近幾年來，我國天然氣行業(yè)發(fā)展突飛猛進,。在天然氣行業(yè)中流量計量是直接影響企業(yè)和用戶經(jīng)濟效益的關(guān)鍵環(huán)節(jié),，越來越受到重視。時差式超聲波流量計以其精度高,、可測量范圍大,、量程比大、可測雙向流量和無壓損等優(yōu)點,，被廣泛應(yīng)用在天然氣行業(yè)中,。雖然目前天然氣處理工藝技術(shù)已經(jīng)非常優(yōu)良和完善，但超聲波換能器上往往還會出現(xiàn)積水現(xiàn)象,。這些積水主要來源于殘存的試壓水和管道內(nèi)濕空氣遇冷析出的冷凝水,，這些液態(tài)水致使超聲波流量計失效或出現(xiàn)計量故障，造成經(jīng)濟損失,，給企業(yè)和用戶帶來糾紛,。

    1 E+H時差式超聲波氣體流量計工作原理

    當(dāng)管道中沒有流動氣體時，E+H超聲波流量計換能器A接收對應(yīng)換能器B發(fā)出的超聲波所用時間,，與換能器B接收所對應(yīng)的換能器A發(fā)出的超聲波所用時間相同,。當(dāng)有氣體流經(jīng)流量計時，順流方向超聲波傳播時間小于逆流方向傳播時間,，氣體的流速與超聲波順流和逆流傳播時間差成函數(shù)關(guān)系[1],。

    2 水對超聲波氣體流量計的影響

    如圖1所示，在充滿氣體的管道壁有兩個成一定夾角的超聲波換能器,，設(shè)氣體流速為V,，管道直徑為D，兩換能器中心線之間距離為L,，兩個換能器延管線方向距離為X,，超聲波在被測氣體中靜止速度為C。

圖1 液態(tài)水在超聲波流量計中位置

    在天然氣流經(jīng)換能器A和換能器B過程中,，根據(jù)設(shè)計結(jié)構(gòu)原理,，與天然氣順流方向換能器B端部易存留積水，而A端在受到流體的沖擊作用下不易產(chǎn)生積水,。

    當(dāng)A,、B換能器均未積水的情況下，根據(jù)時差法測算氣體流速原理,，順流時間

   逆流時間

      （2）

    由公式（1）和（2）推導(dǎo)計算出氣體流速V為

       （3）

    由此通過測量X,、L、t1、t2就可計算氣體流速,，再將氣體流速加權(quán)修正后,，測算出氣體流量。

    在換能器B積水的情況下,，換能器A發(fā)出的超聲波會首先作用在積水上,，此時會出現(xiàn)兩種情況：一種情況是超聲波在水的反射作用下，使換能器B無法接收到超聲波,，因而造成流量計無法記錄數(shù)據(jù),；另一種情況是超聲波在氣體傳播實際距離為L′，在液態(tài)水中傳播距離為L-L′,。根據(jù)時差法超聲波測量原理,，順流時間

      （4）

    其中

      （5）

    式中Δt為超聲波在液態(tài)水中傳播時間。

    逆流時間

    其中

       （6）

    另外

      （7）

    由公式（4）,、（5）,、（6）,、（7）計算得氣體實際速度V′為

      （8）

    E+H超聲波氣體流量計后臺根據(jù)實際t1和t2,，計算出氣體流速V為

      （9）

    因為超聲波在液態(tài)水傳播時間Δt相對于t1'很小，可認為,，則有V>V′,，這樣引起了計量故障，嚴重時會引起商業(yè)糾紛,。

    3 減少水對超聲波流量計影響措施

    （1）科學(xué)的設(shè)計是減少天然氣長輸管道存水的關(guān)鍵,。在天然氣管道路由設(shè)計時要考慮長輸管道地勢低洼地段積水因素；在場站設(shè)備設(shè)計時要考慮各超聲波流量計前設(shè)備的排水功能和分離器系統(tǒng)的液態(tài)水處理功能,。雖然現(xiàn)在的分離器可以除去各種尺寸的固體顆粒,，也能100%分離掉大于8～10μm的水汽，但液態(tài)水的帶入會嚴重降低分離器的處理效果[2],。所以在設(shè)計工藝流程時,，應(yīng)考慮在分離器前面加一級液態(tài)水處理裝置，分離掉大部分從管道內(nèi)帶來的液態(tài)水,，其余少量水汽再由分離器除去,。這種兩級分離工藝流程設(shè)計在國內(nèi)氣體超聲波流量計的場站中已經(jīng)得到應(yīng)用，效果良好,。

    （2）投產(chǎn)前干燥管線是天然氣長輸管道干燥的重要保證,。天然氣管道投產(chǎn)前的一般程序是試壓→除水→干燥→置換→投產(chǎn)。投產(chǎn)前的管道積水是管道內(nèi)液態(tài)水留存的主要原因,。雖然國家規(guī)范中未強制規(guī)定進行干燥,，但由于超聲波氣體流量計較其他氣體流量計對液態(tài)水非常敏感，所以管線必須進行干燥。

    （3）加強制度管理,，減少人為因素影響,。加強對E+H超聲波流量計前設(shè)備的排水管理，尤其是對分離器的排污排水管理?，F(xiàn)在的分離器均設(shè)有排污管,，通過人工排除分離出的污水。但如果操作人員管理不到位,，積液會導(dǎo)致分離器失效,，使液態(tài)水隨天然氣進入超聲波氣體流量計而造成計量故障。所以應(yīng)建立分離器和之前相關(guān)設(shè)備的巡檢,、點檢制度和保養(yǎng)規(guī)程,，確保及時排除污水。

    （4）定期對E+H流量計進行清洗,。根據(jù)實際情況,，定期取下超聲波換能器進行清洗，除去換能器上的污物和液態(tài)水,，保證超聲波流量計計量準確,。

    4 結(jié)語

    由于E+H超聲波氣體流量計在天然氣長輸管線計量中應(yīng)用時間較短，對液態(tài)水的影響理論研究不多,，也缺少改進措施的探討和實踐,。液態(tài)水造成超聲波流量計計量失效或偏大，這需要從設(shè)計,、施工,、投產(chǎn)前準備、投產(chǎn),、日常管理,、流程的優(yōu)化和設(shè)備改進等各方面制定措施，防止管道積水和水汽,，從而減少液態(tài)水的影響,，提高計量精度，保證企業(yè)與用戶利益,。

    參考文獻

    [1]胡建愷,，張謙琳1超聲波檢測原理和方法[M]1合肥：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社，19931
    [2]蔣學(xué)程,，倪建樂1正確選用氣體超聲波流量計[J]1油氣儲運,，2006（6）：57-581