引言

流量作为天然气计量交接过程中的重要的参数之一，其值测量的精准度，对于交接计量中双方的经济利益、天然气集输系统的平稳运行都非常的重要。随着天然气进入人们日常生活中的各个方面，人们对天然气接受程度不断上升，贸易双方对流量测量的准确性和可靠性要求也不断提高 [1-2]。本文以气体超声流量计的传播时间差法工作原理，以及计量方法为依据，分析影响计量误差产生的因素，并针对主要影响因素提出相应的控制措施，力求将计量误差控制在非常小范围内。

 

1 超声波流量计工作原理

超声波流量计主要由流量计本体和配套的流量计算机、压变、温变两大部分组成。主要根据超声波脉冲在气体中顺流传播和逆流传播的时间差来测量气体流速（见图 1，计算公式见（1）~（5）），通过温度、压力和组分修正，经流量计算机计算得出标况流量（计算公式见（6）、（7）），用于贸易双方进行计量交接 [3-4]。

 

2 影响计量精度因素分析

2.1 安装方式

超声波流量计是高精度的计量设备，管线微小的震动或流体流态的变化都能引起计量误差。理论上，理想流态流体流动方向沿管道轴向，无径向流速。但在流体的实际运行过程中，由于流体的性质不一，与管道的相互作用不同，流体在管道中的流速分布状况也不同。通常情况下，管道中的流态用雷诺数 Re 计算。

式（8）中：ρ—气体密度，kg/m3；μ—流体粘度，Pa · s ；ν—流体速度，m/s ；d—管径，m。 当 Re ＜ 2300 时，流体处于层流；当 Re ＞ 4000 时，流体处于湍流。

 

图 2 为层流和湍流流速分布图。

 

当管输流体确定时，密度、直径及粘度都是固定的，只有流速 ν 是变化的，流体状态与流速密切相关。当ν 比较小时，流体处于层流状态 ；而当 ν 比较大时，流体则处于湍流状态。当流体处于不同的流态时，使用不同的经验公式对流体流量进行修正。当流态特别复杂时，无可使用的经验公式，这就要求超声波流量计所处位置处流体流态尽可能单一，前后直管段都必须有标准长的管段。

 

2.2 压力、温度影响

温度和压力作为流量计算的修正参数，其准确性直接影响流量的准确性。

 

当温度不变时，通过计算不同压力下的流量并与真实流量值比较发现 ：当压力低于真实压力时，计算流量会低于实际流量 ；当压力大于实际压力时，计算流量会大于实际流量。对于供气方，若现场的压力变送器测量值偏高，在其他条件不变的情况下，会出现计量结果偏大，对供气方有利。反之，则对接气方有利。

 

当压力不变时，通过计算不同温度下的流量并与真实流量值比较发现 ：当温度低于实际温度时，计算流量会大于实际流量出现正偏差 ；当温度大于实际温度时，计算流量会小于实际流量出现负偏差。对于供气方而言，现场的温度测量值偏高，在其他条件不变的情况下，计量结果会偏小，对供气方不利。相反，对接气方有利。

 

2.3 气质影响

超声波流量计内部无机械可动部件，对气质条件要求并不苛刻 [5]。但通过使用记录的数据分析，随着使用时间的增加，气体中的含有的铁锈、泥沙、岩石颗粒、水等杂质会附属在内壁和换能器上，从而减少气体流通面积，影响超声波传输路程，衰减超声换能器发射和接收超声信号，进而影响计量的准确性。

 

2.4 气体组分影响

天然气组分作为计算压缩因子的重要参数，其准确性势必会对计量准确性产生影响。当天然气中甲烷含量高于在线色谱仪测试数据时，压缩因子计算结果偏大，在其它条件不变的情况下，计算流量值会小于实际流量出现负偏差，对供气方不利。反之，对接气方不利。

 

3 控制计量误差的措施

3.1 超声波流量计的安装

目前，输气站在施工时基本会满足超声波流量计前10 D、后 5D 的安装要求。在日常的维护中，对管线的水平情况进行监测，以防地面下沉或管线锈蚀造成的弯折。当工艺区有施工作业时，做好监护工作，噪音大、震动幅度大的设备尽可能远离超声波流量计。对超声波流量计的接口、附属温变、压变做好验漏和维护工作，避免由于气体渗漏造成的计量误差。

 

3.2 气体组分准确性

天然气组分直接影响流量计算中的压缩因子，在输气场站有色谱分析仪的情况，气体组分主要通过在线气相色谱仪实时检测得到。在线气相色谱仪属于精密仪器，而输气场站由于地理位置较偏僻，往往环境、维护、保养的条件非常有限，必然会产生一定的误差，这就要求场站员工在巡检时仔细观察在线色谱分析仪的状态、是否存在泄漏点、参数是否正常、膜过滤器是否有积液等情况，同时按照厂家要求，定期开展自检。

 

3.3 温度、压力测定准确性

温度、压力作为流量计算的重要参数，其测量的准确性直接影响流量的计算准确度。因此，在日常工作中，一定要保证温度、压力的测量值处于精度范围之内。一是做好温变、压变的定期检测工作，确保温变、压变检测精度符合要求 ；二是做好现场压力表与压变、温度计与温变、现场变送器和流量计算机的数据比对，及时发现比对数据相差较大的温变、压变，并及时判断问题，进行处理。

 

3.4 供气量的影响

对于新建投运的场站，在前期调研的基础上，有时会将输量和相应的便携式超声波流量计设计的大一些，为未来天然气发展，增加用户量，扩大输气能力做好准备。部分新投运的场站在冬季供气高峰结束后，瞬时流量明显低于超声波流量计的运行下限，这就大大增加了计量误差的可能性。一是调整供气方式，将 24 h 供气改为间歇供气，当瞬时流量低于超声波流量计下限时，停止供气 ；二是在输气站新投运时可以选用涡轮流量计或者旋进旋涡式流量计，等后期供气量增加时再进行更换手持式超声波流量计。

 

4 结论

（1）超声波流量计因量程大、精度高、宽管径等优势，广泛应用于天然气计量交接，但其计量准确性受安装方式、在线气相色谱分析仪的准确性、气质影响、温变压变准确性的影响。

（2）根据站场在用流量计的实际情况，针对其影响因素采用加强巡检和日常维护、加强员工技能培训、对超声波流量计定期清洗和检定、及时优化供气方式等措施减少超声波流量计的计量误差。

（3）通过间歇供气方式有效的减少了流量较低时间段的计量误差，减小了流态不稳定造成的误差。但是随着用户需求量的变化，根据具体情况，需要不断调整供气时间，开关设备，如果供气量特别低，可以考虑将超声波流量计更换为涡轮流量计或旋进旋涡式流量计，待用气量增加时再进行更换为超声波流量计。