简单叙述对超声流量计性能的状况评估

摘 要：在德克萨斯州圣安东尼奥气体研讨院的流量计研讨设备上对单声道和多声道超声流量计进行了试验，树立基准条件并且对在基准设备条件下和其它的管线设备情况下的功用进行鉴定。试验的目的是判定8in单声道和多声道流量计在不同的管线设备条件下，以及与1台流束整流器一起运用时它们的功用怎样。将试验效果与基准条件下的数据进行比较以做出深入的点评。8in的多声道流量计的试验效果标明，整流器具有改进其检测精确度的功用，这取决于流量计的型式和相关于烦扰源的方位。单声道流量计的试验标明，在杰出的流场条件下可以取得优于0.5%的精确度。由设备在上游的一个90o弯头阐清楚流量计对简略的扰流的活络程度。在这些试验中相关于基准试验设备流量检测过失规划在1%～4%。

    一、前 言

    超声流量计是通过检测超声波脉冲在流体中的传达时刻导出气体体积流量的。关于1台超声流量计，由于判定流量精确度是流量计规划和核算方法、上游管道要求的函数，这不同于许多传统的检测方法。

    举例，孔板流量计检测流量，对已判定的流出系数的精确度之内，要求对称，无旋涡流。为了得到已发布的流量检测的功用，AGA 3号陈说主张了最小的直管段长度、管径的改动、孔板流量计上游的设备要求。当孔板流量计标准（β比）增加，由于减少了流量阻塞，使孔板对速度剖面的整型效果也减小了，其对流体烦扰的活络度也增加了。 

    涡轮流量计因流体对转子的效果也改进了活动剖面。由于进口活动剖面的改进，使涡轮流量计的功用也得到了改进。由于涡轮流量计对速度剖面的非对称性活络，为此，AGA7号陈说要求涡轮流量计运用整流器以消除进口的活动旋涡。

    由于超声波流量计底子上没有影响人口活动的障碍物，流量计不会改动活动剖面，这种流量计根据流量计取得的活动样，根据可靠的核算方法精确地判定流量。
 
    在多声道超声流量计的规划中，制造者检验对流量计进行优化以下降它们对活动烦扰的活络。假如流量计可以对全部的活动烦扰做修改补偿，那么，就可以不必整流器了。可是，由于有少数已宣布的有关整流器怎样影响多声道超声流量计功用的资料，对整流器与超声流量计联合运用仍有爱好。根据其它型式的流量计的运用阅历，整流器意味着潜在的效益。

    作为一个代替多声道流量计的有效益的计划，与价格便宜的单声道超声波流量计一起运用整流器也是有意义的。其他，有少数可靠的试验数据证清楚运用整流器的单声道流量计的功用。

    这些效果得自第一部分试验，这些试验企图判定8in单声道和多声道超声流量计以不同配管设备和当与1台整流器联合运用的实用阅历。这个试验是在试验流量计上游设置一个弯管或两个弯管，并且在流量计加装或不装整流器的情况下工作的。

    进一步的试验是计划点评双向流量计检测功用和流量低于流量计才能1%时的流量检测精确度。在流体可以是双向活动的当地，如地下储气设备，计划设备超声流量计的人们对双向检测功用是重视的。
关于一个计量站的设备，需求判定流量计的数量和口径，由于量程比的原因，低流量的检测功用也应重视。

    二、试验方法

    流量计设备在高压环路（HPL）的检验管段上，试验介质为运送级的天然气。一起收集超声流量计和HPL上的临界流喷嘴组上的数据，它们作为流量标准。

    在不同的压力下，5个双加权的音速喷嘴相关于HPL称重罐系统进行现场校准。全部的校准，由1台在线气相色谱仪和 AGA 8号陈说情况方程判定气体性质。

    与HPL的参比压力相关的静压，在1台流量计下贱两倍管径处检测。气体温度在每台流量计下贱三倍管径处检测。检测的温度和压力与测得的气体组分和超声流量计测出的气体体积一起被用于核算超声流量计的质量流量，这个质量流量再用来与临界流喷嘴判定的流量进行比较。

    根据制造厂选用的计划，超声流量计可以用不同的方法得到体积流量。流量计M3和M4内部的校准方法用来核算总的气体体积和工作期间的时刻。然后根据总的量核算均匀流量。

    流量计M1和M2陈说（检测）实践流量，每秒供应一次流量值，判定均匀体积流量。单个通道的情况、速度和声速数据也被记载。

    典型的检验系统由通过活动环道的可循环气体构成，并到达气体温度和压力安稳，选择和切换不同的音速喷嘴组合判定安稳的流量。一个检验点由流量和其它衡量90s周期内核算的均匀值组成。一个检验点要重复6次以核算均匀值和标准过失。检测数据一起也由2台涡轮流量计收集。涡轮流量计的数据承认试验的一起性。

    用于本次试验的4台流量计由制造厂供应，它们都是可商业化的。在本项目试验前没有做过流量校准。4台流量计有2台多声道的，有2台单声道的。表1给出了流量计声道安顿情况。

    表1 检验流诅计几许参数

    全部流量计制造成一起的法兰至法兰尺度（31.5in长度）和内径（在0.005in之内）以便利不同设备方位的流量计交流。制造厂家供应了根据专用程序对机械、电子和其它检测的流量计设定参数。在检验的时分，用与流量计的剖面修改参数由制造厂家检查。有关检验条件的特别参数（用于流量计内部的电子学的流体性质）根据需求每次进行调整。 

    三、底子检验设备

    底子检验的管线设备示于图1。全部的配管由8in内径的40号碳钢管（7.981in内径）制成，内部焊缝磨光。检验的流量计设备在90o长径弯头下贱40D（D＝8in）、59D、97D处。弯头的上游设备一个 12in×16in×10in的Sprenkle流束整流器，整流器之后是一个 10in×8in的同心大小头和43D 8in直管段直到弯头。每台流量计可在四个轴向方位中的两个进行检验（见表2）。

    表2 流量计在基准条件下的检验方位

    对每一台流量计的无缺的检验计划，要求在4个方位上都要进行检验。当流量计以一个轴向设备方位移到另一个方位时，上游和下贱的直管段（分别是10D和5D）应与流量计一起全体拆开，以使衔接流量计上游和下贱的法兰对中。与每一台流量计有关的压力和温度变送器，在流量计方位转换时也应保留在原直管段上以便减少附加过失。

    四、底子检验效果

    2台多声道流量计（M1和M3）在基准设备条件下的检验功用示于图2和图3。效果以百分过失标明（相关于 MRFHPL临界流喷嘴），其作为通过流量计的均匀流速的函数。一个点代表了每个流量下6个重复检测的均匀值，过失带标明95%置信水平。

    关于流量计M1，在速度大于10ft/s时，全部的数据均落于0.4%规划之内，与速度无关（见图2）。 在流速低于10 ft/s时，过失曲线向上偏转，这可能是一个正向的零过失或者修改算法的违背引起的，这不能彻底认为是低流量下的速度剖面不同所构成的，或许是两种影响的组成。

    检查流量计的零流量，指示出零点飘移量为0.01ft/s。假如去掉零飘移，向上的偏转将会被拉平，由于最小的速度点（2.8ft/s）飘移为0.35%而在5.6ft/s的点飘移为0.18%。不管怎样，这说明不能认为曲线向上偏转彻底是零点飘移引起的。

    检查流量较准曲线，显示出当流量计设备在97D处和设备在59D处检测的过失之间有大约0.2%的差值。在97D处的过失比59D处的过失数值大（更向负方向）。类似的检测过失也存在于 400 lb/in2（A）和 900lb/in2（A）的检验情况之中。

    流量计M3的检测过失与流经流量计的速度有关，示于图3。这台流量计检测过失的非线性特征不同于从前在MRF（Grimly）和其它当地（Van Bloemendaal和Van der Kam结束）做过的12in流量计的类似的试验所观察的效果。只要流量计设备在59D处，在压力400 lb/in2（A）情况下收集到的数据，均匀流速还在10ft/s以上时，过失落在0.3%规划之内，当速度增大时过失曲线向下倾斜。

    在59D、400 lb/in2（A）数据组中，单个声道情况信息标明，这是由于被检测的传达时刻不能通过内一起性检查。这可能便是与其它数据组有过失的原因。

    数据，包括可疑的数据组，在速度10 ft/s以上时，坚持在0.5%过失以内，这些数据也标明，当压力从400 lb/in2（A）增到900 lb/in2（A）时流量检测差值为0.2%。当流量计在 59D与 97D处比较，压力在900 lb/in2（A）时的现量效果差值为0.1%。

    关于该差值的可能解说是，在59D今后速度剖面继续发展。通过单个声道速度比的比较，可以看出速度剖面形状改进。表3标明的是流量计M1在最大流量点，中心声道速度（超声声道在管线轴中心线）对外部声道速度的比值。流量计M3的类似的核算值示于表4。由于流量计具有仅有的声道方位，关于不同的流量计型式不应该进行比较。

     可是，2台流量计在59D和97D的试验效果之间存在着一起性的不同。59D试验数据的较小比值阐清楚该处的速度剖面比97D处的速度剖面具有较小的弧度。流量计的照应性的不同也会有一个剖面活络性的效果。对速度剖面进行检测的目的是更好地特性化在基准设备条件下的速度剖面。

    表3 M1中心到外部的速度

    表4 M3中心声道到外部声道的速度比

    单声道流量计M2（见图4）设备在78D处时有大约-1.2%的偏移；设备在40D处有大约-1.8%的偏移，这台流量计的效果说明，在流量检测中的过失值与压力无关，但与轴向方位有关。单声道流量计M4在两个轴向方位和两个操作压力的检验过失曲线标明于图5中。曲线标明有一个0.5%的均匀过失，这也标明，在线压力比90o弯头和流量计之间的间隔对检测效果影响更大。

    过失曲线标清楚速度在10ft/s以下，在400 lb/in2 （A）、78D处的数据大的过失与其它效果的不一起性。一般，单声道流量计的检测数据比多声道流量计检测的数据更涣散。由于这种流量计不具有多声道超声流量计均匀气流的长处，这个涣散是不古怪的。单声道流量计的这一特性在流量低于10ft/s时尤为明显。

    五、 设备对检验的影响

    到现在现已施行的影响检验的设备工艺示于图6。单声道流量计在两个不同的方位1和2（一个单90o长径L形弯管下贱10D和19D）进行检验。多声道流量计在两个平面安顿的弯头下贱，在方位3和4（第二个L形弯管下贱10D和19D处）进行检验。

    检验管线为裸管，在方位3和4上游设备有2台不同的流束整流器。第一台流量计位于整流器出口下贱5D处，这契合AGA 7号陈说对涡轮流量计设备的最低要求。其他，多声道流量计的检验中，两个平面弯头的安顿是与管道成水平方向设置的。由于这种安顿代表着一种设备方法，即弯头供应了一个竖直的偏移，故流量计要旋转90o以坚持其检测声道与活动烦扰的相对正确方位。

六、 设备对检验效果的影响

    这些效果以与基准条件下的检验效果的过失方法陈说出来。

    关于多声道流量计M1和M3，流量计设备在单90o弯管下贱97D处取得的数据效果代表基准条件下的检验效果。单声道流量计M2和M4，流量计设备在90o弯管下贱78D处，取得的效果用于基准条件下的检验效果。基准条件下的检验效果是一个最靠近优化的工艺设备所能得到的效果。

    多声道流量计M1在两个平面弯头下贱10D处检验的效果示于图7。检验效果标明，裸管设备发作的检测过失在底子检测效果的0.5%规划之内，相对过失在0.3%～0.5%量级。相对过失出现在高气体流速情况。流量计设备在第二个弯管下贱10D处，配备有19控制整流器和GFC型整流器的检验效果没有明显的不同。在速度20ft/s以上，两种整流器下降相对过失至少到0.25%。

    关于速度20ft/s以下，全部的效果趋于收敛，这标明流量计要么是对设备安顿发作的速度剖面活络，要么是在这个速度规划内的速度剖面影响没有明显的不同。所计划的速度剖面的测定将有助于解说这些效果，它也将进一步对现已收集的与单一声道速度比有关的数据进行解说。

    设备在两个平面弯头下贱19D的流量计M1的检验效果示于图8。裸管和19控制整流器的效果相对检测过失都约为0.5%。当流量计设备在弯管下贱19D处裸管检测的过失比流量计设备在10D处的过失稍微大一些，在10ft/s速度以上，与GFC一起设备的检测效果与基准条件下的检验效果比较较在0.l%之内。其他，低流速时，检测效果收敛。

    设备在双弯头下贱的多声道流量计M3的检验效果（见图9）标明，关于裸管，当速度大于20ft/s，M3的过失小于0.25%。19控制整流器和GFC整流器效果将裸管的检测效果包括在内，具有-0.30%～25%的差值。相对过失随着活动速度的改动是由在97D、400 lb/in2（A）处基准条件下的检验数据（见图3）的弧度引起的。

    由设备在19D处的流量计M3检验的裸管设备条件下的效果示于图10中，与10D方位的流量计数据比较偏移了大约0.2%，并且在20 ft/s速度以上，仍坚持在底子检验效果的 0.25%之内。除了最高流速以外，19控制整流器的数据靠近一起。关于气流速度45 ft/s以上，GFC发作的检测过失比19控制整流器和裸管更靠近于基准设备条件下的过失。

    由图7至图10的检验效果标明，对多声道超声流量计运用整流器有必定优点，这取决于流量计的型式和方位。上面有些情况相关于基准条件下的检验过失偏移会引起这样的肯定过失，这些肯定过失实践上比基准条件下的效果更靠近于零过失。这个效果是由意外引起的仍是流量计研讨中因不可抱负的速度剖面引起的尚不清楚。

    在一个90o长径弯管下贱10D和19D处设备的单声道流量计的检验效果示于图11。检测效果标明过失偏移相关于设备在90o弯头下贱78D处的基准条件下的检验过失约2%～2.2%。流量计绕轴线旋转90o发作的附加过失偏移为1.3%。

    由于在这一例子中，单声道流量计以其正常方位设备，它的声道与垂直方向成30o，很可能与流量计的设备方位有关。在这种设备中，活动的非对称首要分量在垂直平面内，当流量计旋转90o时，相关于活动烦扰的声道方位发作了改动。
设备在弯头下贱19D的流量计M4除了90o方位外，相关于基准条件下的偏移约为1.5%～2%，效果示于图12。由于检测声道与垂直方向成45o应该是这一原因，这台流量计的检验效果说明与其方位底子无关。在这种情况，尽管当流量计机体的轴中心发作偏转，声道方位相关于活动烦扰仍坚持一起。

    七、结 论

    基准条件下的检验说明，在一个长径90o弯头下贱59D处流体速度剖面没有充分发展，检验的流量计对随后的发展中的速度剖面活络。这标明检验的8in流量计的精确度可以通过流量校准得以改进。

    8in的多声道流量计的检验效果标明，运用整流器对改进检测精确度具有潜在优点。

    单声道流量计检验标明其具有潜能，在流场条件好的情况下，可以取得优于0.5%的检测精确度。通过设备在一个单个的90o弯头下贱10D和19D处的流量计的检验说明流量计对一个简略的扰流的活络度。相关于基准条件下的检验，流量检测过失规划为1%～4%。

    试验检验效果只是一个大的检验计划的开始，对取得的数据和来自这个检验计划其它的试验资料进行更加深人的剖析，将取得有关超声流量计在高压天然气中运用功用的新知道。