浅谈超声流量计在天然气计量中的应用(1)

超声流量计在天然气计量中的具体应用探讨发布时间：2022-06-30T06:23:03.133Z 来源：《中国科技信息》2022年第5期作者：樊兰蓓[导读] 本文将针对超声流量计在天然气计量中的具体应用进行分析与探讨。

樊兰蓓中国石油天然气股份有限公司西南油气田分公司天然气研究院四川成都610000摘要：随着社会发展的推进，以及经济发展水平的提升，天然气在我国得到了广泛的应用，然而，在满足人们对于天然气的基本需求之后，我国的各级政府以及相关研究部门开始研究如何开展对于天然气的计量工作，同时，对于采取怎样的措施才能够做到天然气的有效计量也十分的关注。

而超声流量计这种方法的出现将天然气的有效计量问题进行了及时的解决。

本文将针对超声流量计在天然气计量中的具体应用进行分析与探讨。

关键词：超声流量计；天然气计量；具体应用前言：超声流量计这种方法随着时间发展的推动，在我国的天然气计量工作开展的过程中得到了广泛的应用，由于超声流量计本身具备测量范围广、适用范围广、无可动部件、精确度高以及重复性好等优势，因此，对于该方法的实际应用，能够进一步的促进我国天然气计量工作的迅速发展，同时，也能够使计量工作获得良好的效果。

但是，在当前阶段的应用过程中，对于超声流量计的使用还存在一些问题亟待解决，需要相关工作人员加大力度来探究相关问题的解决对策，以便于保证应用超声流量计时，能够得到准确的计量结果。

1超声流量计的相关概述1.1超声流量计的概念与分类超声流量计的真正含义是通过检测流体流动对超声脉冲所产生的作用，以达成流量测量目的的仪表，主要由安装在测量管道上的转换器以及超声换能器构成。

超声流量计属于无阻碍流量计的一种，仪表流通通道并没有任何阻碍件的设置，主要解决的是流量测量困难的相关问题，对于大口径流量的测量优势较为明显，发展十分迅速[1]。

超声流量计按照原理划分可以分为以下五类：①频差法超声流量计；②多普勒超声流量计；③时差法超声流量计；④液位测量和平均流速测量相结合的非满管和渠道超声流量计；⑤相差法超声流量计。

气体超声波流量计在天然气计量中的应用摘要：天然气是现代人生活、工作中的主要能源，人们需要付费使用，这时为了保障天然气缴费额准确，就需要对天然气的用量进行准确计量，再根据计量结果与单价进行计算即可。

在这种情况下，如何保障天然气用量计量结果准确性就成为一项值得思考的问题，若计量准确性不足，就可能导致天然气企业受到经济损失，也可能导致用户受到经济损失。

面对这一问题，超声波流量计给出了解决方案，正确使用超声波流量计能实现准确计量，其准确程度可达0.5级，满足当下要求，这时就有必要对超声波流量计的正确应用方式进行研究。

关键词：超声波流量计；天然气计量；准确计量超声波流量计可以准确计量天然气用量.为了发挥超声波流量计的全部作用，在应用中必须依照相关要求做好超声波流量计选型、安装、维护工作。

可确保天然气计费准确，维护天然气企业与用户的权益确。

1超声波流量计在天然气计量中的影响因素（1）噪声的影响；在天然气计量中噪声的来源可能是流过天然气管道的高速气流，或者突出的探头，以及整流器，另外流量调节阀或者压力也会产生噪声。

噪声给天然气计量带来的误差最高可达2%，严重影响着天然气计量的准确性和稳定性。

（2）脏污的影响；天然气中会含有水、油以及硫化铁粉末或者其他的一些脏污，带有脏污的天然气在流过超声波流量计时，这些脏污会慢慢地在管道内壁和超声波探头上堆积，从而影响超声波流量计的计量准确性。

（3）温度和压力的影响；超声波流量计系统的主要组成部件有流量计、温度变送器、压力变送器以及流量计算机和在线组分分析仪等，因此在进行天然气计量时将组分和压力以及温度进行输入，就可以通过流量计算机将工况流量转换计算成用于贸易的体积量。

所以，压力和温度一定要测量准确，才能保证计量的准确性。

2天然气计量中常见的流量计与超声波流量计的应用优势2.1常见流量计目前，天然气计量中常见的流量计是涡轮流量计、超声波流量计，两种流量计的特征为：（1）涡轮流量计属于速度式流量计，即这种流量计能够采集天然气流速，再将流速转换为涡轮的转速，而转速又会转换为电信号，电信号与天然气流量成正比，因此读取电信号就能得知天然气的流量，基本原理为依照电信号单位时间内的脉冲数、累积脉冲数进行转换运算，可知天然气的瞬时流量、累积流量。

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。

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。

超声波流量计在气体计量中的应用摘要：近年来，随着我国科技水平不断提高，天然气在我国各个城市中的运用逐渐广泛，同时也成为居民在日常生活中必不可少的组成部分之一。

关键词：超声波流量计；气体计量；应用1导言随着现代科学技术水平的不断提升，只有充分掌握超声波气体流量计的工作原理和应用方式，给予整体了解，这样才能在天然气管流量测量工作中得以服务。

2影响超声波流量计计量准确度的因素2.1 噪声对准确度的影响根据对超声波气体流量计对天然气流量的相关规定，当被测介质中存在一些噪音，会影响超声波气体流量计的准确性。

噪声的产生主要有流过管道的高速气流、整流器、环境噪声、气流经过阀门等产生的噪声，所以，要利用超声波气体流量计对上游阀门的节流进行控制，随着流量的增加，节流的声音也不断增大，因此，超声波气体流量计的使用，需要对噪声进行思考。

当上游阀门节流的时候，超声波气体流量计的信噪比较低，导致其原因的产生，主要是在超声波气体流量计上游阀门节流的时候，会产生一种高频超声波。

当这种声波的频率与超声波气体流量计的工作频率相近，降低超声波气体流量计的信噪比的时候，将影响超声波气体流量计的测量精确度。

2.2 温度、压力测量准确度的影响超声波流量计计量系统一般由流量计、压力变送器、温度变送器、流量计算机及在线组分析仪组成，通过输入压力、温度，流量计算机系统可直接将流量计的工况流量转换为用于贸易计量的标准参比条件下的体积量，其计算公式为：因此，为确保超声波流量计计量系统的准确度，必须要保证压力和温度的准确。

2.3 流态对流量计的影响流速沿轴线均匀分布的流态能提高测量的准确性，管路中的阀门、空间弯头等，也会影响天然气的速度分布，给测量的准确性带来较大差异，所以在流量计上下游安装足够长直管段，促进天然气态的对称性和速度的有效分布。

如：超声波气体流量计的声道分布，是基于管道横截面，将其分为四个声道。

其中的气体超声波流量计，能够对各个声道的流速进行测量，维护管道中的气体流速。

超声波流量计在气体计量中的应用探究摘要：本文提出了超声波流量计在气体计量中的应用的意义，然后对其在天然气计量中的应用进行了探讨，提出了一些看法，希望能够对天然气体积流量计量方法的研究提供一些参考，进而促进我国天然气的发展。

关键词：超声波流量计；气体；计量；应用1、引言随着石油、天然气等能源在我国社会经济发展中的地位日益突出，天然气等能源的计量越来越受到人们的重视。

目前，我国已建成了天然气输配管网，并将逐步扩大到城市配电网。

气体计量是保障国家能源安全、能源管理的重要手段，其准确与否关系到国家的能源政策和宏观经济决策。

因此，气体计量装置在天然气、石油等能源供应领域发挥着越来越重要的作用。

2、超声波流量计在气体计量中的应用的意义天然气具有气体密度较小、气体流动速度较低、气体密度与温度有密切关系等特点，是一种特殊的流体。

目前，在天然气计量过程中，仍以体积法和质量法为主，对天然气体积流量的计量有一定的误差。

在实际工作中，采用体积法和质量法进行测量时，往往会受到外界因素的影响，如管道中有大量的杂质、温度、压力等不稳定因素，而且在实际应用中，还会受到环境条件的影响。

在进行气体计量时，由于存在气体密度与温度等方面的差异，所以当气体流速过低或过高时，都会使气体流量计流速和体积产生较大差异，进而影响到气体流量测量的准确性。

3、超声波流量计在气体计量中的应用分析3.1噪声在采用超声流量计进行天然气计量的过程中，因为所处的环境不同，最后的计量结果也会有一些差别，所发射出来的超声会针对管内气体的特定条件，产生一种超声束的反射效应，因此需要对这种影响进行进一步的分析，以获得流量计所显示的有关数据，从而获得流量计的最终测量结果。

特别是，在进行气体流量检测时，超声波会通过阀门、弯头等管件，这就导致了在测量过程中，超声会有一些噪声，这会导致超声波所接收到的数据出现错误，从而降低了流量计的测量精度。

针对这种情况，在正式进行超声流量测量时，必须把噪声因素纳入到测量过程中，并据此对测量结果进行分析。

气体超声波流量计在天然气测量中的应用流量测量在化工、冶金、石油、燃气、自来水等行业得到了普遍的应用，是工业过程自动化检测的三大参数之一，在国家的经济建设、能源调度、居民生活、社会可持续发展中具有极重要的作用。

流量测量的准确性和稳定性与社会资源节约、能源利用率以及经济效益等息息相关，因而世界各国各组织都极为注重流量测量相关技术的发展及应用，投入各种人力、物力等资源来建立相应的标准并加大对新的流量检测技术和装置研究力度。

现在全球能源问题和环境问题日益严重，世界各国在节约能源，对能源进行有效利用和科学管理的同时，也在努力探索以寻找更多高效且清洁的新能源来代替传统能源，其中作为清洁高效的新能源的代表，天然气的应用越来越深入到人们的生活，在国际能源应用中的比重也在慢慢增加。

特别是随着国内“西气东输”工程的进行，国内天然气的应用也是更为普遍，天然气的生产和消费总量都在逐年增加，对于气体流量测量技术的提高也就变得极为重要。

近些年来，随着科技的发展，流量测量技术也得到了快速的进步，测量流量所用到的仪表种类比较多，在气体贸易中超声波流量计、孔板流量计、科氏力式流量计等是较为常用的气体流量计。

其中超声波流量计以其具有的高重复性，高精度、非接触性且能够自我诊断等特点，在天然气行业中慢慢兴起，逐渐成为气体贸易中的主要测量仪表。

超声波信号具有较高的频率、较短的波长、方向性好等优点，可以在各种不同的介质中进行传播，再加上现代数字信号处理技术和高精度的压电陶瓷产品的快速发展,超声波流量计在测量气体流量的技术方面有了极大的改进，在应用于天然气测量时，其精度也在慢慢提高，气体超声波流量计的研发也在以极快的速度发展起来。

根据流量计测量声道数量不同，超声波流量计分为两种：单声道和多声道流量计，其中多声道超声波流量计测量时能够采集到更多的速度信息，可以对单声道流量计流速分布测量范围小，流量校准系数不确定性大以及对于复杂流场的适应性差等问题加以改善。

超声波计量技术在燃气表流量计中的应用摘要：由于日益激烈的全球变暖和人类对清洁饮食的日益依赖，对天然气的消费量也急剧攀升，这对计量技术的要求也越来越高。

为此，采用超声波流量计技术，可以有效地检测和控制天然气的流量，它利用一对或几对超声换能器，将其传输到另一对，并将其传输到另一个传输口，以此计算出流量，以此满足当前对清洁饮食的日益迫切的消费需求。

然而，仅凭此方法获取的信息仍然有待改善，必须将其与温度、压力以及其他外部环境参数相互协调，以获取更为精细的流量信息。

关键词：超声波流量计；天然气计量；应用随着科技的进步，流体流量的监测与管控已经被认识到，它对于保证天然气计量的精确性、稳健性、高效性、安全性、可操作性等都具有至关重要的意义。

因此，近年来，专家们积极投入，开展多种多样的流量计的开发，从而实现对流体流量的有效监测与有序运行。

按照其所依赖的测量原理，流量计被划分为四类：质量型、差压型、速率型、容积型。

它们各具特色，但又存在着一定的共性，因而，每种类型的流量仪器均具备其特定的功能，但仍然存在一定的局限性。

通过精心挑选，可以获得更准确的测量结果，因此，在实践操作时，必须针对各种使用环境及其相关的工程项目，采取适当的种族、品种、尺寸等多种方式。

1超声波流量计种类1.1涡流流量计设备在天然气物质计量技术和设备应用中，涡轮流量计是一种高效率、高速度模式流量计方式，其首先将流速转化为涡轮基础转速，随后将转速有效转化为与基础流量成正比的电源信号，同时根据单位时间内的脉冲数量以及累积脉冲数量相互结合，进而获取瞬间流量数据以及累积流量数据。

在天然气计量运转过程中，涡轮流量计技术测量精准程度相对较高，并且技术流通能力较大，所以被广泛的使用在天然气物质计量中，然而该技术在实际操作时，对于检测气体的洁净度要求相对较高，流量计内部轴承为可动部件，颗粒杂质容易对流量计造成损坏1.2孔板流量计设备在天然径流量计量实施过程中，孔板流量计属于压力差流量计模式，该技术主要通过有效测量天然气物质测量前与测量后之间的压力差距，进一步根据流量与压力差的正方向比较管理进一步测量介质流量。

超声波气体流量计用于天然气流量计量超声波气体流量计具有测量精度高、量程比大、压损小等优点，已被美国、荷兰、英国、中国等多个国家政府机构批准作为天然气贸易结算的法定计量工具，目前为止仅有少数厂家如美国Daniel、GE、日本爱知时计、上海中核维思等具备自主研发能力，其中，国外产品占据了超声波气体流量计绝大部分的市场份额。

不同于超声波液体流量计，超声波气体流量计中的超声波信号在气体介质传输过程中衰减大，而且超声波换能器工作频率普遍在40～200kHz之间，该频率范围段非常容易受声学噪声干扰，导致超声波接收信号信噪比低，渡越时间难以准确测量。

通常提高管道内被测气体的压力可以提高超声波接收信号的质量，因此目前市面上的超声波气体流量计主要用于天然气流量计量。

由于受限于超声波接收信号的信噪比，超声波渡越时间检测的准确性较难提高，目前广泛用于超声波气体流量计渡越时间检测的算法主要有互相关法、阈值法等。

P．Brassier、王铭学等人利用回波法得到参考波形，与直接接收的超声波信号进行互相关计算得到渡越时间，完成流量计算，由于该方法的参考波形通过多次反射得到，在小管径环境中适应性较好，在较大管径中超声波信号由于衰减较大，难以保证稳定接收，因此该方法具有较大局限性; 季涛等人提出将多个静态无风环境下的接收波形作平均处理以构建参考波形，再与实际接收波形进行互相关计算得到渡越时间，由于忽略了温度压力等因素对超声接收波形包络形状的改变，因此该方法环境适应能力很有限; 汪伟等人采用可变阈值法用于超声波渡越时间计算，在音速喷嘴气体流量标准装置上完成了校准试验，试验结果表明该方法可以获得较高测量精度，该方法仅仅在标准大气压下进行试验，未进行更低压力环境的应用研究。

为了检验超声波气体流量计在低压环境的适应性，该文构建了压力试验平台，在该平台上完成了不同负压等级的信号衰减试验，分析了影响规律。

进一步设计了带通滤波电路及自动增益控制电路，基于FPGA采用相对阈值法结合过零检测法实现了超声波渡越时间检测和流量计算，最后在工业性试验中检验了样机的测量精度。

超声波流量计在天然气计量中的应用【摘要】通过对超声波流量计的结构、工作原理的分析，阐述了流量计的计量精度优势和使用特点，结合现场使用的对比和使用经验，得出结论，分析了使用前景。

【关键词】超声波流量计；推广；应用随着石油工业的飞速发展以及国际贸易的不断增多，对天然气流量测量的准确性和可靠性要求越来越高，各类贸易交接场所迫切需要能够满足大流量、高压力下天然气精确计量要求的流量计，同时随着自动化水平的不断提高，天然气管输集中调度系统（scada）也需要能够满足站控计算要求的高精度流量计，同时能够稳定运行，减少日常维护工作量。

在此情况下我国已经开始广泛采用气体超声流量计用于天然气的贸易或计量交接。

目前山东天然气管网在重要的转输站就采用了多台美国产的daniel3400高级超声波流量计。

通过与用户的涡街流量计以及涡轮流量计进行对比，反映准确度高，效果非常好。

由于超声波流量计是一种非接触型测量仪表，同时它的测量精度主要取决于超声波的时间和速度，因此它是继孔板流量计和涡轮流量计之后的一种较理想的精度流量计。

具有无压损、量程范围较宽、双向测量有相同准确度、可以测量脉动流、智能化等其它流量计所不及的优点，在发达国家得到了广泛的推广应用。

本文主要从超声波流量计的结构、工作原理和现场使用效果来探讨其计量性能。

1.daniel高级超声波流量计的特点和技术规范1.1高精度：精确度优于±0.5%,重复性优于±0.2%。

1.2专用于贸易交接。

1.3多通道可检测流体的多个剖面。

1.4多通道提供了必要的冗余能力，独特的声道替补技术使流量计在某一声道故障的情况下，仍能基本正常工作。

1.5精确的设计和在加工制造过程中的质量控制。

1.6声速,温度,气体运行状况的测量是相对独立的。

1.7特别适用于高压气体,一般最低工作压力为4～5 bar。

1.8常见流量计的直径, 150mm - 600mm (6”-36”)。

1.9最高压力可达ansi #2500(约42mpa)。