天然气流量计量仪表故障诊断与处理

杨健

摘要:时差式超声波流量计是目前在天然气流量测量中广泛使用的一种流量测量工具,其优点是可以在不破坏流场的情况下测量流量、便于在线安装、测量准确、智能化、人机界面比较好、安装简便、便于实现网络化,信号易于远程传输等特点。然而超声波流量计是通过测量管道中液体的流速从而计算出流量的,只有管道中的液体处于均匀、稳定的状态下,才能保证测量的准确度。这样的特性导致了流量计在应用过程中会受到各种因素影响而产生相应故障,进而影响计量结果,需要及时进行故障诊断与排除。基于此,本文在阐述超声波流量计的优点以及测量原理基础上,详细分析了超声波流量计在使用时出现各种故障的原因以及相应的解决办法,从而更好的使用这种流量仪表提供一定经验参考。

关键词:天然气计量仪表;故障诊断;故障排除

0前言

   天然气管道流量计量过程中流量计的应用至关重要，目前在用的天然气流量计主要有三大类，分别是继孔板流量计、涡轮流量计和超声波流量计，这其中的超声波流量计已经成为国内大型高压天然气管道中流量计量的首选。具有安装简单、精准测量、智能网络化操作、信号参数易于传输等诸多优势，并且其可以在不破坏天然气管道流场的情况下进行有效测量。然而超声波流量计在实际应用过程中受到安装环境、安装方式、管道内流体性质、管道流体运行状态、管道运行环境、人为操作等多方面影响，计量故障问题不可避免。这就要求必须针对超声波流量计的工作流程进行全节点的评价，从而有效解决测量不准的问题。

1超声波流量计工作原理

   作为当前在国内大口径、长距离、高压管道领域中应用较广泛的一种流量测量工作，超声波流量计是一种利用超声束或超声脉冲在流体中的传输特性速度与相伴,进行流量测量的速度式流量计。其工作原理是：利用超声波脉冲顺介质流和逆介质流的传播时间差既超声波传输方向与介质流体方向相互叠加时,通过测量声波正向传输与反向传输的时间差来测量流量。其工作原理可以用以下的公式进行表达:

V=((C2.tgθ)/2D)*△t

其中 v——流体流动速度 c——声速θ——流体中声线与管道轴心线的夹角

D-管道直径△t——时间差。

2超声波流量计故障诊断与排除

2.1信号没有或信号较差

出现这种情况可能会有以下原因:

（1）耦合剂固化后产生空泡,或探头在安装后由于震动出现位移使之接受不到反射波

出现这种情况时,应首先检查探头部位的耦合剂固化情况,在长期的使用中,发现用于耦合的硅酮密封胶在固化后都有气泡产生,这样就导致声波传输效果不佳,进而导致产生了较差的信号或者是没有信号,探头工作面与管壁之间应保持有足够的耦合剂,不能有空气和固体颗粒,以保证耦合良好,取得了非常好的应用效果。

(2)管道内部腐蚀结垢导致计量结果误差较大

    超声波流量计对于管道的作用主要体现在声波传输中，对于运行时间较长的管道，部分管道内部存在一定程度的腐蚀或者结垢，这时候超声波流量计在检定过程中就会因为声波的折射作用产生偏差，进而导致计量结果不精确。

   对于天然气管道这样特殊内部介质的，需要近期对管道进行防腐除垢等措施，尤其是对于要测量的管段，要尽可能的避免管道内出现结垢问题，这样就为仪表测量准备了良好的外部环境。

(3)被测介质的浊度较高,或者气液两相情况较严重致使声波在传输过程中发现散射或折射,进而影响测量。

解决这种影响测量的因素只有重新选择测量地点把探头移到别的地方或者别的管道上。

(4)测量地点的附近有无线电或者工频干扰

如果在进行管道流量计应用时受到了无线电等发出相关电磁工频等外界环境干扰，就会导致测量结果出现偏差。对于这样情况的解决方法主要有两个，一是在相对较好的环境下尽可能的使检测器和传感器之间的电缆缩短,二是采用双层屏蔽同轴电缆,将管道和转换器同时接地处理。

(5)管道震动较大,影响测量

    对于天然气管道来说，避免出现一定程度的震动是至关重要的，如果在进行测量时，安装的探头处于管道支撑的位置，那么就可以有效减少震动，这样就能取得较好的测量结果。

(6)在管道水平段的上部进行探头安装后，由于流体没有完全充满管道或者管道内上部、下部不一致，这就就会直接影响测量结果。

2.2流量计测量结果不稳定，处于波动状态

(1)在进行天然气管道测量点选择时，如果是管道非直管管，这个上下游的直管段不符合仪表要求，这样就会导致测量误差偏大，如果不把测量位置重新选择的话就会直接导致测量误差的产生且测量值不稳定。

(2)在管道测量位置的选择时，外界干扰因素的存在也是导致测量值波动的一个重要因素，例如管道附近有诸如泵、阀或插入式的温度测量装置等设备，就会产生一个干扰流动因素，同样也会导致测量结果出现波动。

(3)在管道内天然气介质流动时，管道内流体流动状态不稳定，特别是脉动流问题出现时更要通过阻尼设定的方式进行相应时间增加，这样就导致测量值处于一个不稳定的状态。

2.3测量值有错误

   总结分析表明，导致测量值错误较大的因素主要有三个，分别是：

（1）天然气管道实际情况与测量时输入的管道参数不一致，当两者差值超过1%时就会造成测量值超过3%的误差。

（2）天然气管道运行一段周期后，受管道内介质特性影响，天然气管壁会出现一定的垢附着，这样管道中天然气实际通过的流体截面积就变小了，而在流量计量时就需要考虑到这个垢附着参数，如果不加入就会造成测量错误。

（3）如果管道内流体一段时间内流量较小或者管道内部有附着物沉淀，就会出现管道内流体实际截面积缩小的情况，这时候的测量如果不是选择在管道断面较小,流出多,流体截至充满的地方或者直接安装在垂直管道上，就会直接导致测量错误。

3超声波流量计使用过程中注意事项

(1)天然气管道中气体流速是一个非常关键的参数，对于超声波流量计的应用，要尽可能是确保管道内气体流速的工作流速范围应在(2.7~27)m/s之间，过高或者过低的流速都直接应用流量计应用效果。

(2)在进行超声波流量计的安装时需要进行相应的安装环境与设备参数评价，首先是要避免在有噪声源设备的环境下安装，此外，应该高度重视的是对于计量直管段长度的确定要结合上游阻流件的形式来进行。

(3)在气质条件较差的计量场合,应定期清洗超声换能器,清除换能器表面的附着物。

(4)应利刚移动式在线实流检定装置每年对流量计进行一次在线核查;当计量突然出现流量突变或计量输差增大时,原冈无法查明时也可进行在线核奄,确定流量计的运行状态。

(5)如果在进行流量计检定时发现如果流量计出现了超差现象，要解决这个问题不能全靠进行仪表系数修正来避免，因为进行修正仪表系数其具体代表的意义主要是对仪表系统自身所带来的系统误差进行的相关措施，这个仪表系数修正准确来说也是一个误差，但是这个误差具体应用到流量计的超差时需要先进行流量计系统检查，将流量计自身特性及参数误差进行有效排除后再进行线检定,这时候获得的结果可以作为流量计的最终检定数据。

(6)定期对天然气流量计用户界面软件检查流量计各个换能器的工作参数,建立故障预诊断措施。

4结束语

    超声波流量计在实际应用过程中总会受到各种因素的影响而出现相应的问题，如何针对性的避免与解决这些问题很关键。上文所述就是针对超声波流量计应用过程中出现的故障分析及解决方案。由于每一类仪表其在应用过程中都要相应的使用适应性条件，为了尽可能的提高流量计的应用精度与应用周期，现场实际应用过程表明,做好标准化安装与应用的同时并做好日常维护等工作,就能及时掌握计量情况,为全面提升流量计应用水平提高坚实的基础保障。

参考文献：

[1] 程静飞.超声波流量计的运行调试及故障处理[J].中国设备工程.2020,17(02):114-116.

[2] 李晨风. 国内外天然气流量计检定流程及水平比较[J].石油工业技术监督.2021,11（05）:105-106.