氣體超聲流量計價格昂貴,且大部分為進口的流量計,如何正確地使用與維護是計量管理中的一項重要內容。文章通過對氣體超聲流量計的安裝環境中的溫度、振動、噪聲,管道配置中的雙向流測量場合、直管段長度及臺階、凸入物、內表面的要求、溫度計的安裝,整流器的使用及流量計的安裝,現場使用維護及管理、測量不確定度的分析四個方面進行了探討,詣在為用好這種新型流量計,確保其計量準確性、可靠性起到借鑒作用。
1 安裝環境
(1)環境溫度
根據AGA·NO·9號報告的要求及現有材料、設備的加工制造水平,本標準對氣體超聲流量計提出了-25℃~+55℃的使用環境溫度要求。
在某些特殊情況下,為預防外界環境溫度對測量結果造成的附加影響,建議對儀表及其上下游的測量管加裝遮雨防曬設施或者采取必要的隔熱保溫措施。
(2)振動
超聲流量計雖然在出廠前都經過了嚴格的機械振動試驗,但是作為一種精密的測量儀表,使用時應遠離或消除振動源。
(3)電氣噪聲
超聲流量計作為一種以微電技術為基礎的高精度測量設備,在設計和安裝時有可能由于疏忽將其置于電磁場合電子干擾環境之中,儀表測量的準確性及工作的可靠性就可能因此受到影響。
2 管道配置
(1)對雙向流測量場合的管道配置
所謂“雙向流測量”就是指使用同一套流量計實現被測介質正輸和反輸時的流量測量。也就是說,這個時期正輸時的儀表上游就是下個時期返輸時的儀表下游。地下儲氣庫或者目前大中型城市通常用作調峰手段的儲氣罐就需要這種具有雙向測量功能的計量儀表。這正是超聲流量計獨到的特點。因此,當超聲流量計應用于雙向流測量場合就必須將其“下游”按“上游”的要求進行同等對待,這是實現超聲流量計雙向、等精度測量的重要前提。
(2)直管段長度要求
為了降低不良流態對測量結果的影響,在流量計上下游安裝一定長度的直管段就是一種常見的基本手段。從準確計量的角度來看,上下游直管段長度越長改善流量計測量性能的效果就越明顯。但是,測量現場往往由于受場地征用(特別是海上作業平臺)、材料供應以及建設施工成本等諸多客觀因素的限制,又期望該長度越短越好。因此,兼顧這兩方面的愿望并提出最低限度的直管段長度要求也是GB/T18604—2001標準的主要任務之一。
在該種流量計直管段的配置長度上, AGA·NO·9號報告提出:“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。”
為了體現標準具有可操作性這一特點,根據上述標準或報告的建議,結合國內生產現場的實際情況,同時參考了部分超聲流量計生產廠商的意見,在標準中嘗試性地給出了一個有關超聲流量計上下游直管段長度配置的技術規定或要求,即:在不需安裝整流器的情況下,多聲道超聲流量計上游的最短直管段長度應為10D,下游最短直管段長度應為5D;如果使用整流器,則整流器的安裝位置及相應的配管長度應咨詢生產廠商。
(3)對直管段的質量要求
臺階及凸入物:在超聲流量計上下游所要求的最短直管段長度范圍內(測量管)出現的任何臺階及其它凸入物都將引起被測介質流態的改變,從而增大流量測量的不確定度。但事實上,只要對所用配管進行認真選擇,或者采取對管道內壁進行適當鏜制,或者根據現場的管道條件對制造廠商提出所用超聲流量計必須達到的內徑要求等手段,就可以避免各連接點臺階的出現,從而實現直管段與超聲流量計之間的等徑連接或良好匹配;另外,在施工組裝過程中,采取將連接的內壁焊縫打磨平整或適當擴大法蘭連接的墊片內圈直徑等措施也可以避免凸入物及其它擾動性雜物障礙。因此,對臺階及凸入物的限制既是必要的,也是可行的。②內表面:如果在流量計本體內部及其測量管內壁存在著銹蝕、油污或硫化鐵粉等其它附屬物,一方面可能會改變測量管道的實際內徑,另一方面又可能會增大測量管內壁的平均粗糙度,其次也可能會導致聲波(脈沖信號)在表體內壁反射時出現發散和衰減現象。所有這些因素都有可能對測量結果造成嚴重的影響(ISO/WD17089認為,由此造成的測量偏差有可能超過1%),因此對表體及測量管內表面提出要求和限制也是實現準確計量的基本前提之一。
(4)溫度計安裝
溫度計的安裝應主要考慮如下三點:
①感溫元件應有足夠的長度,以保證被測介質與測溫元件之間有充分的接觸面積;②對流態造成的影響盡可能地小;③在正常的測量過程中不會因氣流沖刷等原因引起感溫元件的折斷或其它機械損傷。
(5)聲學噪聲干擾
超聲流量計是一種以聲學原理為基礎的測量儀表,因此現有的超聲流量計對于噪聲,特別是對來源于被測介質內部由于高速度、大壓差等減壓設備造成的超高頻噪聲,尤為敏感,從而影響到該種流量計的正常運行,為了確保超聲流量計的正常工作,最為有效的方法就是遠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上下游的測量條件,因此也有助于提高測量結果的準確性,尤其是對單聲道超聲流量計而言,其效果可能會更為明顯。但是,如果整流器造型不當,加工質量不高,或者安裝及使用維護不妥,又有可能增大測量偏差而造成事與愿違的后果。因此,在超聲流量計應用現場的設計及安裝過程中,必須具體問題具體分析。也就是說,應當針對所選流量計的種類、上游流態的畸變形式、嚴重程度以及對流量測量準確性要求的高低來決定是否安裝那種形式的整流器。
(7)流量計的安裝方式
從理論上講,氣體超聲流量計可以采用水平、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。但是,在實際的安裝過程中應當主要考慮到以下3個方面的因素:①流量計(特別是其中的超聲換能器)是否便于檢測和維修;②超聲換能器是否易受氣流中雜質和積液的影響;③時至目前,任意安裝方式是否可實現嚴格意義上的完全等精度測量尚未得到充分的實驗驗證。
因此, GB/T18604—2001用氣體超聲流量計測量天然氣流量標準推薦采用水平安裝這種常規方式。
3 現場使用、維護及管理
(1)關于定期檢測
定期檢測是提前預防和及時消除儀表故障的有效手段。如果定期檢測的周期定得太長,那么有些問題就有可能得不到及時發現和處理;如果該周期定得過短,會增加工作量也有可能破壞部分機械及電子元件的原始性能(如密封性),因此,應根據具體情況來確定合理的定期檢測的周期。
至于定期檢測的內容及方法則應根據GB/T18604—2001用氣體超聲流量計測量天然氣流量這個標準中第8·3~9·2款的要求進行。部分生產現場由于難以將流量計從工藝管線上進行拆、裝,對這種情況下的零流量測試檢查,可以在完全關斷上下游閥門的情況下進行。但是又必須同時保證:①所用閥門必須具備靈活的啟閉特性和良好的關斷性能。關斷后的上下游閥門之間不得出現任何內漏和外漏現象;②為避免表體及管道內部流體的對流現象發生,介質溫度與環境溫度之差不宜過大,否則應采取隔熱或保溫措施;③在整修測試過程中,壓力及溫度應當保持穩定,并且其測量相對不確定度應當控制在urel(p)≤0·1%、urel(t)≤0·2%;④附近管道由于氣體流動或其它機械振動對零流量測試檢查所帶來的負面影響應盡可能控制在較小的范圍。
(2)檢測報告
現場檢查或測試的最終目的是要讓超聲流量計的管理者或使用者對該種設備的運行情況及性能有一個全過程、全方位的全面了解和認識。因此根據現場檢查測試的具體情況出具正式的書面報告也就很有必要。報告的具體格式和內容一方面可參考GB/T18604—2001用氣體超聲流量計測量天然氣流量這個標準第9·2款的要求,另一方面也可根據實際情況自行設計或作適當增刪。
以上材料結合GB/T18604用氣體超聲流量計測量天然氣流量中對氣體超聲流量計的安裝環境、管理配置、現場使用維護及管理等方面的一些看法,以便今后在天然氣計量方面提供點有用的建議。
1 安裝環境
(1)環境溫度
根據AGA·NO·9號報告的要求及現有材料、設備的加工制造水平,本標準對氣體超聲流量計提出了-25℃~+55℃的使用環境溫度要求。
在某些特殊情況下,為預防外界環境溫度對測量結果造成的附加影響,建議對儀表及其上下游的測量管加裝遮雨防曬設施或者采取必要的隔熱保溫措施。
(2)振動
超聲流量計雖然在出廠前都經過了嚴格的機械振動試驗,但是作為一種精密的測量儀表,使用時應遠離或消除振動源。
(3)電氣噪聲
超聲流量計作為一種以微電技術為基礎的高精度測量設備,在設計和安裝時有可能由于疏忽將其置于電磁場合電子干擾環境之中,儀表測量的準確性及工作的可靠性就可能因此受到影響。
2 管道配置
(1)對雙向流測量場合的管道配置
所謂“雙向流測量”就是指使用同一套流量計實現被測介質正輸和反輸時的流量測量。也就是說,這個時期正輸時的儀表上游就是下個時期返輸時的儀表下游。地下儲氣庫或者目前大中型城市通常用作調峰手段的儲氣罐就需要這種具有雙向測量功能的計量儀表。這正是超聲流量計獨到的特點。因此,當超聲流量計應用于雙向流測量場合就必須將其“下游”按“上游”的要求進行同等對待,這是實現超聲流量計雙向、等精度測量的重要前提。
(2)直管段長度要求
為了降低不良流態對測量結果的影響,在流量計上下游安裝一定長度的直管段就是一種常見的基本手段。從準確計量的角度來看,上下游直管段長度越長改善流量計測量性能的效果就越明顯。但是,測量現場往往由于受場地征用(特別是海上作業平臺)、材料供應以及建設施工成本等諸多客觀因素的限制,又期望該長度越短越好。因此,兼顧這兩方面的愿望并提出最低限度的直管段長度要求也是GB/T18604—2001標準的主要任務之一。
在該種流量計直管段的配置長度上, AGA·NO·9號報告提出:“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。”
為了體現標準具有可操作性這一特點,根據上述標準或報告的建議,結合國內生產現場的實際情況,同時參考了部分超聲流量計生產廠商的意見,在標準中嘗試性地給出了一個有關超聲流量計上下游直管段長度配置的技術規定或要求,即:在不需安裝整流器的情況下,多聲道超聲流量計上游的最短直管段長度應為10D,下游最短直管段長度應為5D;如果使用整流器,則整流器的安裝位置及相應的配管長度應咨詢生產廠商。
(3)對直管段的質量要求
臺階及凸入物:在超聲流量計上下游所要求的最短直管段長度范圍內(測量管)出現的任何臺階及其它凸入物都將引起被測介質流態的改變,從而增大流量測量的不確定度。但事實上,只要對所用配管進行認真選擇,或者采取對管道內壁進行適當鏜制,或者根據現場的管道條件對制造廠商提出所用超聲流量計必須達到的內徑要求等手段,就可以避免各連接點臺階的出現,從而實現直管段與超聲流量計之間的等徑連接或良好匹配;另外,在施工組裝過程中,采取將連接的內壁焊縫打磨平整或適當擴大法蘭連接的墊片內圈直徑等措施也可以避免凸入物及其它擾動性雜物障礙。因此,對臺階及凸入物的限制既是必要的,也是可行的。②內表面:如果在流量計本體內部及其測量管內壁存在著銹蝕、油污或硫化鐵粉等其它附屬物,一方面可能會改變測量管道的實際內徑,另一方面又可能會增大測量管內壁的平均粗糙度,其次也可能會導致聲波(脈沖信號)在表體內壁反射時出現發散和衰減現象。所有這些因素都有可能對測量結果造成嚴重的影響(ISO/WD17089認為,由此造成的測量偏差有可能超過1%),因此對表體及測量管內表面提出要求和限制也是實現準確計量的基本前提之一。
(4)溫度計安裝
溫度計的安裝應主要考慮如下三點:
①感溫元件應有足夠的長度,以保證被測介質與測溫元件之間有充分的接觸面積;②對流態造成的影響盡可能地小;③在正常的測量過程中不會因氣流沖刷等原因引起感溫元件的折斷或其它機械損傷。
(5)聲學噪聲干擾
超聲流量計是一種以聲學原理為基礎的測量儀表,因此現有的超聲流量計對于噪聲,特別是對來源于被測介質內部由于高速度、大壓差等減壓設備造成的超高頻噪聲,尤為敏感,從而影響到該種流量計的正常運行,為了確保超聲流量計的正常工作,最為有效的方法就是遠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上下游的測量條件,因此也有助于提高測量結果的準確性,尤其是對單聲道超聲流量計而言,其效果可能會更為明顯。但是,如果整流器造型不當,加工質量不高,或者安裝及使用維護不妥,又有可能增大測量偏差而造成事與愿違的后果。因此,在超聲流量計應用現場的設計及安裝過程中,必須具體問題具體分析。也就是說,應當針對所選流量計的種類、上游流態的畸變形式、嚴重程度以及對流量測量準確性要求的高低來決定是否安裝那種形式的整流器。
(7)流量計的安裝方式
從理論上講,氣體超聲流量計可以采用水平、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。但是,在實際的安裝過程中應當主要考慮到以下3個方面的因素:①流量計(特別是其中的超聲換能器)是否便于檢測和維修;②超聲換能器是否易受氣流中雜質和積液的影響;③時至目前,任意安裝方式是否可實現嚴格意義上的完全等精度測量尚未得到充分的實驗驗證。
因此, GB/T18604—2001用氣體超聲流量計測量天然氣流量標準推薦采用水平安裝這種常規方式。
3 現場使用、維護及管理
(1)關于定期檢測
定期檢測是提前預防和及時消除儀表故障的有效手段。如果定期檢測的周期定得太長,那么有些問題就有可能得不到及時發現和處理;如果該周期定得過短,會增加工作量也有可能破壞部分機械及電子元件的原始性能(如密封性),因此,應根據具體情況來確定合理的定期檢測的周期。
至于定期檢測的內容及方法則應根據GB/T18604—2001用氣體超聲流量計測量天然氣流量這個標準中第8·3~9·2款的要求進行。部分生產現場由于難以將流量計從工藝管線上進行拆、裝,對這種情況下的零流量測試檢查,可以在完全關斷上下游閥門的情況下進行。但是又必須同時保證:①所用閥門必須具備靈活的啟閉特性和良好的關斷性能。關斷后的上下游閥門之間不得出現任何內漏和外漏現象;②為避免表體及管道內部流體的對流現象發生,介質溫度與環境溫度之差不宜過大,否則應采取隔熱或保溫措施;③在整修測試過程中,壓力及溫度應當保持穩定,并且其測量相對不確定度應當控制在urel(p)≤0·1%、urel(t)≤0·2%;④附近管道由于氣體流動或其它機械振動對零流量測試檢查所帶來的負面影響應盡可能控制在較小的范圍。
(2)檢測報告
現場檢查或測試的最終目的是要讓超聲流量計的管理者或使用者對該種設備的運行情況及性能有一個全過程、全方位的全面了解和認識。因此根據現場檢查測試的具體情況出具正式的書面報告也就很有必要。報告的具體格式和內容一方面可參考GB/T18604—2001用氣體超聲流量計測量天然氣流量這個標準第9·2款的要求,另一方面也可根據實際情況自行設計或作適當增刪。
以上材料結合GB/T18604用氣體超聲流量計測量天然氣流量中對氣體超聲流量計的安裝環境、管理配置、現場使用維護及管理等方面的一些看法,以便今后在天然氣計量方面提供點有用的建議。
