超声波流量计在陕西省天然气长输管道的使用经验

吉恒洲

陕西省天然气股份有限公司（以下简称陕西天然气）是以天然气长输管网建设运营为核心，集下游分销业务于一体的国有控股上市企业，主要负责陕西全省天然气长输管网的规划、建设、运营和管理。经过30年的不懈努力和长足发展，已成为国内管网里程最长、输气规模最大、市场覆盖最广的省属天然气公司。建成投运长输管道47条，管网总里程达3769公里，年输气规模165亿立方米。

一、超声波流量计在陕西天然气公司的应用现状

外输气量是陕西天然气公司盈利的主要方式，而参与贸易计量的的流量计便是对外输气量影响最为重要的设备之一。以陕西天然气西安分公司为例，目前在用的参与贸易计量的流量计，有孔板流量计、涡轮流量计、旋进漩涡流量计以及超声波流量计。在用数量最多的流量计为涡轮流量计，然而参与在线贸易计量气量最多的为超声波流量计。

目前投产在用的超声波流量计只有24台（西安灞桥分输站6台、西安未央分输站5台、西安临潼分输站4台、商州分输站1台、零口分输站2台、新兴分输站4台、蓝田工业园分输站2台），然而其中西安灞桥分输站和西安未央分输站共11台超声波流量计是为公司的最大的下游用户西安秦华天然气公司进行供气。在2020年西安分公司外销气量为31.41亿方，而西安秦华销气量为20.75亿方;2021年西安分公司的销气量，截止2021年7月31号外销气量为18.51亿方，而对西安秦华的销气量为11.86亿方，可以说是对西安秦华的销气量占整个分公司销气量的2/3，而对西安秦华进行供气主要依靠超声波流量计。

而且在近些年新建的场站中，超声波流量计的应用更为广泛，而在西安分公司辖区范围内已安装到现场，待投产的超声波流量计还有16台（泾河分输清管站4台、通远分输站4台、零口分输站4台、蓝田工业园分输站2台、山阳分输站4台），以上还不包括依然在设计与建设中场站的超声波流量计。超声波流量计的陕西天然气公司应用已经很普遍，对其基础知识的掌握，已经成为场站日常普通员工的必修课。

二、超声波流量计的原理与优势

陕西天然气所用的超声波流量计是一种速度式的流量计，通过时差法来测量流速。当超声波穿过流动的流体时，在同一传播距离内，其沿顺流方向和沿逆流方向的传播速度不同。在较宽的流量（雷诺数）范围内，该时差与被测流体在管道中的体积流量（平均流速）成正比。

超声波流量计相较于其他流量计的优势。与其他的流量计相比较，超声波流量计有其明显的优势。

（1）超声波流量计是一种非接触式测量仪表，无可动部件，也没有阻流件，所以他是在用流量计中唯一一种不会产生压力损失的流量计。相较于差压式孔板流量计，他要求有小孔径产生上下游差压，有阻流件，会产生压力损失，重要设备长期受压，容易受损;相较于涡轮流量计，他要求有气流带动叶轮转动，会消耗气流的动能，叶轮的轴承长期转动，也容易受損;超声波流量计无可动部件，也没有阻流件，不会产生压力损失，各元件使用寿命相对较长。

（2）超声波流量计的量程比较大。根据国家标准《用气体超声流量计测量天然气流量 GB/T 18604—2014》第五章流动范围及流动方向的内容“被测天然气的典型流速范围为0.3m/s-30m/s”，根据流量与流速成正比的关系，也就是说超声波流量计的量程比理论上可以达到100：1。陕西天然气目前在用最多的超声波流量计为丹尼尔超声波流量计，以12"口径（DN300）为例，在厂家的出厂铭牌上所标注的流量范围为7000-279850（ACFH）立方英尺，换算成国标约为198-7924（m3/h）立方米每小时，也就是这个流量计的量程比几乎达到40：1。造成实际量程比和理论量程比出入较大的原因，据和厂家的相关资料了解到，铭牌上最大流量值对应的流速为30m/s，换算后铭牌上最小流量值对应的流速约为0.75m/s，而在流量计的设计理论上流量计的测量的流速向下可以延伸至0.3m/s，向上极限应用可以延伸至38.1m/s。

可以说丹尼尔超声波流量计的所标注的流量范围都是通过优化的，而这样的量程比，也比涡轮流量计、差压式孔板流量计要优良的多。

（3）超声波流量计的精度较高，且稳定性较好。陕西天然气在用较为广泛的丹尼尔超声波流量计在其出厂说明书上所标注的精度绝大部分为0.5%，虽然在国家石油天然气他大流量检定站所出具的检定证书中给定的精度是1.0级，然而仔细查看检定证书，证书中在分界流量（Qt）以上，所给定的示值误差几乎都在0.3%以下，而其重复性也很少有超过0.1%的。这些数据都可以很好的说明超声波流量计的精度和稳定性都非常的好。而对比陕西天然气在用的涡轮流量计的检定报告，包括新流量计在内，90%的流量计都无法达到这么优良的示值误差以及重复性。

以上三点是陕西天然气选用超声波流量计的最为重要的指标。

三、超声波流量计的检定

根据国家标准《用气体超声流量计测量天然气流量 GB/T 18604—2014》中附录B（流量计组件的实流校准）的内容规定，为了保证贸易计量的合法性及有效性，超声波流量计的检定必须送检至国家石油天然气大流量计检定站进行检定，陕西天然气送检过的检定站有成都分站、北京通州分站、北京采育分站、乌鲁木齐分站。无论是哪个检定站，陕西天然气每年都要花费我们很大的时间和精力，而且要劳师动众的送检至外省检定，每年因为超声波流量计的检定问题，从公司机关到分公司办公室再到基层场站，几乎所有和生产相关人员都操碎了心，每年超声波流量计的检定非常的紧张。陕西关中地区在每年的11月15日至次年的3月15日为集中供暖期，也是我们俗称的冬季用气高峰期。而我们经常在当年的11月之前还没有将检定完成的超声波流量计安装到位。可以说检定问题是影响超声波流量计陕西天然气大规模普及使用的最重要的原因，对实际的生产影响较为突出。

但是为什么我们还是要极力推广超声波流量计，而且要大规模的应用呢？因为根据超声波流量计的检定规程（JJG1030-2007）的规定超声波流量计是在线实流高压的环境中进行检定，也就是说检定站需要和天然气场站进行合作，通过实际的天然气，而且选择在流量计经常运行的压力下进行标定，这样的检定数据，相对于涡轮流量计的检定规程（JJG1037-2008）在常压下、通过空气进行标定，更能真实的反应出流量计在实际运行过程中，计量数据的准确性，使计量数据更接近真实数据。尤其是在大口径、大流量的情况下，可以从源头有效的控制输差。据了解，2019年3月底国家石油天然气大流量计量站榆林检定点投产成功，由长庆油田负责建设并运营管理，陕西省境内拥有了天然气实流检定站。且目前全国范围内所拥有了天然气实流检定站以多达十多家，后期超声波流量计的检定应该会较现在有很大的改观。

四、陕西天然气公司超声波流量计的维护经验

陕西天然气西安未央分输站及西安灞桥分输站对西安市秦华天然气公司输气量较大的场站，每年除了公司与丹尼尔超声波流量计厂家签订的年度维护合同中所规定的常规维护外，在这两个场站都会将流量计的探头成对拆下来进行逐层解体，并用棉签沾湿清洁剂对相关部位进行擦洗，去除污垢后，再重新进行安装，来确保探头的精度。并且在年度维护的过程中，这两个场站的流量计通过技术软件的数据与曲线分析，基本上都会出现个别流量计流态不稳，根据工程师经验分析整流盘处有堵塞。随后我们将整流盘取出后进行清理，果然发现有类似方便面袋子或破碎蛇皮袋子之类的堵塞物，从而影响流态，影响计量的精度。需要我们将整流盘清理后进行重新安装。

五、结束语

对于超声波流量计的应用与使用经验，我们需要学习和积累的还有很多，无论是从加强公司日常的计量管理上，还是输差控制上，我们都应该进步，并且近几年，陕西天然气有很多不同品牌的超声波流量计陆续投入使用，所以我们对于超声波流量计知识的掌握还有很大的提升空间。在高压大流量天然气场站计量中，超声波流量计较市场上其他流量计有着明显的优势，在我公司仍有很大的应用市场。而超声波流量计在其他领域内应用也非常广泛，可以测量强腐蚀性介质和非导电介质的流量等。随着技术的进步，超声波流量计应用前景将更为广阔。