由于天然氣從油田開(kāi)采到進(jìn)入管道輸送,再到交付用戶使用,這一過(guò)程是連續(xù)不斷的;而且管輸天然氣的輸量非常大,對(duì)于西氣東輸設(shè)計(jì)輸量要達(dá)到120億標(biāo)準(zhǔn)立方米,所以天然氣的在線計(jì)量顯得格外重要。在眾多類(lèi)型的流量計(jì)中,超聲波流量計(jì)是比較適合西氣東輸這種大口徑、高壓、大流量的工作條件的。
從五十年代應(yīng)用超聲波技術(shù)進(jìn)行計(jì)量到現(xiàn)在已經(jīng)有數(shù)十年的歷史了,所基于的計(jì)量方法也經(jīng)歷了聲環(huán)法、連續(xù)波頻移法、模擬式傳輸時(shí)間差法、數(shù)字式絕對(duì)傳輸時(shí)間法。
其中,數(shù)字式絕對(duì)傳輸時(shí)間法經(jīng)過(guò)不斷的改進(jìn)、發(fā)展,技術(shù)上已經(jīng)趨向于成熟,工作原理是利用聲脈沖在管線內(nèi)部分別向順流和逆流沿斜線方向傳播,測(cè)量出各自的傳輸時(shí)間,沿順流和逆流方向的時(shí)間差值與氣體介質(zhì)的軸向平均流速有關(guān),通過(guò)數(shù)值計(jì)算技術(shù)即可求出氣體介質(zhì)在管道內(nèi)的軸向平均流速和流量。
而影響超聲波流量計(jì)測(cè)量精度的主要因素是現(xiàn)場(chǎng)流動(dòng)狀態(tài)的速度分布和渦流。解決上述問(wèn)題的主要方法是進(jìn)行多聲道配置、設(shè)計(jì)合理的聲道結(jié)構(gòu)、聲道配置方式,努力克服速度分布不對(duì)稱(chēng)、渦流等復(fù)雜流態(tài)對(duì)測(cè)量精度的影響。
西氣東輸采用的是四聲道的Daniel3400系列的氣體超聲波流量計(jì)。這種流量計(jì)提高了二次分析渦流影響的能力,增強(qiáng)了權(quán)重因子的自動(dòng)調(diào)整,顯著提升儀表在現(xiàn)場(chǎng)的使用精度。
Daniel3400系列超聲流量計(jì)的結(jié)構(gòu)主要分為三大部分:流量計(jì)本體、超聲換能器、MarkⅡ電子數(shù)據(jù)處理單元。流量計(jì)本體是用來(lái)安裝超聲換能器、MarkⅡ電子數(shù)據(jù)單元和壓力變送器的裝置;超聲換能器是電信號(hào)和聲能相互轉(zhuǎn)換的裝置;MarkⅡ電子數(shù)據(jù)處理單元可以對(duì)35天以內(nèi)的計(jì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ),通過(guò)2個(gè)Modbus RS-232/485multi-drop通訊口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,計(jì)算氣體壓縮因子等等。
這種流量計(jì)應(yīng)用高斯數(shù)字求積法來(lái)確定各個(gè)聲道的位置以及每個(gè)聲道的權(quán)重因子,但這是以假設(shè)流動(dòng)的速度是按照完全軸對(duì)稱(chēng)形式分布為前提條件的,另外沒(méi)有對(duì)雷諾數(shù)的附加信息加以利用。
根據(jù)天然氣流量計(jì)量的工作特點(diǎn),要求盡可能的消除流量計(jì)上游局部阻力造成的流態(tài)紊亂,和流體介質(zhì)流速在管道截面的不均勻分布對(duì)測(cè)量精度的影響,加強(qiáng)計(jì)算機(jī)技術(shù)和新型智能化儀表的研發(fā)和應(yīng)用,努力使西氣東輸?shù)奶烊粴庥?jì)量工作取得更大的進(jìn)展。