由于天然氣從油田開采到進入管道輸送,再到交付用戶使用,這一過程是連續不斷的;而且管輸天然氣的輸量非常大,對于西氣東輸設計輸量要達到120億標準立方米,所以天然氣的在線計量顯得格外重要。在眾多類型的流量計中,超聲波流量計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。
從五十年代應用超聲波技術進行計量到現在已經有數十年的歷史了,所基于的計量方法也經歷了聲環法、連續波頻移法、模擬式傳輸時間差法、數字式絕對傳輸時間法。
其中,數字式絕對傳輸時間法經過不斷的改進、發展,技術上已經趨向于成熟,工作原理是利用聲脈沖在管線內部分別向順流和逆流沿斜線方向傳播,測量出各自的傳輸時間,沿順流和逆流方向的時間差值與氣體介質的軸向平均流速有關,通過數值計算技術即可求出氣體介質在管道內的軸向平均流速和流量。
而影響超聲波流量計測量精度的主要因素是現場流動狀態的速度分布和渦流。解決上述問題的主要方法是進行多聲道配置、設計合理的聲道結構、聲道配置方式,努力克服速度分布不對稱、渦流等復雜流態對測量精度的影響。
西氣東輸采用的是四聲道的Daniel3400系列的氣體超聲波流量計。這種流量計提高了二次分析渦流影響的能力,增強了權重因子的自動調整,顯著提升儀表在現場的使用精度。
Daniel3400系列超聲流量計的結構主要分為三大部分:流量計本體、超聲換能器、MarkⅡ電子數據處理單元。流量計本體是用來安裝超聲換能器、MarkⅡ電子數據單元和壓力變送器的裝置;超聲換能器是電信號和聲能相互轉換的裝置;MarkⅡ電子數據處理單元可以對35天以內的計量數據進行存儲,通過2個Modbus RS-232/485multi-drop通訊口進行數據傳輸,計算氣體壓縮因子等等。
這種流量計應用高斯數字求積法來確定各個聲道的位置以及每個聲道的權重因子,但這是以假設流動的速度是按照完全軸對稱形式分布為前提條件的,另外沒有對雷諾數的附加信息加以利用。
根據天然氣流量計量的工作特點,要求盡可能的消除流量計上游局部阻力造成的流態紊亂,和流體介質流速在管道截面的不均勻分布對測量精度的影響,加強計算機技術和新型智能化儀表的研發和應用,努力使西氣東輸的天然氣計量工作取得更大的進展。