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超声波流量计实际应用过程中误差大的原因与排查方法

来源:多钦仪表(上海)有限公司   2021年03月26日 12:00  

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超声波流量计测量误差大的原因误差原因:
根据超声波流量计的计量原理及计算公式以及测量不确定度分析,从误差源的性质和发生原因[2- 3]可以归结为以下几
点:
(1) 超声传播时延估计使用的时间基准误差。
(2)超声的实际传播长度误差。
(3)安装效应导致面平均流速测量误差。
(4)信号失真导致的流场信息获取不准确。


超声波流量计减小误差的方法:
(1) 测量位置应选在探头上游大于10D和下游大于5D,充满液体的直管段处;双弯管和半开阀需要更多直管段;对于外夹式气体系统,建议非常小采用20倍的上游直管段[4]。
(2)测量点选择应尽可能远离泵、阀门等设备,避免干扰。因要尽可能测量平直流体,避免素流带来的测量误差。
(3) 传感器在水平管线上安装时,应与垂直线有非常小20°的夹角。以避免气体在管道顶部聚集时产生的波束干扰[5]。
(4)避免在雷诺数过渡区测量,当1000 <Re< 5000可以获得非常好精度。
(5) 测量点处应无焊缝,无振动及无电磁干扰源等;提供测试管道设计参数,现场用卡尺或钢卷尺和超声波测厚仪对管道外径及壁厚进行复核,为减小误差,管道外径及壁厚应进行多点测量后取其平均值。
(6) 管路管材应均匀密实,易于超声波传播。
(7)必须把待安装换能器的金 属管道表面打磨3倍探头面积,去掉锈迹油漆,使管壁表面光滑平整,露出管道金属的原有表面并保持原有弧度。
(8)气体超声波流量计与液体超声波流量计相比,测量信号更容易受到噪音信号干扰,如果信噪比在10:1 以下,就无法准.确测量[6]。因此在将换能器固定在管道上前,为减小管道噪音信号对测量结果的影响,应在管道外壁粘贴气体耦合剂薄膜,贴时应尽量减少气泡的产生,防止空气、沙尘和锈迹进入;如产生气泡应将气泡弄破,释放出气体。
(9)充分考虑管内硫沉积,结垢和腐蚀等状况,尽可能选择管内无沉积物,无腐蚀的管段进行测量。
(10)夹具应固定在换能器的中心部分,使之不易滑动。


抗噪膜技术应用:
由于四川某气田X集气站管道材质不均匀,造成超声波反射和散射形成杂波而产生噪音,严重影响测量信噪比,导致计量误差大,现场显示数据比实际产气量偏低。抗噪膜(或称阻尼膜)技术能过滤反射波,保留透射波,有效去除噪音,提高信噪比,并且对管壁无影响,是一种提高计量精度的高效方法。
抗噪膜厚度计算抗噪膜的厚度以四分之一超声波波长选择,对应频率采用探头的中间频率为144,谐振频率32/144 =0.222 MHZ,波长λ表达式为:
声速在抗噪膜的数值为1838160 mm/s,可以计算的得到超声波波长为8.28mm那么抗噪膜的厚度按1/4波长来选择,则抗噪膜的厚度为2.07mm。以CC129参数规范,每张抗噪膜的厚度是0.027inches, 换算单位后约为0.69mm,因此在该工况条件下需要使用3张抗噪膜,能够实现有效降低噪音影响。
4.2应用效果
以四川某气田X集气站外输流量为例,安装抗噪膜前信噪比为5:1,瞬时流量为15.2方/天,信噪比低于10:1 的计量要求,并且测得流量与实际不相符。添加3层CC129抗噪膜后信号强度得到增加,信噪比提高至43,外输流量显示为29.5方/天,该气量符合生产实际,图3、图4所示。


结论
超声波流量计利用声波传播速度与流体流速存在矢叠加关系,通过检测声波信号的变化来获取流量信息,能够实现快速、准确计量流量,但由于安装问题、、工况条件等因素使得信号失真,导致计量误差较大。

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