中石化西北油田分公司油氣運銷部負責塔河油田天然氣的輸送及銷售，計量銷售主要通過流量計，所轄共計33處天然氣貿(mào)易計量交接點均使用多聲道超聲波流量計。近幾年，該公司天然氣產(chǎn)銷規(guī)模在不斷增加，其中通過超聲波流量計計量銷售的天然氣氣量占比很大。2016～2018年該公司通過超聲波流量計計量銷售氣量依次為9.9×108m3(占全年產(chǎn)量的90.8%)、1.02×109m3(占全年產(chǎn)量的81.6%)、1.1×109m3(占全年產(chǎn)量的81.5%)。因此，超聲波流量計在天然氣貿(mào)易計量中起到了關鍵性作用，其計量準確性及穩(wěn)定性密切關系著該公司的經(jīng)濟效益。

　　1超聲波流量計診斷系統(tǒng)的建立及重要參數(shù)診斷

　　1.1診斷系統(tǒng)的建立

　　庫車門站為雅庫天然氣外輸系統(tǒng)的終端，設計輸氣量2.8×106m3/d，設計壓力為4.0MPa，主要向4家用戶輸氣，是該公司天然氣外銷量最大的站庫之一，目前外銷量約為1.8×106m3/d，超聲波流量計在天然氣貿(mào)易交接站庫應用以來，流量計的運行狀態(tài)受到交接雙方的廣泛關注，根據(jù)近兩年天然氣外銷的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，與流量計制造廠商合作，優(yōu)先選擇在該門站建設超聲波流量計遠程診斷系統(tǒng)。

　　1.2超聲波流量計計量性能監(jiān)控參數(shù)

　　1.2.1信號質(zhì)量信號質(zhì)量是按通道標明脈沖的接收程度，每一個接收到的信號都用以流量計量，是體現(xiàn)儀表性能的重要參數(shù)之一。當出現(xiàn)以下情況時，信號質(zhì)量可能會受到影響：流動條件發(fā)生變化，即高流速狀態(tài)下不同速度層之間的剪切作用，非規(guī)則流型，流量計腔體對外側聲道的邊緣效應，嚴重的湍流等發(fā)生后，導致信號質(zhì)量出現(xiàn)問題;受到外界環(huán)境噪音和超聲聲學噪音干擾;氣體介質(zhì)自身的條件，氣體中存在的顆粒或者液滴以及換能器前端的污染物會使信號散射、消弱、衰減。當信號質(zhì)量小于100%，但是若在最大流量的50%時信號質(zhì)量未達到100%，應核查超聲波流量計[1]，可從減小流速、分析超聲噪音產(chǎn)生的原因和途徑、控制介質(zhì)流動條件等方面排除超聲波流量計的故障。1.2.2增益值增益值指增強換能器接收到的信號值后才能達到所需要的振幅強度。超聲波流量計會根據(jù)信號強度的衰減情況自動調(diào)整增益值，以調(diào)整信號強度[2]，避免因為信號值波動導致漏檢或者誤判。管道壓力、氣體流速、介質(zhì)的臟污情況等是影響增益值的主要因素，當某聲道的增益值超過閾值或過大時，說明超聲波換能器所接收的信號過小，應清洗該聲道探頭，同時考慮拆檢換能器并進行清洗或更換。1.2.3信噪比信噪比是接受到的信號值與背景噪聲值的比率[3]。通常情況下，超聲波流量計在正常工作時其信噪比值較高，當出現(xiàn)低信噪比時意味著背景噪音的出現(xiàn)，可能存在控制閥噪聲或是超聲波換能器臟污需要清洗等情況。1.2.4聲速聲速是超聲換能器發(fā)出的超聲波在流體中的傳播速度。聲速的大小受氣體組分、溫度、壓力的影響[45]。在理想狀態(tài)下，若保證計算聲速與測量聲速準確，通過計算聲速與測量聲速偏差可以確定流量計計量的精確度，判斷計量是否有偏差。

　　1.3氣體流動狀態(tài)

　　超聲波流量計的計量精度依賴于氣體的流動狀態(tài)，理想條件下，進入流量計的天然氣流態(tài)應是對稱的、充分發(fā)展的紊流流速分布，不規(guī)則的流態(tài)分布會影響計量的準確性。1.3.1流速特性流速特征包括各聲道流速、平均流速以及流速剖面系數(shù)等，其中剖面系數(shù)是指靠近圓心的兩個聲道流速與外側2個聲道流速的比值[6]，四聲道超聲波流量計剖面系數(shù)的計算公式為PF=(vB+vC)/(vA+vD)(1)式中：vA———流量計外側上部聲道流速;vB———靠近圓心處上部聲道流速;vC———靠近圓心處下部聲道流速;vD———外側下部聲道流速。理想情況下的剖面系數(shù)為1.17。若剖面系數(shù)超出1.17±0.05(DN200管徑以上)、1±0.05(DN200管徑以下)時，可以初步判斷為漩渦或上游整流器部分堵塞、管線流態(tài)不好，基于此，排查并處理故障。1.3.2對稱性、橫流值、漩渦角、擾動值的計算針對超聲波流量計，制造廠商推薦對稱性值應滿足1±0.05，其計算公式為Sym=(vA+vB)/(vC+vD)(2)橫流值滿足1±0.025，計算公式為Cf=(vA+vC)/(vB+vD)(3)此時漩渦角小于2°，擾動值反映管道內(nèi)部氣體狀態(tài)的參數(shù)，受氣體流態(tài)、振動、溫度、噪音等因素的影響，擾動值參考標準小于10%[78]。

　　2遠程診斷技術在天然氣貿(mào)易計量中的應用

　　2.1貿(mào)易計量診斷參數(shù)標準

　　自超聲波流量計診斷系統(tǒng)投用以來，該公司計量人員每月定期進行聲速核查以及流量計各參數(shù)診斷核查。以Daniel超聲波流量計為例，對某用戶超聲波流量計計量管路進行為期約5個月的診斷與跟蹤評價，對基本診斷數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計如圖1所示。根據(jù)流量計廠商監(jiān)測參數(shù)標準值的建議，對比診斷參數(shù)與監(jiān)控參數(shù)標準值，發(fā)現(xiàn)流速剖面系數(shù)超過標準值，判斷管道內(nèi)流體流態(tài)發(fā)生較大變化，影響流量計的計量準確性[9]。后期清洗了超聲波流量計探頭，同時加裝整流器，優(yōu)化流體流態(tài)，運行參數(shù)恢復正常，流量計流態(tài)變化見表1所列。因此長期跟蹤超聲波流量計運行狀態(tài)可作為流量計生命周期管理、診斷、檢維護的可靠依據(jù)。

　　2.2超聲波流量計診斷軟件解決現(xiàn)場故障實例

　　庫車門站計量崗人員反映某用戶天然氣流量計瞬時流量忽大忽小或無瞬時量的情況。通過MeterLink診斷軟件對該流量計進行核查。該流量計A，C通道測量的流速在-30～20m/s大幅跳動，D通道無任何信號，發(fā)生報警，推斷出A，C，D3個通道出現(xiàn)一定故障[10]。根據(jù)以上數(shù)據(jù)基本判定A，C，D通道的探頭受污染或損壞。采取相應措施，切換流程、泄壓，現(xiàn)場拆解超聲波流量計探頭，發(fā)現(xiàn)4個通道探頭被黑色粉末覆蓋，有不同程度的污染，清洗探頭后診斷數(shù)據(jù)顯示各指標正常，超聲波流量計運行正常。

　　2.3超聲波流量計診斷軟件解決計量糾紛

　　庫車門站某用戶反映該站計量數(shù)據(jù)比廠內(nèi)的天然氣總進站流量計計量數(shù)據(jù)高10%左右。雙方人員核對兩方的計量流程，通過診斷軟件診斷超聲波流量計運行狀態(tài)，經(jīng)核查該公司的流量計、壓變、溫變、運行狀態(tài)都完好，流量計內(nèi)徑等各參數(shù)設置正確，計量系統(tǒng)通信正常，未發(fā)現(xiàn)影響計量準確性的問題。同時對用戶的流量計進行診斷，顯示其廠內(nèi)超聲波流量計A，B，C，D4個通道中，A通道無法測量流量，D通道聲速、增益等指標超標，同時發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場壓力變送器與流量計算機的絕壓程序不匹配。綜合結果表明，用戶廠內(nèi)流量計的性能和壓力變送器配置不正確導致計量不準確，是雙方數(shù)據(jù)產(chǎn)生差異的根本原因。同時進一步說明超聲波流量計診斷軟件在處置現(xiàn)場故障和處理用戶糾紛方面發(fā)揮了重要作用。

　　3結束語

　　開展超聲波流量計遠程診斷以后，計量技術人員按時對超聲波流量計進行診斷核查，保證流量計持續(xù)穩(wěn)定運行，大幅提高了計量系統(tǒng)運行的可靠性，提高了計量精度和復現(xiàn)性，有效提高了天然氣輸差原因分析的科學性，同時降低了維護成本，為計量系統(tǒng)的穩(wěn)定運行、提高計量管理工作的精細化管理發(fā)揮了重要作用。

　　參考文獻：

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　　《超聲波流量計診斷技術在天然氣的應用》來源：《石油化工自動化》，作者：高飛

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