對超聲流量計性能的工業(yè)研究評估
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超聲流量計是通過測量超聲波脈沖在流體中的傳播時間導(dǎo)出氣體體積流量的。對于1臺超聲流量計，由于確定流量準(zhǔn)確度是流量計設(shè)計和計算方法、上游管道要求的函數(shù)，這不同于許多傳統(tǒng)的測量方法。
舉例，孔板流量計測量流量，對已確定的流出系數(shù)的準(zhǔn)確度之內(nèi)，要求對稱，無旋渦流。為了得到已公布的流量測量的性能，AGA 3號報告建議了最小的直管段長度、管徑的變化、孔板流量計上游的安裝要求。當(dāng)孔板流量計規(guī)格（β比）增加，由于減少了流量堵塞，使孔板對速度剖面的整型作用也減小了，其對流體干擾的敏感度也增加了。
渦輪流量計因流體對轉(zhuǎn)子的作用也改進(jìn)了流動剖面。由于進(jìn)口流動剖面的改進(jìn)，使渦輪流量計的性能也得到了改進(jìn)。由于渦輪流量計對速度剖面的非對稱性敏感，為此，AGA7號報告要求渦輪流量計使用整流器以消除進(jìn)口的流動旋渦。
由于超聲波流量計基本上沒有影響人口流動的障礙物，流量計不會改變流動剖面，這種流量計根據(jù)流量計取得的流動樣，依據(jù)可靠的計算方法準(zhǔn)確地確定流量。
在多聲道超聲流量計的設(shè)計中，制造者嘗試對流量計進(jìn)行優(yōu)化以降低它們對流動干擾的敏感。如果流量計可以對所有的流動干擾做修正補(bǔ)償，那么，就可以不用整流器了。然而，由于有少量已發(fā)表的有關(guān)整流器如何影響多聲道超聲流量計性能的資料，對整流器與超聲流量計聯(lián)合應(yīng)用仍有興趣。根據(jù)其它型式的流量計的應(yīng)用經(jīng)驗，整流器意味著潛在的效益。
作為一個替代多聲道流量計的有效益的方案，與價格便宜的單聲道超聲波流量計一起使用整流器也是有意義的。另外，有少量可靠的試驗數(shù)據(jù)證實了使用整流器的單聲道流量計的性能。
這些結(jié)果得自第一部分試驗，這些試驗試圖確定8in單聲道和多聲道超聲流量計以不同配管安裝和當(dāng)與1臺整流器聯(lián)合使用的實用經(jīng)驗。這個試驗是在試驗流量計上游設(shè)置一個彎管或兩個彎管，并且在流量計加裝或不裝整流器的情況下運(yùn)行的。
進(jìn)一步的試驗是打算評估雙向流量計測量性能和流量低于流量計能力1%時的流量測量準(zhǔn)確度。在流體可以是雙向流動的地方，如地下儲氣設(shè)施，計劃安裝超聲流量計的人們對雙向測量性能是關(guān)注的。
對于一個計量站的安裝，需要確定流量計的數(shù)量和口徑，因為量程比的原因，低流量的測量性能也應(yīng)關(guān)注。
二、試驗方法
流量計安裝在高壓環(huán)路（HPL）的測試管段上，試驗介質(zhì)為輸送級的天然氣。同時收集超聲流量計和HPL上的臨界流噴嘴組上的數(shù)據(jù)，它們作為流量標(biāo)準(zhǔn)。
在不同的壓力下，5個雙加權(quán)的音速噴嘴相對于HPL稱重罐系統(tǒng)進(jìn)行現(xiàn)場校準(zhǔn)。所有的校準(zhǔn)，由1臺在線氣相色譜儀和 AGA 8號報告狀態(tài)方程確定氣體性質(zhì)。
與HPL的參比壓力相關(guān)的靜壓，在1臺流量計下游兩倍管徑處測量。氣體溫度在每臺流量計下游三倍管徑處測量。測量的溫度和壓力與測得的氣體組分和超聲流量計測出的氣體體積一起被用于計算超聲流量計的質(zhì)量流量，這個質(zhì)量流量再用來與臨界流噴嘴確定的流量進(jìn)行比較。
根據(jù)制造廠選用的方案，超聲流量計可以用不同的方法得到體積流量。流量計M3和M4內(nèi)部的校準(zhǔn)方法用來計算總的氣體體積和運(yùn)行期間的時間。然后根據(jù)總的量計算平均流量。
流量計M1和M2報告（測量）實際流量，每秒提供一次流量值，確定平均體積流量。單個通道的狀態(tài)、速度和聲速數(shù)據(jù)也被記錄。
典型的測試系統(tǒng)由通過流動環(huán)道的可循環(huán)氣體構(gòu)成，并達(dá)到氣體溫度和壓力穩(wěn)定，選擇和切換不同的音速噴嘴組合確定穩(wěn)定的流量。一個測試點(diǎn)由流量和其它度量90s周期內(nèi)計算的平均值組成。一個測試點(diǎn)要重復(fù)6次以計算平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差。測量數(shù)據(jù)同時也由2臺渦輪流量計采集。渦輪流量計的數(shù)據(jù)確認(rèn)實驗的一致性。
用于本次試驗的4臺流量計由制造廠提供，它們都是可商業(yè)化的。在本項目試驗前沒有做過流量校準(zhǔn)。4臺流量計有2臺多聲道的，有2臺單聲道的。表1給出了流量計聲道布置情況。
表1 測試流詛計幾何參數(shù) 
三、基本測試安裝
基本測試的管線安裝示于圖1。所有的配管由8in內(nèi)徑的40號碳鋼管（7.981in內(nèi)徑）制成，內(nèi)部焊縫磨光。測試的流量計安裝在90°長徑彎頭下游40D（D＝8in）、59D、97D處。彎頭的上游安裝一個 12in×16in×10in的Sprenkle流束整流器，整流器之后是一個 10in×8in的同心大小頭和43D 8in直管段直到彎頭。每臺流量計可在四個軸向位置中的兩個進(jìn)行測試（見表2）。
表2 流量計在基準(zhǔn)條件下的測試位置 
圖1 基本流量測試的管線安裝
四、基本測試結(jié)果
2臺多聲道流量計（M1和M3）在基準(zhǔn)安裝條件下的測試性能示于圖2和圖3。結(jié)果以百分誤差表示（相對于 MRFHPL臨界流噴嘴），其作為通過流量計的平均流速的函數(shù)。一個點(diǎn)代表了每個流量下6個重復(fù)測量的平均值，誤差帶表示95%置信水平。
對于流量計M1，在速度大于10ft/s時，所有的數(shù)據(jù)均落于0.4%范圍之內(nèi)，與速度無關(guān)（見圖2）。 在流速低于10 ft/s時，誤差曲線向上偏轉(zhuǎn)，這可能是一個正向的零偏差或者修正算法的偏離引起的，這不能完全認(rèn)為是低流量下的速度剖面不同所造成的，或許是兩種影響的合成。
檢查流量計的零流量，指示出零點(diǎn)飄移量為0.01ft/s。如果去掉零飄移，向上的偏轉(zhuǎn)將會被拉平，由于最小的速度點(diǎn)（2.8ft/s）飄移為0.35%而在5.6ft/s的點(diǎn)飄移為0.18%。無論如何，這說明不能認(rèn)為曲線向上偏轉(zhuǎn)完全是零點(diǎn)飄移引起的。
圖2 多聲道流量計M1的基本流量測量結(jié)果
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