气体超声波流量计量系统的设计.pdf

第47卷第6期
石油化工自动化
Vol 47, No 6
2011年10月
AUTOMATION IN PETRO-CHEMICAL INDUSTRY
October, 2011
气体超声波流量计量系统的设计
刘朋,刘少宇
(胜利油田胜利勘察设计研究院有限公司,山东东营257026)
摘要:超声波流量计量系统是天然气长输管道中应用广泛的计量系统之一。介绍了超声波流量计的基本原理、特点、类
型,给出了超声波流量计量回路的典型管路配置。探讨了超声波计量回路设计中应考虑的仪表、噪声因素。给出了降噪措施,
流量计量系统的典型配置,超声波流量计系统设计中一些建议。
关键词;超声波流量计;计量系统;长输管道;典型配置;降噪措施
中图分类号:TP814
文献标志码:B
文章编号:1007-7324(2011)06-0071-04
Discussion and Design of Gas Ultrasonic Flow Metering System
Liu Peng, Liu Shaoyu
( Shengli Engineering & Consulting Co. Ltd, Dongying, 257026, China)
Abstract: Ultrasonic flow metering (USM) system is one of the most popular metering systems used
in long-distance natural gas transportation. Basic principle, characteristic and type of USM are
introduced, and typical pipe configuration of USM loop is put forward. The elements including
instrument and noise considered in USM loop system designing are deeply discussed. Noise reduction
measure, typical configuration for the flow metering system, and some advices for USM system
designing are given
Key words: ultrasonic metering; metering system; long distance transportation pipeline; typical
configuration; noise reduction measurement
0引言
气体超声波流量计是20世纪90年代中后期
被广泛采用的高精度流量测量仪表,它已成为继孔
板、涡轮流量计之后很有发展前途的一种高精度气
体流量仪表,具有测量精度高、范围宽、无压损、无
可动部件、安装使用费低等特点,受到用户的欢迎。
图1传播时间法原理
至今已有美国、荷兰、英国等12个国家政府机构批
准它作为贸易结算的法定计量器具,并在世界天然
沿顺流方向声道传播的声脉冲的声速增大,它
气工业流量交接计量中逐步取代孔板流量计、涡轮
叠加了气体流速;而沿逆流方向声道上的声速会减
流量计等。
小,因为要减去气体流速,这就形成了声速在顺流方
简介
向与逆流方向传输的时间差。其传输时间分别为
1.1原理
根据测量原理,超声波可分为时差法、频差法、
v +, cos P
相差法和多普勒原理等类型,其中时差法精度最
L
高,应用最广。测量原理:由超声波转换器将电能
Un COS 9
转换为超声波能量,声脉冲在管线内部分别以顺流
和逆流沿斜线方向传播,测量出声脉冲各自的传输
收稿日期:2011-08-11。
时间,沿顺流和逆流方向的传输时间差与气体介质
作者介:刘朋(1984-…),男,山东邹城人,毕业于中国石油
的轴向平均流速有关,通过计算求出气体介质在管大学(华东)控制理论与控制工程专业,获硕士学位、现工作于胜利
道内的轴向平均流速和流量,其测量原理如图1油田胜利勘察设计研究院有限公司自控通信设计所,任助理工
所示
程师。
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石油化工自动化
第17卷
式中town顺流超声波传输时间,s;tm逆然气长输管线中应用的超声波流量计全部为多声
流超声波传输时间,s;L声道长度(声程),m;道组态,为保证测量精度,一般要求超声流量计应
v一超声波在气体中的速度;n一沿声程测得具有不少于四声道的配置,且四声道超声波流量计
的被测气体的流速;9管轴线与声程之间的在天然气贸易交接计量中应用最广。
夹角。
b)按安装方式,超声波流量计可分为插入式
根据式(1),(2)可以推出被测气体流速的方和外夹式炳种。外夹式流量计使用卡箍将超声波
程式:
传感器固定在管道外径上,不需要对管道进行开
孔,使用方便,但由于气体和固体之间的声阻抗差
2cos 9 town
2cos 9 li
别很大,超声波在气固边界传播时,大部分超声波
(3)
都被反射掉,到达另一端超声波传感器的能量非常
,容易被噪声淹没;由于安装的特点,其测量精度
山式(3)可処,只要测出a和to,就可以求也不高,最高能达士1%。插入式流量计需要在管
道上に开孔,超声波传感器为直接对射或接收管壁反
则体积流量:
射组态,接收到的超声波信号很强,结构坚固,定位
准确,测量精度大大提高。在气体流暈交接计量领
域一般不使用外夹式超声波流量计,通常使用插入
式中D一管道直径。
式超声波流量计。同时,随着超声波传感器安装技
1.2特点
术的发展,一些厂家的超声波流量计探头也可实现
气体流量计量中主要使用的三类仪表:孔板
在线更换
涡轮、超声波流量计的性能比较见表1所列。
2管路典型配置
美国天然气协会发布的第9号技术报告(A
表1孔板、涡轮、超声波流量计性能比较
G.A. Report NO.9)《用多声道超声波流量计测
项目
孔板
涡轮
超声波
量天然气流量》是天然气超声波计量设计中具有重
量程比
:3(4)1:30
1:(40~~160)
要意义的一篇文献,它给出了气体超声波流量计的
精度/%
0.5
0.5
基本原理、操作条件、技术要求等多方面的内容,成
压损
很大
较小
无
为国际上公认的制定气体超声波流量计标准和设
对涡流敏感很敏感不敏感不敏感
计气体超声波流量计计量系统的技术文件之
度
加整流器
但这个报告并没有给出任何超声波流量计上下游
对流速分
很敏感
不敏感
不敏感
管路的推荐配置,在实际使用中只有合理的上下游
布敏感度
(加整流器)
管路配置才能发挥超声波流量计的性能优势。
测脉动流
不适合不适合适合
典型的超声波流量计管路的最低配置主要由
测双向流
不能
不能
上下游