本文介紹了1010GCN外夾式氣體超聲波流量計(jì)的原理，采用該流量計(jì)對(duì)普光氣田凈化廠聯(lián)合裝置上的均速管流量計(jì)進(jìn)行比對(duì)測(cè)試過程中測(cè)量點(diǎn)的選擇、管道參數(shù)的測(cè)量、氣體組份及壓縮因子的計(jì)算、換能器安裝及比對(duì)測(cè)試的方法等，并針對(duì)比對(duì)測(cè)試中易出現(xiàn)的問題及對(duì)策進(jìn)行了探討，為外夾式氣體超聲波流量計(jì)在普光氣田的應(yīng)用積累了經(jīng)驗(yàn)。
　　普光氣田是迄今為止國內(nèi)發(fā)現(xiàn)的規(guī)模最大的特大型整裝海相酸性氣田，作為普光氣田開發(fā)的大型配套工程，凈化廠年處理酸氣能力120億立方米，年產(chǎn)凈化氣90億立方米。凈化廠聯(lián)合裝置的原料氣和產(chǎn)品氣計(jì)量采用了均速管流量計(jì)，為保證計(jì)量準(zhǔn)確性，應(yīng)定期對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)。由于均速管流量計(jì)是一種插入式流量計(jì)，拆表外送檢驗(yàn)，從技術(shù)上和實(shí)際操作上難度很大，從而難以進(jìn)行周期檢定。為解決這一問題，近年來，中原油田分公司技術(shù)監(jiān)測(cè)中心采用1010GCN外夾式氣體超聲波流量計(jì)（以下簡(jiǎn)稱超聲波流量計(jì)）對(duì)普光氣田凈化廠聯(lián)合裝置的均速管流量計(jì)進(jìn)行了比對(duì)測(cè)試，取得了較為滿意的結(jié)果。
　　一、超聲波流量計(jì)原理
　　超聲波流量計(jì)采用數(shù)字式多脈沖 MultiPulse ?時(shí)差技術(shù)。每聲道的兩個(gè)寬束超聲波換能器，互為發(fā)射和接收換能器。超聲波首先由發(fā)射換能器發(fā)出，穿過管壁和介質(zhì)，經(jīng)對(duì)面管壁反射后再次穿過介質(zhì)和管壁被接收換能器接收，完成發(fā)射和接收的過程。1010GCN利用高精度和超穩(wěn)定的數(shù)字相位檢測(cè)回路來測(cè)量每一方向（順流和逆流）的聲波到達(dá)時(shí)間。通過這種檢測(cè)方法，1010GCN 氣體流量計(jì)能夠分辨±100ps內(nèi)的相關(guān)聯(lián)聲波的傳輸時(shí)間差。利用聲波在流體中順流傳播和逆流傳播的時(shí)間差與流體流速成正比這一原理來測(cè)量流體流速，根據(jù)管道截面積計(jì)算出流體工況下體積流量。
　　由于氣體的可壓縮性，所以通常使用標(biāo)準(zhǔn)體積單位來表示體積流量。這就需要1010GCN流量計(jì)對(duì)工況體積動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積。因此，流量計(jì)需要輸入工況操作溫度和壓力流量計(jì)，可以通過輸入氣體壓縮因子或是通過內(nèi)置表格使用動(dòng)態(tài)AGA8號(hào)報(bào)告補(bǔ)償來修正標(biāo)準(zhǔn)體積。
　　二、現(xiàn)場(chǎng)比對(duì)測(cè)試操作
　　1010GCN外夾式氣體超聲波流量計(jì)，體積小，功能齊全，操作簡(jiǎn)便，測(cè)量精度1.0％，其多組換能器適用大多數(shù)金屬管，適用管徑范圍為50—700 mm，管壁厚度為2.0—31.8 mm，被測(cè)介質(zhì)壓力不低于0.7MPa。為了降低在線檢測(cè)比對(duì)的誤差，應(yīng)精心操作，遵循以下操作步驟，盡量減少人為因素造成的測(cè)量誤差。
　　（一）測(cè)量點(diǎn)的選擇與管道參數(shù)的測(cè)量
　　正確選擇測(cè)量點(diǎn)，準(zhǔn)確地測(cè)量管道參數(shù)，是減少附加比對(duì)測(cè)試誤差的前提條件。為此必須做到以下兩點(diǎn)：一是測(cè)量點(diǎn)應(yīng)選擇在管道上游10倍以上、下游5倍以上管徑長度的直管段上，測(cè)量點(diǎn)處應(yīng)無焊縫、無振動(dòng)及無電磁干擾源等；二是由被測(cè)單位提供測(cè)試管道設(shè)計(jì)參數(shù)，現(xiàn)場(chǎng)用卡尺或鋼卷尺和超聲波測(cè)厚儀對(duì)管道外徑及壁厚進(jìn)行復(fù)核，為減小誤差，管道外徑及壁厚應(yīng)進(jìn)行多點(diǎn)測(cè)量后取其平均值。
　　（二）安裝換能器
　　將管道外經(jīng)、壁厚和管道材質(zhì)數(shù)據(jù)輸入流量計(jì)主機(jī)。主機(jī)根據(jù)輸入的管道參數(shù)，推薦出所安裝換能器的型號(hào)、安裝方式和安裝間距。氣體超聲波流量計(jì)與液體超聲波流量計(jì)相比，測(cè)量信號(hào)更容易受到噪音信號(hào)干擾，如果信噪比在10:1以下，就無法準(zhǔn)確測(cè)量。因此在將換能器固定在管道上前，為減小管道噪音信號(hào)對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，應(yīng)在管道外壁粘貼CC129A型氣體耦合劑薄膜，貼時(shí)應(yīng)盡量減少氣泡的產(chǎn)生，如產(chǎn)生氣泡應(yīng)將氣泡弄破，釋放出氣體。
　　（三）氣體參數(shù)的設(shè)置
　　由凈化廠提供氣體的組分、比熱率、粘度和被測(cè)點(diǎn)氣體的溫度、壓力等可靠數(shù)據(jù)。組份用于計(jì)算氣體壓縮因子，比熱率用于計(jì)算氣體的平均比重，粘度用于進(jìn)行流態(tài)補(bǔ)償計(jì)算。1010GCN流量計(jì)可以通過輸入固定的壓縮因子或是通過內(nèi)置表格使用動(dòng)態(tài)AGA8號(hào)報(bào)告補(bǔ)償來修正標(biāo)準(zhǔn)體積。現(xiàn)場(chǎng)溫度、壓力如果變化不大時(shí)，可以輸入固定值，如果變化較大，1010GCN流量計(jì)提供了4個(gè)模擬信號(hào)輸入通道，可以對(duì)溫度、壓力模擬信號(hào)定義后，實(shí)時(shí)采集溫度、壓力信號(hào)，將工況條件下的體積流量轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)條件（P=101.325kPa，t=20℃）下的體積流量。
　　（四） 在線測(cè)試數(shù)據(jù)比對(duì)
　　所有參數(shù)設(shè)置安裝完成后就可以進(jìn)行流量測(cè)量。為便于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)和中控室DCS系統(tǒng)的流量數(shù)據(jù)進(jìn)行在線比對(duì)，將超聲波流量計(jì)主機(jī)時(shí)鐘按照中控室DCS系統(tǒng)時(shí)鐘進(jìn)行校準(zhǔn)，由流量計(jì)主機(jī)自動(dòng)記錄測(cè)試時(shí)間和測(cè)試結(jié)果。
　　我們選用的1010GCN外夾式氣體超聲波流量計(jì)經(jīng)過了國家石油天然氣大流量計(jì)量站南京分站的實(shí)流檢定，準(zhǔn)確度等級(jí)達(dá)到了1.0級(jí)。為進(jìn)一步驗(yàn)證其現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)精度，我們首先在普光分公司外輸天然氣計(jì)量撬管線上進(jìn)行了測(cè)試，與外輸超聲波流量計(jì)進(jìn)行了比對(duì)，數(shù)據(jù)見表1。
　　表1： 凈化廠外輸計(jì)量撬流量比對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)

　　從表中數(shù)據(jù)可以看出，兩次測(cè)量的相對(duì)誤差均未超出±1.0%的范圍，說明選用的1010GCN外夾式氣體超聲波流量計(jì)精度符合現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試要求。利用該流量計(jì)先后對(duì)凈化廠的六套聯(lián)合裝置的原料氣和產(chǎn)品氣共18個(gè)流量測(cè)量點(diǎn)的均速管流量計(jì)進(jìn)行了在線比對(duì)測(cè)試，數(shù)據(jù)見表2。
　　表2： 凈化廠聯(lián)合裝置均速管流量計(jì)比對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)

　　對(duì)表2測(cè)試結(jié)果進(jìn)行分析，18臺(tái)均速管流量計(jì)中誤差最大的是六聯(lián)合一列的原料氣，相對(duì)誤差為-51.22%；誤差最小的是三聯(lián)合一列原料氣，相對(duì)誤差為0.27%，有15臺(tái)均速管流量計(jì)誤差超過了±3.0%，說明該種流量計(jì)在長時(shí)間運(yùn)行后其計(jì)量精度降低，不適用普光氣田凈化廠天然氣流量計(jì)量。
　　三、結(jié)論
　　利用1010GCN外夾式氣體超聲波流量計(jì)對(duì)普光氣田凈化廠聯(lián)合裝置流量計(jì)量系統(tǒng)進(jìn)行在線比對(duì)測(cè)試，可以給出每臺(tái)均速管流量計(jì)的修正系數(shù)，滿足了生產(chǎn)計(jì)量的需要。為進(jìn)一步提高1010GCN的在線測(cè)量精度，在使用中需要注意以下幾點(diǎn)：
　　①不同型號(hào)的1010GCN換能器所適用的管道外徑、壁厚和被測(cè)介質(zhì)最低壓力等數(shù)據(jù)是不同的，要確保提供的參數(shù)在其適用范圍內(nèi)；另外，管道外徑與壁厚比為15：1或更大時(shí)性能最佳，小到5：1時(shí)測(cè)量效果會(huì)變差。
　　②測(cè)試中現(xiàn)場(chǎng)提供的溫度、壓力數(shù)據(jù)在測(cè)量過程中是否穩(wěn)定，影響到最終的測(cè)量精度。根據(jù)氣體狀態(tài)方程可以估算出，溫度相差1℃，流量測(cè)量結(jié)果會(huì)相差0.3%左右，壓力相差0.1 MPa，流量測(cè)量結(jié)果會(huì)相差1.3%左右。
　　③信噪比大小對(duì)測(cè)量結(jié)果有較大影響，如果信噪比在10:1以下，就無法得到準(zhǔn)確測(cè)量數(shù)據(jù)。本次測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)主要有兩種測(cè)試環(huán)境：一是碳鋼管線中脫水后的凈化天然氣，二是不銹鋼管線中含H2S和CO2濃度較高的酸性原料氣。在這兩種現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量環(huán)境中，碳鋼管線凈化天然氣信噪比可以達(dá)到35:1以上，現(xiàn)場(chǎng)最好測(cè)量；另外一種測(cè)試環(huán)境現(xiàn)場(chǎng)信噪比較低。為抑制管道中噪音信號(hào)，提高信噪比，需要在測(cè)量管道外壁粘貼CC129A型氣體耦合劑薄膜。
　　④ 換能器的安裝條件及安裝精度影響最終的測(cè)量結(jié)果。安裝換能器時(shí)，管道外表面應(yīng)去除保溫層、去漆，銹跡應(yīng)砂平，涂勻耦合劑，不能有空隙，否則聲波會(huì)在固、氣界面上發(fā)生折射，無法傳到被測(cè)流體。為確保流體所需的流速分布，換能器前后要有足夠長的直管段。一般情況下要求前直管段10D以上，后直管段5D以上，而且上游30D內(nèi)不能安裝有泵、閥等擾動(dòng)設(shè)備。換能器安裝時(shí)應(yīng)避開管道的焊縫及連接處，安裝在傾斜和水平管道上時(shí)，不要安裝在上部或底部，應(yīng)安裝在管道截面九點(diǎn)至十點(diǎn)方位，正確貼住管壁使超聲波傳播途徑通過管道中心。