本文闡述了外夾式超聲波流量計計量高含硫天然氣過程中，利用噪聲跟蹤方法及測量方法對計量進行優(yōu)化，解決了因 為氣質(zhì)、組分、安裝形成的噪聲對天然氣計量帶來的誤差，提高了計量的精度與穩(wěn)定性。

1.計量原理、背景及意義

高含硫天然氣在地面管道的儲運過程中由于管道內(nèi)附 硫及雜質(zhì)較多，介質(zhì)呈現(xiàn)多相流狀態(tài)，其計量方法一直是一 個國際難題。與傳統(tǒng)的孔板、渦輪等流量計量方式相比，外 夾式超聲流量計具有計量精度高、受氣質(zhì)條件影響小、無安 全隱患、不產(chǎn)生節(jié)流、壓損等優(yōu)勢，適于高含硫天然氣計量。

外夾式超聲波流量計測量原理和普通超聲波流量計一 致，是利用超聲波信號來測量流體流速，換算出流量的速度 式流量儀表。其特點是在管道上外夾安裝，與介質(zhì)不接觸， 不受介質(zhì)影響，無需切斷工藝管道，無泄漏隱患，方便安全。

基于超聲波流量計工作原理是超聲波在介質(zhì)中傳播速 度之差來計量流速。超聲波在介質(zhì)中傳播時間是流量計進行 流量計算的主要參數(shù)之一，超聲換能器對超聲波的收發(fā)決定 了傳播時間測量的準確性。在測量高含硫天然氣過程中，超 聲波在兩種介質(zhì)中傳播的聲速有很大差異，衰減程度也不同， 導(dǎo)致?lián)Q能器通過收發(fā)超聲波計算其傳播時間出現(xiàn)干擾，信號 紊亂，影響測量準確性。為保證超聲流量計能夠準確測量， 主要從三個方面進行控制：噪聲數(shù)字信號處理、選擇正確安 裝位置和正確選型。本文主要提出了利用噪聲跟蹤的方法， 并結(jié)合外夾式超聲波流量計的安裝位置和選型等從三個方 面優(yōu)化超聲波流量計計量過程中的聲波信號，根據(jù)聲波在不 同介質(zhì)中傳播的聲速和衰減程度變化進行修正統(tǒng)計。

2.聲波信號的準確獲取與噪聲跟蹤

2.1噪聲跟蹤進行修正

測量多相流時，由于天然氣聲波信號會受到各種因素的 干擾，因此進行噪聲跟蹤對聲波信號進行優(yōu)化與剔除處理。 本文選用FLEXIM型號為G608的兩臺外夾式超聲波流量計進 行了噪聲跟蹤法優(yōu)化測量混相流的對比實驗，利用噪聲跟蹤 將噪聲信號剔除，消除噪聲影響，實現(xiàn)準確測量，見下圖。

實驗采用兩臺超聲波流量計同時測量管徑為413mm 的同根管段，測量介質(zhì)為標準天然氣，一臺采用了噪聲跟蹤 法，另一臺沒有采用此方法。在時間軸2.40分，在測量點 上游持續(xù)加入約10%的液體及固體顆粒，圖（A)中沒有采 用噪聲跟蹤法的超聲波信號質(zhì)量出現(xiàn)紊亂，信噪比跌到0 dB， 無法進行測量。圖（B)中采用了噪聲跟蹤法持續(xù)保持了信 號的穩(wěn)定，信噪比保持在40 dB以上，和現(xiàn)場儀表進行了 比對數(shù)據(jù)吻合，實現(xiàn)了準確測量。

2.1.1時間到達差異的修正

處于多相流狀態(tài)液體小于10%時，在測量數(shù)據(jù)中會出 現(xiàn)一些離散值。針對這一結(jié)果，采用數(shù)理統(tǒng)計的Grabbs法 剔除其中的離散值后再求平均值，使計算值更接近實際值。

2.1. 2聲道角變化影響的修正

根據(jù)斯那爾（Snall)定律式，聲道角e隨流體中聲速c 的變化而變化，而e又是超聲波在流體傳播中傳播時間的重 要函數(shù)，因此，必須對e角進行自動跟蹤修正，以達到傳播 時間補償?shù)哪康摹?/span>

2.2正確的安裝位置及方法

正確選擇測量點，是減少附加比對測試誤差的前提條件。 為此必須做到以下兩點：一是測量點應(yīng)選擇在管道上游10 倍以上、下游5倍以上管徑長度的直管段上，測量點處應(yīng)無 焊縫、無振動及無電磁干擾源等；二是由流量計安裝單位提 供詳盡的測試管道設(shè)計參數(shù)，現(xiàn)場用卡尺或鋼卷尺和超聲波 測厚儀對管道外徑及壁厚進行復(fù)核，為減小誤差，管道外徑 及壁厚應(yīng)進行多點測量后取其平均值。

對換能器安裝方法的選擇原則一般是：當(dāng)流體沿管軸 線平行流動時，對大管徑測量，采用Z型安裝，以增強接 收信號的強度；對小口徑管道來說，采用V型或W型安 裝，以增加聲程。當(dāng)流動方向與管鈾線不平行時，采用X法。 當(dāng)流場分布不均勻而表前直管段又較短時，可采用多聲道來 克服流速擾動帶來的流量測量誤差。單通道流量計是按氣體 通過管道的流速差，用修正系數(shù)修正氣體的流速。多通道流 量計使用多對傳感器，在管道內(nèi)的不同區(qū)域取得氣體流速， 再確定出真正的平均流速。一些多通道的流量計設(shè)計有測量 非軸線流分量的通道，只要使用非同一平面內(nèi)的結(jié)構(gòu)形式， 最后可達到修正補償。

2.3正確的選型

在一般流速下超聲波在不同介質(zhì)中的傳播時間差只有 幾百納秒（隨管徑的不同而不同），所以設(shè)備響應(yīng)必須在 80ms以下，才能保證有較高的測量精度，同時設(shè)備必需具 有雙通道功能，流量計計算機需內(nèi)置雙高速處理器，第一處 理器連續(xù)高速采樣測量(頻率1000 Hz),原始數(shù)據(jù)保存在傳 感器緩存中，由第二處理器設(shè)定測量過程及分析原始數(shù)據(jù), 剔除無效的原始數(shù)據(jù)。高速采樣和自適應(yīng)信號處理技術(shù)，才 能確保測量精確穩(wěn)定。