氣體超聲流量計(jì)使用中應(yīng)考慮的影響因素

氣體超聲流量計(jì)價(jià)格昂貴,且大部分為進(jìn)口的流量計(jì),如何正確地使用與維護(hù)是計(jì)量管理中的一項(xiàng)重要內(nèi)容。文章通過對(duì)氣體超聲流量計(jì)的安裝環(huán)境中的溫度、振動(dòng)、噪聲,管道配置中的雙向流測(cè)量場(chǎng)合、直管段長(zhǎng)度及臺(tái)階、凸入物、內(nèi)表面的要求、溫度計(jì)的安裝,整流器的使用及流量計(jì)的安裝,現(xiàn)場(chǎng)使用維護(hù)及管理、測(cè)量不確定度的分析四個(gè)方面進(jìn)行了探討,詣在為用好這種新型流量計(jì),確保其計(jì)量準(zhǔn)確性、可靠性起到借鑒作用。

1　安裝環(huán)境

(1)環(huán)境溫度

根據(jù)AGA·NO·9號(hào)報(bào)告的要求及現(xiàn)有材料、設(shè)備的加工制造水平,本標(biāo)準(zhǔn)對(duì)氣體超聲流量計(jì)提出了-25℃~+55℃的使用環(huán)境溫度要求。

在某些特殊情況下,為預(yù)防外界環(huán)境溫度對(duì)測(cè)量結(jié)果造成的附加影響,建議對(duì)儀表及其上下游的測(cè)量管加裝遮雨防曬設(shè)施或者采取必要的隔熱保溫措施。

(2)振動(dòng)

超聲流量計(jì)雖然在出廠前都經(jīng)過了嚴(yán)格的機(jī)械振動(dòng)試驗(yàn),但是作為一種精密的測(cè)量?jī)x表,使用時(shí)應(yīng)遠(yuǎn)離或消除振動(dòng)源。

(3)電氣噪聲

超聲流量計(jì)作為一種以微電技術(shù)為基礎(chǔ)的高精度測(cè)量設(shè)備,在設(shè)計(jì)和安裝時(shí)有可能由于疏忽將其置于電磁場(chǎng)合電子干擾環(huán)境之中,儀表測(cè)量的準(zhǔn)確性及工作的可靠性就可能因此受到影響。

2　管道配置

(1)對(duì)雙向流測(cè)量場(chǎng)合的管道配置

所謂“雙向流測(cè)量”就是指使用同一套流量計(jì)實(shí)現(xiàn)被測(cè)介質(zhì)正輸和反輸時(shí)的流量測(cè)量。也就是說,這個(gè)時(shí)期正輸時(shí)的儀表上游就是下個(gè)時(shí)期返輸時(shí)的儀表下游。地下儲(chǔ)氣庫(kù)或者目前大中型城市通常用作調(diào)峰手段的儲(chǔ)氣罐就需要這種具有雙向測(cè)量功能的計(jì)量?jī)x表。這正是超聲流量計(jì)獨(dú)到的特點(diǎn)。因此,當(dāng)超聲流量計(jì)應(yīng)用于雙向流測(cè)量場(chǎng)合就必須將其“下游”按“上游”的要求進(jìn)行同等對(duì)待,這是實(shí)現(xiàn)超聲流量計(jì)雙向、等精度測(cè)量的重要前提。

(2)直管段長(zhǎng)度要求

為了降低不良流態(tài)對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響,在流量計(jì)上下游安裝一定長(zhǎng)度的直管段就是一種常見的基本手段。從準(zhǔn)確計(jì)量的角度來看,上下游直管段長(zhǎng)度越長(zhǎng)改善流量計(jì)測(cè)量性能的效果就越明顯。但是,測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)往往由于受場(chǎng)地征用(特別是海上作業(yè)平臺(tái))、材料供應(yīng)以及建設(shè)施工成本等諸多客觀因素的限制,又期望該長(zhǎng)度越短越好。因此,兼顧這兩方面的愿望并提出最低限度的直管段長(zhǎng)度要求也是GB/T18604—2001標(biāo)準(zhǔn)的主要任務(wù)之一。

在該種流量計(jì)直管段的配置長(zhǎng)度上, AGA·NO·9號(hào)報(bào)告提出:“盡管制造商推薦的安裝作法不盡一致,但一般都要求流量計(jì)的上游至少需要5~10D的直管段、下游至少需要3D直管段。”

為了體現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)具有可操作性這一特點(diǎn),根據(jù)上述標(biāo)準(zhǔn)或報(bào)告的建議,結(jié)合國(guó)內(nèi)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況,同時(shí)參考了部分超聲流量計(jì)生產(chǎn)廠商的意見,在標(biāo)準(zhǔn)中嘗試性地給出了一個(gè)有關(guān)超聲流量計(jì)上下游直管段長(zhǎng)度配置的技術(shù)規(guī)定或要求,即:在不需安裝整流器的情況下,多聲道超聲流量計(jì)上游的最短直管段長(zhǎng)度應(yīng)為 10D,下游最短直管段長(zhǎng)度應(yīng)為5D;如果使用整流器,則整流器的安裝位置及相應(yīng)的配管長(zhǎng)度應(yīng)咨詢生產(chǎn)廠商。

(3)對(duì)直管段的質(zhì)量要求

臺(tái)階及凸入物:在超聲流量計(jì)上下游所要求的最短直管段長(zhǎng)度范圍內(nèi)(測(cè)量管)出現(xiàn)的任何臺(tái)階及其它凸入物都將引起被測(cè)介質(zhì)流態(tài)的改變,從而增大流量測(cè)量的不確定度。但事實(shí)上,只要對(duì)所用配管進(jìn)行認(rèn)真選擇,或者采取對(duì)管道內(nèi)壁進(jìn)行適當(dāng)鏜制,或者根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的管道條件對(duì)制造廠商提出所用超聲流量計(jì)必須達(dá)到的內(nèi)徑要求等手段,就可以避免各連接點(diǎn)臺(tái)階的出現(xiàn),從而實(shí)現(xiàn)直管段與超聲流量計(jì)之間的等徑連接或良好匹配;另外,在施工組裝過程中,采取將連接的內(nèi)壁焊縫打磨平整或適當(dāng)擴(kuò)大法蘭連接的墊片內(nèi)圈直徑等措施也可以避免凸入物及其它擾動(dòng)性雜物障礙。因此,對(duì)臺(tái)階及凸入物的限制既是必要的,也是可行的。②內(nèi)表面:如果在流量計(jì)本體內(nèi)部及其測(cè)量管內(nèi)壁存在著銹蝕、油污或硫化鐵粉等其它附屬物,一方面可能會(huì)改變測(cè)量管道的實(shí)際內(nèi)徑,另一方面又可能會(huì)增大測(cè)量管內(nèi)壁的平均粗糙度,其次也可能會(huì)導(dǎo)致聲波(脈沖信號(hào))在表體內(nèi)壁反射時(shí)出現(xiàn)發(fā)散和衰減現(xiàn)象。所有這些因素都有可能對(duì)測(cè)量結(jié)果造成嚴(yán)重的影響 (ISO/WD17089認(rèn)為,由此造成的測(cè)量偏差有可能超過1%),因此對(duì)表體及測(cè)量管內(nèi)表面提出要求和限制也是實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確計(jì)量的基本前提之一。

(4)溫度計(jì)安裝

溫度計(jì)的安裝應(yīng)主要考慮如下三點(diǎn):

①感溫元件應(yīng)有足夠的長(zhǎng)度,以保證被測(cè)介質(zhì)與測(cè)溫元件之間有充分的接觸面積;②對(duì)流態(tài)造成的影響盡可能地小;③在正常的測(cè)量過程中不會(huì)因氣流沖刷等原因引起感溫元件的折斷或其它機(jī)械損傷。

(5)聲學(xué)噪聲干擾

超聲流量計(jì)是一種以聲學(xué)原理為基礎(chǔ)的測(cè)量?jī)x表,因此現(xiàn)有的超聲流量計(jì)對(duì)于噪聲,特別是對(duì)來源于被測(cè)介質(zhì)內(nèi)部由于高速度、大壓差等減壓設(shè)備造成的超高頻噪聲,尤為敏感,從而影響到該種流量計(jì)的正常運(yùn)行,為了確保超聲流量計(jì)的正常工作,最為有效的方法就是遠(yuǎn)離噪聲源或咨詢制造廠家。

(6)整流器的作用

一般來說,安裝整流器可以在一定程度上改善超聲流量計(jì)上下游的測(cè)量條件,因此也有助于提高測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性,尤其是對(duì)單聲道超聲流量計(jì)而言,其效果可能會(huì)更為明顯。但是,如果整流器造型不當(dāng),加工質(zhì)量不高,或者安裝及使用維護(hù)不妥,又有可能增大測(cè)量偏差而造成事與愿違的后果。因此,在超聲流量計(jì)應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)計(jì)及安裝過程中,必須具體問題具體分析。也就是說,應(yīng)當(dāng)針對(duì)所選流量計(jì)的種類、上游流態(tài)的畸變形式、嚴(yán)重程度以及對(duì)流量測(cè)量準(zhǔn)確性要求的高低來決定是否安裝那種形式的整流器。

(7)流量計(jì)的安裝方式

從理論上講,氣體超聲流量計(jì)可以采用水平、垂直和傾斜等任意安裝方式,并且可以沿表體管道邊軸線作任意旋轉(zhuǎn)。但是,在實(shí)際的安裝過程中應(yīng)當(dāng)主要考慮到以下3個(gè)方面的因素:①流量計(jì)(特別是其中的超聲換能器)是否便于檢測(cè)和維修;②超聲換能器是否易受氣流中雜質(zhì)和積液的影響;③時(shí)至目前,任意安裝方式是否可實(shí)現(xiàn)嚴(yán)格意義上的完全等精度測(cè)量尚未得到充分的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

因此, GB/T18604—2001用氣體超聲流量計(jì)測(cè)量天然氣流量標(biāo)準(zhǔn)推薦采用水平安裝這種常規(guī)方式。

3　現(xiàn)場(chǎng)使用、維護(hù)及管理

(1)關(guān)于定期檢測(cè)

定期檢測(cè)是提前預(yù)防和及時(shí)消除儀表故障的有效手段。如果定期檢測(cè)的周期定得太長(zhǎng),那么有些問題就有可能得不到及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理;如果該周期定得過短,會(huì)增加工作量也有可能破壞部分機(jī)械及電子元件的原始性能(如密封性),因此,應(yīng)根據(jù)具體情況來確定合理的定期檢測(cè)的周期。

至于定期檢測(cè)的內(nèi)容及方法則應(yīng)根據(jù)GB/T18604—2001用氣體超聲流量計(jì)測(cè)量天然氣流量這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中第8·3~9·2款的要求進(jìn)行。部分生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)由于難以將流量計(jì)從工藝管線上進(jìn)行拆、裝,對(duì)這種情況下的零流量測(cè)試檢查,可以在完全關(guān)斷上下游閥門的情況下進(jìn)行。但是又必須同時(shí)保證:①所用閥門必須具備靈活的啟閉特性和良好的關(guān)斷性能。關(guān)斷后的上下游閥門之間不得出現(xiàn)任何內(nèi)漏和外漏現(xiàn)象;②為避免表體及管道內(nèi)部流體的對(duì)流現(xiàn)象發(fā)生,介質(zhì)溫度與環(huán)境溫度之差不宜過大,否則應(yīng)采取隔熱或保溫措施;③在整修測(cè)試過程中,壓力及溫度應(yīng)當(dāng)保持穩(wěn)定,并且其測(cè)量相對(duì)不確定度應(yīng)當(dāng)控制在 urel(p)≤0·1%、urel(t)≤0·2%;④附近管道由于氣體流動(dòng)或其它機(jī)械振動(dòng)對(duì)零流量測(cè)試檢查所帶來的負(fù)面影響應(yīng)盡可能控制在較小的范圍。

(2)檢測(cè)報(bào)告

現(xiàn)場(chǎng)檢查或測(cè)試的最終目的是要讓超聲流量計(jì)的管理者或使用者對(duì)該種設(shè)備的運(yùn)行情況及性能有一個(gè)全過程、全方位的全面了解和認(rèn)識(shí)。因此根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢查測(cè)試的具體情況出具正式的書面報(bào)告也就很有必要。報(bào)告的具體格式和內(nèi)容一方面可參考GB/T18604—2001用氣體超聲流量計(jì)測(cè)量天然氣流量這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)第9·2款的要求,另一方面也可根據(jù)實(shí)際情況自行設(shè)計(jì)或作適當(dāng)增刪。

以上材料結(jié)合GB/T18604用氣體超聲流量計(jì)測(cè)量天然氣流量中對(duì)氣體超聲流量計(jì)的安裝環(huán)境、管理配置、現(xiàn)場(chǎng)使用維護(hù)及管理等方面的一些看法,以便今后在天然氣計(jì)量方面提供點(diǎn)有用的建議。