近幾年來，我國天然氣行業(yè)發(fā)展突飛猛進(jìn)。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(jì)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)非常先進(jìn)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(jì)損失，給企業(yè)和用戶帶來糾紛。
1 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，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
由公式（1）和（2）推導(dǎo)計算出氣體流速V為
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
為超聲波在液態(tài)水中傳播時間。
逆流時間
由公式（4）、（5）、（6）、（7）計算得氣體實際速度V′為
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
因為超聲波在液態(tài)水傳播時間Δt相對于t1'很小，可認(rèn)為，則有V>V′，這樣引起了計量故障，嚴(yán)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(yán)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(jìn)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(jìn)行干燥。
（3）加強制度管理，減少人為因素影響。加強對超聲波流量計前設(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(jìn)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）定期對流量計進(jìn)行清洗。根據(jù)實際情況，定期取下超聲波換能器進(jìn)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(zhǔn)確。
4 結(jié)語
由于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(jìn)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(zhǔn)備、投產(chǎn)、日常管理、流程的優(yōu)化和設(shè)備改進(jìn)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(xiàn)
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