超聲波流量計在元壩氣田天然氣計量的應用

摘要：元壩氣田集氣總站原料氣管線管徑大、壓力高，選用了超聲波流量計量方式，通過分析超聲波流量計計量原理及影響因素，對產生輸差的原因進行分析, 同時提出解決輸差問題的措施和建議。

目前，國家天然氣開發進入高潮期，天然氣在國家能源結構所占比例越來越高。天然氣流量計量向壓力更高、流量更大、準確度更高的方向快速發展，精準天然氣計量在氣田開發與管理占據重要位置。元壩凈化廠是國內建設的第二大高含硫天然氣凈化廠，是元壩氣田開發建設項目的關鍵核心工程，負責處理元壩氣田高含硫化氫天然氣，元壩氣田年處理原料氣能力40億立方米，年產凈化氣能力34億立方米。

1 天然氣輸差與流量計選型
元壩氣田每年天然氣產量在20億立方米左右，0.1%的輸差就有200萬方天然氣計量輸差，若輸差為1%，帶來的計量輸差就為2000萬方，直接影響企業的經濟效益。天然氣計量的輸差主要來自于流量計的選擇、檢定單位標定、溫度、壓力測量誤差、PTZ轉換標準、操作環境、儀表安裝以及運行人員管理等方面的原因。如何選擇流量計，我們根據以下4個方面考慮：
（1）儀表性能方面：精確度、重復性、線性度、壓力損失、上下限流量；
（2）流體特性方面：壓力、溫度、密度、粘度、氣體壓縮系數、混相流、脈動流等；
（3）安裝條件方面：管道布置、流動方向、上下游管道長、口徑、維護空間、管道振動；
（4）經濟因素方面：購置費、安裝費、維修費、校驗費、使用壽命、運行費（能耗）、備品備件等。根據比對各類流量計優缺點，元壩氣田選用氣體超聲波流量計進行天然氣計量。

2 超聲波流量計原理
元壩凈化廠外輸凈化氣計量采用的是艾默生生產的3400-HA00-451751氣體超聲波流量計。超聲波流量計是時間直通式超聲流量計聲波由一個探頭發射另一個接收，不經管壁反射聲波由上游向下游傳輸的時間，這是由于聲波被氣流推動小于聲波由下游向上游傳輸的時間。聲波被氣流反向阻擋聲波被氣流反向阻擋。這兩個時間之差與氣流的速度存在某種對于關系。從上下游測得的傳輸時間可以計算出氣流的平均速度和聲波的速度。

超聲波流量計采用絕對數字時間差法。流量計以測量聲波在流動介質中傳播的時間與流量的關系為原理。通常認為聲波在流體中的實際傳播速度是由介質靜止狀態下聲波的傳播速度和流體軸向平均流速。

式中：T1:上游傳輸時間；T2:下游傳輸時間；L :上下游換能器之間的距離；C：聲速；
四通道超聲波流量計流體流量推導公式如下：

式中：V ：流體速度；W n ：權重因子；D：管道內徑；Q：流體在管道中的工況流量。

3 超聲波流量計優點
由于超聲波測量是長度與時間二個基本量的結合，其導出量溯源性較好，有可能據此建立流量的基準。
（1）超聲波流量計為無流動阻撓測量，故管內無壓力損失；測量與流體的物理性能和參數的變化無關。
（2）超聲波流量計不管是外夾式安裝或是濕式安裝，由于其無可動部件，所以對流場基本上沒有影響，也沒有壓力損失，測量可靠性高。
（3）有優良的干擾抑制特性及故障自診斷功能。
（4）非接觸測量，無需停產安裝，這是在工業用流量儀表中具有的好特優點，適用于管網流動狀況評估測定

4 超聲波流量計計量輸差比對分析：
元壩凈化廠外輸天然氣計量是與油氣銷售中心川東北輸氣大隊進行外輸產品氣交接。以2015年全年雙方計量交接數據進行比對分析，如圖2所示：全年輸差率控制在1%以內，雙方貿易精準，元壩氣田天然氣計量交接工作順利開展。

5 結語
超聲波流量計以其好有的特性而迅速得到了廣泛的應用，而且技術更新很快，崗位人員掌握氣體超聲波流量計的工作原理、性能知識對做好天然氣計量工作至關重要。做好日常維護保養和故障分析解決，確保外貿計量準確可靠，才能服務于我們的天然氣計量。