随着科学技术的发展，天然气已经在我国得到了广泛应用。在天然气供需贸易过程中，气体计量是一种至关重要的贸易结算依据。而在具体的气体计量工作中，超声波流量计是较为常用的一种计量器具。为实现此项计量器具的良好应用，相关单位与技术人员需要对其应用策略进行深入研究，并结合实际需求，将其合理应用到具体的气体计量工作中。

 

1  超声波流量计及其工作原理

1.1  超声波流量计简介

超声波流量计是一种通过时差法测量气体流量的设备，该设备中包括2个相对的传感器，一个负责超声波发送，另一个负责超声波接收，因每一个传感器都同时具备超声波发送以及接收两种功能，所以可达到更好地超声检测效果。具体应用中，超声波能量会在2个传感器与流体间以一定的角度传递，从而达到精准的气体计量效果[1]。凭借着计量速度快、准确率高、简单便捷等的诸多优势，超声波流量计在当今的气体计量工作中得到了广泛应用，并发挥出了非常好的应用优势。

 

1.2  超声波流量计的工作原理

超声波流量计的计量形式有很多种，其中#为常用的是时差法，该方法可实现天然气的高精度计量[2]。图1是基于时差法的超声波流量计气体计量原理示意图：

具体计量时，需要在天然气管壁两侧安装A和B两个超声换能器（即超声波传感器），并结合实际情况使其具有一定的倾斜角度，以此来确保换能器的工作效果，使其超声波信号发射或接收工作得以同时或定时实现。如图1所示，L代表A和B两个超声波换能器之间的距离，其单位是m；Vm代表管道中的天然气流速，其单位是m/s；φ代表天然气管道中的超声波以及流体流动夹角，其单位是°；D代表被测天然气管道直径，其单位是m[3]。对于管道中天然气的逆流传播时间以及顺流传播时间，超声波流量计可按以下公式进行精准计算：

 

式中，td代表管道中天然气的逆流传播速度，其单位是m/s；C代表流体中的超声波声速，其单位是m/s；tv代表管道中天然气的顺流传播速度，其单位是m/s。

 

通过公式（1）和公式（2）联立，便可进一步计算出管道中的天然气流速，而根据计算出的流速与管道横截面积，便可准确计算出管道中的天然气流量，从而为天然气的贸易交接工作提供重要的技术与数据支持[4]。

 

1.3  检测标准

在通过超声波流量计进行天然气管道的流量检测时，相关单位需要将GB/T13609以及GB/T 13610标准作为依据，通过AGA Report N1.10声速计算软件来进行检测[5]。表1是超声波流量计在天然气计量工作中的气体混合物摩尔分数检测适用范围：

具体检测中，需要将检测温度控制在-8~62℃，检测压力控制在0.2~12MPa。

 

2  气体计量中的超声波流量计主要应用策略

2.1  超声波流量计安装策略

在通过超声波流量计进行气体计量的过程中，流量计的安装是一个shou要环节，只有确保安装质量，才可以充分发挥出其应用效果，满足实际的天然气计量工作需求。就目前的天然气计量来看，超声波流量计的主要安装策略包括以下几个方面：

 

1）在超声波传感器的安装时，其安装位置所在的天然气管路一定要保持在非工作状态，并结合实际情况，可进行断气作业或2条支路的交替切换作业。

2）超声波传感器的安装单元一定要和天然气管路管径尺寸保持一致，通常情况下，两者的尺寸偏差应控制在1%及以内。

3）为有效防止空气或颗粒物等对换能器中的超声波表面造成干扰，在传感单元安装中，应将其与水平方向的夹角尽量控制在45°以内[6]。

4）传感器安装位置的上下游管道一定要具备一定长度的直管段，其中，上游直管段长度应控制在10D及以上，下游直管段长度应控制在5D及以上。

5）超声波流量计应尽量安装在天然气管道中没有阻力的位置，尽量院秒变径、阀门和弯头等的阻力构件，这样才可以有效确保其测量数据的精准性。

6）对于安装换能器的位置以及管道壁反射位置，一定要与焊缝和接口避开。

7）一定要严格按照生产厂家的规定进行换能器安装，尤其是对于垢层和管道衬里位置安装的换能器，安装时，一定要确保其厚度符合规定的标准，且换能器和垢层、管道衬里之间不可存在间隙。

8）安装过程中，工作人员一定结合实际情况，采取合理的方式清理好天然气管道内壁上的锈迹，使流量计的安装位置足够清洁，以免超声波信号受到不良影响。

9）将合适的耦合剂涂抹到超声波换能器工作表面和管式输送机管壁之间，以免进入其他的传播介质，从而使超声波流量计的计量精度得到良好保障。

 

2.2  超声波流量计应用策略

        虽然超声波流量计具有非常高的准确度与可信度，在大流量天然气计量中十分适用。但是在具体应用中，为使其气体计量优势得以充分发挥，相关单位与工作人员一定要将《用气体超声

流量计测量气体流量》GB/T18604—2014标准中的相关规定作为依据，结合实际的天然气计量工作需求，对超声波流量计加以合理应用[7]。就目前来看，在通过超声波流量计进行气体计量的过程中，为有效确保计量精度，满足天然气贸易工作中对于气体测量的实际需求，相关单位与工作人员应采取以下策略：

        shou先是根据被测管道中的天然气流速合理确定超声波流量计的检测范围。通常情况下，天然气管道中的气体流速在0.3~30m/s之间，具体计量时，只有使超声波流量计的计量范围符合这一标准，才可以确保其应用效果，获得足够精准的计量数据。基于此，相关单位与工作人员一定要明确被测管道中的实际天然气流速，并以此为依据来选择和设置超声波流量计的计量范围。通过这样的方式，才可以满足实际的气体计量需求，使超声波流量计在气体计量工作中的应用优势得以充分发挥。

        其次是合理控制噪声对超声波流量计的影响。在超声波流量计的实际应用中，超声波传感器里发出的超声波会将天然气管道中的实际气体情况作为依据，对超声波束产生相应的反射作用。通过这种反射作用的分析之后，超声波流量计便会将相应的数据显示给用户，从而实现检测结果的获取。但是在这一过程中，超声波会从天然气管道中的弯头、整流器以及阀门等很多配件中通过，而这些位置则很容易产生和超声波脉冲频率相同的噪声，从而对超声波的接收结果产生不利影响，严重的情况下甚至会使超声波传感器接收到的数据存在较大误差，从而降低气体计量数据的精度[8]。为有效降低此类噪声对超声波流量计实际测量结果的影响，相关单位与工作人员应尽量选择平直的、没有弯头的管道材料，并将阀门尽可能安装到超声波流量计的计量范围之外。如果这些情况无法避免，则需要选择噪声过滤性能足够强的超声波流量计进行计量。通过这样的方式，才可以让噪声问题对超声波流量计气体计量效果的影响得以有效控制，进一步提升超声波流量计的计量精度。

        #后是防止污垢对计量结果的影响。因为天然气管道在运行过程中不能进行内部清理，所以在长时间应用之后，很多的硫化物、油污以及脏水等污垢都将附着在天然气管道内壁上。在通过超声波流量计进行气体计量的过程中，附着在天然气管道上的污垢便很容易转移到超声波流量计探头上，并逐渐转移至其内部，从而对其计量结果产生较大影响。同时，这样的情况也很容易使超声波流量计的内壁产生反射活动，从而对其使用质量造成危害，严重的情况下甚至会缩短其使用寿命。为避免此种情况的发生，具体计量中，工作人员一定要定期对超声波流量计所在的天然气管道进行清理，通过不同分支管路交替运行的形式来满足实际的天然气传输需求，并使其管道内部附着的污垢得以及时清理。就目前来看，天然气管道的主要清理方法包括清管球法以及气体增压爆破法。具体清洗中，需根据实际情况与实际的清理需求选择合理的清理方法[9]。通过这样的方式，才可以有效防止污垢对超声波计量器的不利影响，在确保其气体计量精度的同时提升其运行的稳定性，并进一步延长其使用寿命。

2.3  超声波流量计维护策略

       在超声波流量计的具体应用中，为进一步确保其应用性能与使用寿命，并得到更加精准的气体计量结果，相关单位与运维技术人员一定要做好此类流量计的维护工作。就目前天然气计量工作中应用的超声波流量计来看，其主要的维护策略包括以下几个方面：

       1）严格按JJG 1030—2007《超声流量计》检定规程中规定的检定周期与检定方法来进行检定，通常情况下，此类流量计的检定周期#长是2年，但实际应用中，考虑到各方面因素的不良影响，相关单位应尽量将其检定周期控制在1年及以内。这样才可以及时发现超声波流量计存在的异常，并使其得到及时处理，以此来确保其应用效果，提升计量精度。

       2）检定中，如果发现超声波流量计的计量误差过大，应及时检查其探头和内部的污垢情况，并及时做好清理工作，以此来降低计量误差。

       3）对于流量计中损坏的部件，应视其实际情况及时做好维修和更换处理，

       4）检修时，技术人员一定要格外注重流量计线缆及其连接接头等的检测，使其供电保持正常。通过这样的方式，才可以使超声波流量计得以良好维护，避免产生故障和误差[10]。

       5）根据GB/T 30500—2014《气体超声流量计使用中检验声速检验法》中的相关检测方法定期自查气体超声波流量计的工作状态，如果发现异常应及时维修。表2为气体超声流量计声速检验法技术要求：

3  结束语

       综上所述，超声波流量计是当今气体计量工作中的一种常用检测仪器，其应用效果将会对气体计量结果的精度与相关工作的开展起到直接的影响作用。基于此，相关单位与技术人员一定要对超声波流量计的工作原理做到充分掌握，并结合实际的气体计量条件及其工作需求，对此种计量器具加以合理应用。这样才可以有效保障其应用效果，延长其使用寿命，并为气体计量与其他相关工作提供足够科学、精准的数据支持。