用气体超声波流量计可最大程度保证测量的精确性和准确性。
1.测量精度高气体超声波流量计的计量精度达到了0.5% ~ 1.0%，远远高于其他计量方式，同时其还能适应不同管径、流量范围等要求，具有很强的可靠性。
超声波在天然气流量计中应用
至今已有美国、荷兰、英国等１２个国家政府机 构批准超声波流量计量作为贸易结算的法定计量器 具，它是继孑Ｌ板流量计、涡轮流量计之后第三类适用
于高压、大口径、高精度的天然气流量计。我国也为 此相应的制定了如：《用气体超声流量计测量天然气 流量》ＧＢ厂１１ １８６０４－－２００１、《天然气压缩因子的计算 第１部分：导论和指南｝ＧＢｆｒｌ７７４７．１—１９９９、《天然气 压缩因子的计算第２部分：用摩尔组成进行计算》 ＧＢ／Ｔ１７７４７．２—１９９９、《天然气压缩因子的计算第３ 部分：用物性值进行计算｝ＧＢ／Ｔ１７７４７．３—１９９９、《天然 气计量系统技术要求）ＣＢｆｒｌ８６０３—２００１等一系列国 家标准，使得多声道超声波流量计在国内贸易口岸、 西气东输沿线以及国内管道天然气大流量贸易计量 方面的应用与发展得以迅速扩大．并正逐步取代孔 板流量计，成为贸易计量结算的主要方式。
广 一 旧
一 ，一
孔板流量计与气体超声流量计在天然气中的应用
孔板流量计与气体超声流量计在天然气中的应用摘要在能源领域中，天然气的流量计量十分重要，因为精准的流量计量能够使天然气生产和利用更加高效和安全。
孔板流量计和气体超声流量计在天然气领域中被广泛使用，本文将探讨这两种流量计在天然气中的应用。
孔板流量计孔板流量计是一种基于缩流原理设计的流量计，其结构简单、价格低廉、适用性广泛、准确可靠，特别适用于测量低、中速气体流量（速度范围一般在 5～60m/s）。
一般采用的是圆环孔板，其直径为流道直径的 0.4 左右，而长方孔板和三角孔板的使用率非常少。
孔板流量计可分为标准孔板和压差式孔板两种。
1. 标准孔板标准孔板是孔板流量计的基本结构。
标准孔板的孔口为圆孔，直径随孔板厚度增大而减小，来实现流量测量的精度。
标准孔板的优点是结构简单，易于安装和维护，且测量范围较宽，适用于各种低速流体介质的流量测量。
但受孔口对流体的扰动影响较大，精度较低，一般只可达到±5%。
2. 压差式孔板压差式孔板是一种根据液体和气体在狭窄通道内产生的压差，计算出液体和气体流量的流量计。
与标准孔板相比，压差式孔板的测量精度更高，可达到±1%。
具体来说，压差式孔板将孔板两侧流体的压力差值通过传感器尺寸转化为电信号，再通过数字计算器计算出流量大小，具有高精度、宽测量范围、结构简单和价格低廉等优点。
气体超声流量计气体超声流量计是一种基于超声波传输原理设计的流量计，主要用于测量气体的流量，具有非接触测量、精度高、稳定性好、测量范围广等特点，是替代孔板流量计的一种重要手段。
1. 工作原理气体超声流量计主要利用超声波在流体介质中的传播速度来测量流量。
当超声波经过流体时，会在介质中发生折射、反射和散射，根据超声波从源头发出到接收器返回的时间及其信号波形来计算流量。
2. 特点气体超声流量计具有精度高、稳定性好、非接触测量、测量范围广等优点，能够实时监控天然气的流量，确保天然气的准确计量和高效利用。
超声波流量计的原理及应用
超声波流量计的原理及应用
超声波流量计是一种用来测量液体或气体的流量的仪器。
它利用超声波的传播速度与
流体流动速度的关系来测量流量，因此也被称为“声速流量计”。
超声波流量计的原理是通过将超声波传输到流体中，然后测量超声波在流体中传播的
时间差来计算流速。
在超声波流量计中通常使用两种超声波的传输方式：一种是由传感器
发送一个超声脉冲，并测量超声波从发射到接收的时间差，另一种是通过测量超声波在流
体中传播时的传播速度来计算流速。
超声波流量计的应用非常广泛。
它可以测量液体或气体的流量，包括水、天然气、石油、化学药品等。
在工业领域，超声波流量计可以用于监测流体在管道中的流量，例如在
石油和化工工艺中用于监测原料、产品和废液的流量。
超声波流量计也广泛应用于水处理、供暖、空调、能源监测和自动化控制等领域。
超声波流量计有许多优点。
它的测量范围广，可以适用于多种流体和管道尺寸。
它不
会改变流体的温度、压力和化学性质，对被测流体没有影响。
超声波流量计具有精确测量、稳定可靠、响应迅速和易于安装和使用等优点。
超声波流量计也有一些局限性。
它对流体的性质有一定的要求，例如需要液体或气体
中含有至少5%的可溶性固体或不溶性固体。
长时间使用会导致传感器的磨损，降低测量精度。
超声波流量计的价格相对较高，不适合小型工程和个体用户。
超声波流量计是一种广泛应用于工业和科学领域的流量测量仪器。
它具有精确测量、
稳定可靠、响应迅速和易于安装和使用等优点，但也需要注意一些局限性，如对流体性质
的要求和价格较高等。
超声波流量计远程诊断系统在天然气计量管理中的应用及意义
63超声流量计远程诊断系统可以将现场计量仪表信息实时采集到调控中心，远程实时在线诊断，提前发现微小故障，及时进行处理，提高计量系统的准确性和可靠性，及时开展输差分析、控制，并能有效节省计量专业人员往返现场的成本，提高维护检修效率。
主要表现为五个方面：一是可有效解决计量管理难度较高、人工成本较大的问题；二是可有效解决超声流量计送检难的问题、为开展超声流量计使用中检验工作提供数据支撑；三是可有效解决流量计故障发现、检修滞后及故障处理效率不高的问题；四是公司作为国际管道数字化管理、智慧化管道的计量管理现状要求；五是其他管道公司的计量管理经验再推广。
一、中缅天然气管道（缅甸段）概况中缅天然气管道工程（缅甸段）起自缅甸西海岸兰里岛皎漂市的西南约6.7km的皎漂首站，途经缅甸若开邦、马圭省、曼德勒省、掸邦，从南坎进入中国境内。
缅甸境内线路全长792.5km，管径Φ1016mm，设计压力10MPa。
管道沿线共设有5座计量站场，分别为：皎漂首站、仁安羌分输压气站、当达分输站、曼德勒分输站和南坎计量站，每个计量站配套丹尼尔超声波流量计、色谱分析仪及流量计计算机等设备进行天然气的贸易计量。
二、中缅天然气管道（缅甸段）计量管理为一级管理，即由总部主管专业部门直接进行专业管理，站场人员为辅助管理目前计量专业管理主要面临的问题：第一，天然气管道计量站场分布较广、天然气管线较长，而专业计量管理及维护人员较少，专业人员往返现场频次较高，安全风险增大；第二，随着计量设备使用年限的增长，设备的性能会逐步下降，故障率将会逐步升高，而目前方式下的计量现场巡检和维护时间偏长，专业维护人员偏少，造成了设备故障响应处理周期较长、维护维修效率不高，对输差控制及计量管理带来比较严峻的挑战；第三，缅甸基础设施不完善，交通不便，往返现场费时耗力，管理效率不高。
例如每一次对全线各站计量设备的标定检测都要耗时近2周时间，其中三分之二的时间需要花费在路程上。
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Fig.4 Measurement result at different pressures under ideal installation condition(flow coefficient：1.0062)
3 结论
①对大口径、高流量的计量系统宜采用超声波流量计。
②超声波流量计计量准确度可优于±0．5％，具有准确度高、重复性好、量程比大、抗干扰能力较强、维修量小、可测双向流等特点。为保证计量系统精度，在现场使用前须经实流测试校准，在拐点流量以下流量段应慎用。
表1 理想安装条件下声道数对超声波流量计的影响
Tab.1 Influence of number of sound channels on ultrasonic flowmeter under ideal installation condition
序号 声道 流量≤qt 流量>qt
相对误差/％ 重复性/％ 相对误差/％ 重复性/％
②超声波流量计的计量不受气体流向的影响，能以相同的准确度进行双向流量计量(见图1)
Fig.1 Results of positive and inverse flow measurement under ideal installation condition
③对同一生产厂家的超声波流量计，声道数越多，计量准确度越高，性能越可靠(见表1)。
Fig.3 Measurement result of ultrasonic flowmeter with three and four sound channels(flow coefficient：1.0062)
⑥超声波流量计在理想安装条件下，压力为2.0、1.2、0.8MPa，流量的相对误差略有不同(见图4)，流量的相对误差、重复性和峰间误差均达标。在超声波流量计入口无旋涡流和脉动流情况下，在正常工作压力范围内，能保证超声波流量计精度优于±0.5％。
①超声波流量计适用于高压、大口径、大流量的工况条件，但对小于拐点流量(拐点流量用qt表不，一般是最大流量的10％)的流量段应慎用。在标准工况下，对直径为300mm的管道在理想安装条件下和非理想安装条件下测试结果进行比较，除流量为240m3/h时，非理想安装条件下测试相对误差为1.45％外，其余各点都在指标内。
1 五声道 -0.32 0.16 -0.64 0.30
2 三声道 -0.38 0.20 O．93 0.26
3 双声道 -0.65 -0.39 -0.77 0.26
4 单声道 96 0.44 -1.14 0.48
④超声波流量计的出厂检定与实流标定之间存在误差，出厂检定合格后，需经实流校准。有时由于安装造成的相对误差可能超过0.3％，如四声道超声波流量计出厂时流量系数为1.0062，在理想安装条件下测试能保证精确度优于±0.5％，但在非理想安装条件下实流校准设置的参数无法达标，因此应根据现场工况进行实流量标定(见图2)。
1 超声波流量计的特点
根据超声波流量计对信号检测的原理，可将其分为传播速度差法(直接时差法、时差法、相位差法和频差法)、波束偏移法、多普勒法、空间滤法及噪声法等。超声波流量计特别适用于大口径管道流量的测量，主要有以下优点：①可进行非接触式测量；②测量时无流动阻扰，无压力损失；③可测量非导电性液体。实地测试与现场应用也证明超声波流量计具有准确度高、重复性好、量程宽、抗干扰能力强、维修工作量少、能测量双向流等优点。
Key words：natural gas；ultrasonic flowmeter；calibration；practical flow measurement
天然气流量测量的准确性直接影响到燃气企业的经济效益，随着我国燃气行业的发展，超声波流量计在天然气领域的应用前景看好［1、2］。我国于2001年制订了国家标准GB/T 18604—2001《用气体超声波流量计测量天然气流量》。为了验证超声波流量计的性能，我们对超声波流量计进行了系统测试，并在实地进行了测量试验，为超声波流量计在我国燃气行业中的推广使用积累经验。
由于天然气流量测量涉及面广，随着应用对象的不同，对其在不同场合有不同的要求。尽管超声波流量计有许多优点，但还不可能完全替代其他类型流量计。特别是在标定不能妥善解决之前，孔板流量计仍是天然气计量的主要仪器之一。目前，超声波流量计还应解决以下问题：①针对上游不同类型阻力件产生的影响，如何合理确定不同情况下流量计上游直管段的长度；②操作压力、温度及气体组成的变化对流量测量的影响及校正办法；③不同雷诺数下速度分布削面修正系数的精确确定，以及流量计主体几何尺寸的误差对精度的影响。④探头的稳定性及互换性；⑤传播时差法只适用于清洁的液体和气体；⑥多普勒法只能用于测量含有一定量悬浮颗粒和气泡的液体，且测量精度不高。
参考文献：
[1]周伟国，胡海军，金颖．超声波流量计的应用与误差分析[J]．煤气与热力，2001，21(4)：337—339．
[2]邓峪泉，黄淼．天然气超声波流量计的应用及检定[J]．煤气与热力，2005，25(5)：44—46．
(本文作者：冯宝庭1，唐所臣2 1．天津城市建设管理学校，天津 300250；2．天津市燃气集团第二销售分公司，天津 300191)
Fig.2 Results of flow measurement before and after coefficient adjustment under non-ideal installation condition
⑤对直径为300 mm的流量计，从三声道和四声道超声波流量计在同等条件下的测试结果可以看出，在流量计声道出现故障时，声道多的流量计能有效进行判断和补偿(见图3)。
2 超声波流量计的测试
对用于贸易计量的超声波流量计，供需双方都要求其测量精度高，所以标定很重要。对于直径小于300mm的管道，超声波流量计的标定还可以做到；对于直径大于300 mm的高压大流量管道，超声波流量计的标定还很难办到。
在计量站采用不确定度为0.25％的临界流文丘里喷嘴作为流量标准装置，结合JJG 198—1994检定规程进行了以下测试：①不同声道；②不同管径：⑧不同安装条件；理想安装条件为17D以内无弯头(D为管道的公称直径)、无过渡部件、无阻力件等，流场较稳定，无脉动流，无旋涡流；非理想安装条件为在超声波流量计上游13D前安装阻力件、双弯头、T形弯头、伸缩器等；④不同安装方向；⑤不同压力。测试结果如下．
(1．Tianjin Construction Management School，Tianjin 300250，China；2．Second Sales Branch of Tianjin Gas Group Co.，Ltd．，Tianjin 300191，China)
Abstract：The characteristics of natural gas ultrasonic flowmeter and the problems to be in need of solution are described，and the result of practical flow measurement is analyzed．
天然气超声波流量计的应用
(2007-12-7)
摘要：阐述了天然气超声波流量计的特点和待解决的问题，分析了实流测试的结果。
关键词：天然气； 超声波流量计； 标定； 实流测试
Application of Natural Gas Ultrasonic Flowmeter
FENG Bao-ting1．TANG Suo-chen2