超声波流量计在元坝气田天然气计量的应用

摘要：元坝气田集气总站原料气管线管径大、压力高，选用了超声波流量计量方式，通过分析超声波流量计计量原理及影响因素，对产生输差的原因进行分析, 同时提出解决输差问题的措施和建议。

目前，国家天然气开发进入高潮期，天然气在国家能源结构所占比例越来越高。天然气流量计量向压力更高、流量更大、准确度更高的方向快速发展，精准天然气计量在气田开发与管理占据重要位置。元坝净化厂是国内建设的第二大高含硫天然气净化厂，是元坝气田开发建设项目的关键核心工程，负责处理元坝气田高含硫化氢天然气，元坝气田年处理原料气能力40亿立方米，年产净化气能力34亿立方米。

1 天然气输差与流量计选型
元坝气田每年天然气产量在20亿立方米左右，0.1%的输差就有200万方天然气计量输差，若输差为1%，带来的计量输差就为2000万方，直接影响企业的经济效益。天然气计量的输差主要来自于流量计的选择、检定单位标定、温度、压力测量误差、PTZ转换标准、操作环境、仪表安装以及运行人员管理等方面的原因。如何选择流量计，我们根据以下4个方面考虑：
（1）仪表性能方面：精确度、重复性、线性度、压力损失、上下限流量；
（2）流体特性方面：压力、温度、密度、粘度、气体压缩系数、混相流、脉动流等；
（3）安装条件方面：管道布置、流动方向、上下游管道长、口径、维护空间、管道振动；
（4）经济因素方面：购置费、安装费、维修费、校验费、使用寿命、运行费（能耗）、备品备件等。根据比对各类流量计优缺点，元坝气田选用气体超声波流量计进行天然气计量。

2 超声波流量计原理
元坝净化厂外输净化气计量采用的是艾默生生产的3400-HA00-451751气体超声波流量计。超声波流量计是时间直通式超声流量计声波由一个探头发射另一个接收，不经管壁反射声波由上游向下游传输的时间，这是由于声波被气流推动小于声波由下游向上游传输的时间。声波被气流反向阻挡声波被气流反向阻挡。这两个时间之差与气流的速度存在某种对于关系。从上下游测得的传输时间可以计算出气流的平均速度和声波的速度。

超声波流量计采用绝对数字时间差法。流量计以测量声波在流动介质中传播的时间与流量的关系为原理。通常认为声波在流体中的实际传播速度是由介质静止状态下声波的传播速度和流体轴向平均流速。

式中：T1:上游传输时间；T2:下游传输时间；L :上下游换能器之间的距离；C：声速；
四通道超声波流量计流体流量推导公式如下：

式中：V ：流体速度；W n ：权重因子；D：管道内径；Q：流体在管道中的工况流量。

3 超声波流量计优点
由于超声波测量是长度与时间二个基本量的结合，其导出量溯源性较好，有可能据此建立流量的基准。
（1）超声波流量计为无流动阻挠测量，故管内无压力损失；测量与流体的物理性能和参数的变化无关。
（2）超声波流量计不管是外夹式安装或是湿式安装，由于其无可动部件，所以对流场基本上没有影响，也没有压力损失，测量可靠性高。
（3）有优良的干扰抑制特性及故障自诊断功能。
（4）非接触测量，无需停产安装，这是在工业用流量仪表中具有的好特优点，适用于管网流动状况评估测定

4 超声波流量计计量输差比对分析：
元坝净化厂外输天然气计量是与油气销售中心川东北输气大队进行外输产品气交接。以2015年全年双方计量交接数据进行比对分析，如图2所示：全年输差率控制在1%以内，双方贸易精准，元坝气田天然气计量交接工作顺利开展。

5 结语
超声波流量计以其好有的特性而迅速得到了广泛的应用，而且技术更新很快，岗位人员掌握气体超声波流量计的工作原理、性能知识对做好天然气计量工作至关重要。做好日常维护保养和故障分析解决，确保外贸计量准确可靠，才能服务于我们的天然气计量。