0 引言

呼图壁储气库采气系统完善工程设计气体超声波流量计一套，包括现场超声波流量计、温度补偿仪表、压力补偿仪表、前后直管段、流动整流器及流量计算机，具有双向计量功能，实现呼图壁储气库与西部管道公司之间的贸易交接计量。

1 测量原理

气体超声波流量计由多对探头传感器、信号测量系统、电子显示单元等测量元件组成，配套使用流量计算机。通过对超声脉冲传输时间的测量，实现气体的流速测量，进而计算出天然气工况条件下的流量，也就是根据顺气流方向的脉冲比逆气流方向的脉冲速度快的原理，计算出关系中的气体流速，如图1所示。每个探头同时进行收发脉冲，每对探头通过连续进行脉冲收发方向切换完成测量，如：一个方向的传输时间测量完成后，原来的脉冲发射器就变成接收器，反之亦然。此外，声速的测量还取决于气体的组分类型、压力和温度等可以量化的因素，为了充分考虑到流态变化的影响，采用多声道分布在几个完全平行的平面上，每个测量平面由两个相互交叉的声道组成，声道结构依据高斯-切比雪夫原理科学排列，保证气体流速测量和不对称流、涡流、切向流检测与补偿均达到非常优化，如图2所示。

2 遵循的规范及标准

《天然气计量系统技术要求》（GB/T 18603-2014）。

《用气体超声流量计测量天然气流量》（GB/T 18604-2014）。

《Measurement of Gas by Multipath Ultrasonic Meters》（A.G.A No.9）。

《Speed of Sound in Natural and Other Related HydrocarbonGas》（A.G.A No.10）。

 

3 选型设计与应用

3.1 超声波流量计

◆ 超声波流量计的量程比宽，可达到1：100的量程比，适用于流量变化幅度大的计量站场。

◆ 设计规范要求超声波流量计所测管道内天然气介质的流速不应超过20m/s。目前，国际知名制造商（例如：RMG、Daniel、德国西克）所生产的超声波流量计的检测范围是0.3 m/s ~30 m/s。

◆ 非贸易交接计量，一般选用单声道或双声道超声波流量计即可；贸易交接计量中，至少选用4声道超声波流量计，其中声道数量为探头的对数。

◆ 超声波流量计需要定期进行实流标定，目前，国内各大标定站所能标定的超声波流量计的非常大口径为DN400。

◆ 超声波流量计的安装应尽可能避开振动环境，减少振动、噪音干扰。

◆ 依据流量计安装使用场所，合理确定超声波流量计的防爆等级及防护等级。

◆ 标准参比条件：20℃，101.325KPa。

 

3.2 温度补偿仪表

◆ 超声波流量计补偿用温度检测仪表的精度应该优于±0.3℃。

◆ 如果流量计只是进行单向流测量，那么应将测温孔和取样孔设在流量计下游距法兰端面2D~5D之间；如果流量计是用于双向流测量，那么测温孔和取样孔应设在距流量计法兰端面3D~5D之间 [3] 。

◆ 温度计和取样器插入深度宜为1/3D，对于大口径流量计（DN300及以上），插入深度应不超过125mm。

◆ 依据流量计安装使用场所，合理确定温度补偿仪表的防爆等级及防护等级。

 

3.3 压力补偿仪表

◆ 超声波流量计补偿用压力检测仪表的精度，A级计量系统不低于0.2%，B级计量系统不低于0.5%，C级计量系统不低于1.0%。

◆ 超声波流量计表体应至少有一个取压孔用以测量静压，每个取压孔应具有装隔离阀的内螺纹，并且具有能将隔离阀直接安装在取压孔上的回转空间，内螺纹的规格宜为1/4″NPTF或1/2″NPTF。

◆ 压力补偿仪表一般选择安装于超声波流量计本体，也可以根据业主要求，安装于超声波流量计的前后直管段。

◆ 依据流量计安装使用场所，合理确定压力补偿仪表的防爆等级及防护等级。

 

3.4 直管段

◆ 流量计单向计量，不带整流器的情况下，流量计上游至少需要50D的直管段；流量计下游直管段长度至少应为5D。

◆ 流量计单向计量，带有流动整流器的情况下，流量计上游至少需要30D的直管段，且流动整流器宜安装在流量计上游10D处。流量计下游直管段长度至少应为5D。

◆ 流量计双向计量，带有流动整流器的情况下，流量计上游至少需要30D的直管段，流量计下游至少需要30D的直管段，且流动整流器分别安装在流量计上游/下游10D处为宜。

◆ 直管段与流动整流器、超声波流量计、上下游管线之间均采用法兰安装。

 

3.5 流动整流器

◆ 整流板的孔板厚度应在0.125D～0.25D之间。

◆ 孔板式流动调整器应选用不锈钢板材料制造。

◆ 根据超声波流量计制造商要求，合理选用19束、25束或其他型式的流动整流器。

3.6 流量计算机

◆ 超声波流量计一般配套使用流量计算机，用于流量计控制和工作的计算机代码应当存储在非易失性存储器中，所有流量计算常数和人工输入的参数也应当存储在非易失性存储器中。

◆ 流量计算机应采用LCD显示方式，其面板应带操作按键，可任意选择显示内容。一般依据数据存储时间，合理计算出流量计算机的显示精度，例如能达到小数点前10位及小数点后4位，如图3所示。

◆ 流量计算机采用柜式安装方式，放置于仪表控制室内。

4 总结

呼图壁储气库依据天然气出气能力，成功选用超声波流量计作为贸易交接计量仪表，投运至今，平稳运行，无故障发生，得到使用方一致好评，在新疆地区得到广泛应用，为天然气外输计量领域做出巨大贡献。