随着超声流量计在天然气计量领域的广泛应用,其自诊断技术也不断得到改进,为流量计现场计量的准确、可靠提供了保障。 详细阐述了超声流量计的主要技术指标,以及波形图、增益值、信号质量、信噪比、流速特性等主要自诊断方法,还对声速核查法进行了介绍。 有效利用超声流量计的自诊断与维护技术,不仅能确保流量计处于良好的运行状态、准确计量,也可核查计量系统中压力、温度和组分变化。
近年来,超声流量计在管输天然气计量领域得到广泛的应用,国内西气东输等长输管道及其分输线、联络线几乎都选用超声流量计,仅2012年,经国内三大天然气流量检定机构(国家石油天然气大流量计量站、成都分站、南京分站)检定和校准的超声流量计数量就高达上千台次。因为超声流量计大量用于大流量天然气贸易计量,对其现场使用中的稳定性和可靠性均提出了很高的要求。自20世纪80年代超声流量计首次运用于天然气计量领域以来,历经多代升级,特别是电子功能的大幅改善和扩展,使得超声流量计拥有了自诊断、自维护、使用中检验、远程诊断等许多新功能,这些功能在天然气计量中的运用使其工作的稳定性、可靠性得到了质的提升,为天然气贸易计量提供了准确、可靠的保障。
1.几种超声流量计简介
目前用于天然气交接计量的超声流量计主要有以下6种,其产品的性能见表1。由表1可看出,几种超声流量计的压力、流量范围已覆盖管输高压、大流量天然气计量领域的范围,还可通过并联流量计的方式来实现更大流量的计量。以上几种超声流量计的准确度都在1.0级以内,校准后有的可达0.5级甚至更高,可当作核查流量计或比对标准流量计使用。
2.超声流量计的故障诊断
超声流量计由于其固有的特性, 拥有多种方式判断其运行的状态,如:波形图、增益值、信号质量、信噪比、剖面系数等,现将其主要的含义和判断指标介绍如下。
2.1 波形图
波形图是判断超声信号质量好坏的最直观的方式,特别针对判断信号是否存在干扰的情况。正常情况下,超声波波形是平滑的波动线,若存在干扰,波动线连续性变差, 其波形相对正常的波形会发生较大变化,这种变化用肉眼也很容易辨别,正常声波和受干扰的声波图对比见图 1。
2.2增益值
益值(Gain/AGC)是指换能器为了获得有效的、能够接受的信号而增加信号强度的一个示值,其示值的计算方法各厂家都不相同,一般是自动获得。
增益值受天然气压力、流速、换能器赃污等情况而决定,工况条件较好时其值较低,工况条件较差时其值较高。
2.3信号质量
不同超声流量计厂家对“信号质量”的含义和命名并不相同;对其信号质量的要求也有所不同,用于天然气贸易计量时, 一般要求信号质量不低于90%。
信号质量=接收信号数/发射信号数差错率=(发射信号数-接收信号数)/发射信号数
2.4 信噪比
信噪比(SNR)是信号强度与噪声强度比值,其值越大越好, 厂家一般会给出其正常工作时的示值范围,或报警限(表 2)。 但也有部分厂家没有明确给出该示值,需通过公式计算。低信噪比常常意味着控制阀(干扰)噪声的存在。
2.5 流速特性
流速特性当以剖面系数和漩涡角来表示时,其计算方法因声道的布置方法不同而各有不同 (对于均匀分布 4 声道对射式超声流量计其剖面系数是中间两声道的声速和除以两边两声道的声速和),其主
要反映的是天然气在管道内流态的不均匀度, 其值应该控制在一定范围内方才合理, 如:3400 的剖面系数值在 1.12~1.22 之间, 漩涡角值在 1°~4°之间,RMG 的剖面系数值在 0.8~1.2 之间, 漩涡角值应小于 3°。
3.声速核查
速核查的方法, 在 AGA Report 9 -2007 、 AGA Report 10-2003以及 JJG 1030-2007中都有提到。 JJG 1030-2007 中规定,如果每年进行使用中检验并符合要求, 超声流量计检定年限可延长到 6。声速核查的方发法不仅是超声流量计使用中检验的一种手段, 也是超声流量计使用单位自诊断维护和设备管理的重要手段。
声速核查的主要原理是:天然气组分、温度、压力值可以确定唯一的声速值, 当实测值与理论计算值一致时,则认为该流量计数据可靠。天然气取样分以及温度、 压力仪表的选择安装可参考 GB/T
18603-2001 《 天然气计量系统技术要求 》、GB/T 18604-2001《用气体超声流量计测量天然计流量》和 JJG 1030-2007。
声速核查的指标要求: 各声道测量声速与总平均值的偏差 ±0.2% ; 各声道测量声速之间的最大声速差<0.5m/s; 测量声速与理论计算声速的偏差±0.2%;声速测量的重复性<0.1% 。
从目前国内声速核查开展的情况来看, 大部分超声流量计是满足此要求的。 声速核查中测量声速与理论计算声速偏差的正负与测得流量与实际流量并无线性关系, 声速的偏大或偏小并不意味着流量偏大或偏小, 但声速核查法可以反应出超声流量计的工作状态, 同时还间接印证了整个计量系统 (压力、温度、气相色谱仪等)的稳定性和准确性。
4.结论及建议
1)增益值、信号质量、信噪比 3 个参数是超声流量计自诊断功能中的量化指标, 在现场可对其进行实时监控, 声速核查体现了整个计量系统的稳定性和准确性,但需要配合天然气组分分析仪、压力、温
度传感器等使用, 根据情况可进行实时或定期的核查,建议在线分析组分数据时,进行实时核查,采用离线组分分析时,进行定期核查。
2)超声流量计的配置文件和各项报警是其自诊断和维护的必用工具。配置文件中有其干标系数、实标系数、各声道声程计算、探头参数等众多影响计算流量的数据,若其数据不正确,在线诊断也难以判断故障。 因此建议在安装、调试完超声流量计后,对其配置文件和各项报警进行一次存档, 其后应至少每3个月进行一次存档。
3)在超声流量计的自诊断中,如某项诊断参数出现报警时, 应及时核对其他诊断参数以及对比其在正常工作时的参数。通过历史事件调阅,检查超声流量计基础参数是否被异常修改。