天然气用超声流量计声速检验软件及其应用

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1、天然气用超声流量计声速检验软件及其应用【关键词】天然气超声流量计声速检验天然气是一种清洁能源和优质化工原料。随着我国经济的高速发展，天然气在国内各个领域的需求量日益增大，其贸易交接计量的重要性也日益突出。目前，国内许多天然气输送项目都采用了超声流量计作为贸易交接计量器具。与孔板、涡轮等传统天然气用流量计相比，超声流量计具有量程大、精度高、重复性好、压损小、使用寿命长、制造工艺相对简单等优点。但是，在超声流量计越来越广泛地应用于天然气流量计量的同时，也存在着一些问题。例如，国家计量检定规程《JJG1030-2007超

2、声流量计》规定，超声流量计的检定周期一般不超过2年，而大口径超声流量计的定期拆除送检需要大量消耗人力、物力和财力，并严重影响企业生产运行。针对这一问题，国家标准《GB/T30500-2014气体超声流量计使用中检验声速检验法》规范了气体超声流量计的声速检验方法。通过比较天然气的理论声速值与超声流量计测量的实际声速值，判断流量计的计量性能，将超声流量计的检定周期由2年延长至6年。本文依据《GB/T30500-2014气体超声流量计使用中检验声速检验法》和超声流量计量系统现场应用实际要求，介绍了天然气声速检验方法，并研

3、发了一套天然气声速检验软件，应用于天然气超声流量计的在线检验，延长了流量计送检周期，大大降低了企业送检成本。1理论声速声波在天然气中传播的理论声速是天然气组分、温度和压力的函数，其热力学表达式文/雷阳1,2探讨了天然气用超声流量计的声速检验方法，研制了一套天然气用超声流量计声速检验软件。通过输入天然气组分、温度和压力等参数计算理论声速，进行超声流量计的在线声速检验。通过实际应用表明，在线声速检验能够有效延长超声流量计的送检周期，降低企业的送检成本。摘要见式（1）：（1）其中，cf表示理论声速，Cp表示定压比热容，C

4、v表示定容比热容，R表示通用气体常数，T表示热力学温度，M表示气体摩尔质量，Z表示压缩因子，ρm表示气体的摩尔密度。公式中的Cp、Cv、Z和ρm是天然气组分、温度和压力的函数，其具体表达式详见美国天然气协会的AGAReportNo.10。理论声速的计算流程见图1。2测量声速超声流量计由流量计表体、超声换能器及信号处理单元等部分构成，其基本测量原理如图2所示。对于如图2所示安装的超声换能器A、B，超声波由其中一个换能器发射，被另一个换能器接收。假设两个换能器之间的距离为L，换能器安装方向和流量计轴线的夹角为φ，超声波

5、在天然气中的传播速度为c，则当管道内天然气流速为v时，超声波逆流传播时间t1和顺流传播时间t2分别为：（2）（3）根据（2）式和（3）式，可以得到超声流量计的测量声速：（4）3声速检验原理联立（2）式和（3）式，在得到（4）式的同时，还可以得到管道内天然气流速v的表达式：（5）由（5）式可知，要使得超声流量计测量的天然气流速v准确，则需距离L、轴线夹角φ、逆流传播时间t1和顺流传播时间t2均准确。换能器之间的距离L和轴线夹角φ在超声流量计出厂时就已确定并置入，因此只需保证时间t1、t2准确。又由（4）式，假设超声流

6、量计的测量声速c准确，则认为时间t1、t2准确。因此，可以通过测量天然气的组分、温度和压力，根据（1）式计算工况条件下的理论声速cf，与同一条件下流量计的测量声速c进行比较，检验超声流量计的测量声速c是否准确，从而判断超声流量计的运行状态，对流量计的计量性能进行评价。4声速检验软件采集超声流量计、气相色谱仪、温度变送器和压力变送器等现场计量设备的数据，通过广域X或局域X上传至声速检验中心，对现场的超声流量计进行在线声速检验，如图3所示。依据第3节所述的声速检验原理，研制了一套声速计算检验软件，软件界面如图4所示。在

7、界面左侧显示采集到的天然气组分摩尔百分比，以及温度和压力值。界面右侧则是输出的天然气热力学参数计算结果，包括声速值、临界流系数、比焓、比熵、等熵指数及压缩因表1：某天然气用超声流量计声速检验结果检验项目理论声速(m/s)测量声速(m/s)声速偏差的绝对值(%)第1声道声速412.55412.220.08第2声道声速412.55412.260.07第3声道声速412.55412.270.07第4声道声速412.55412.190.09平均声速412.55412.240.0872•电子技术与软件工程Elec

8、tronicTechnologySoft0cm0pt;mso-layout-grid-align:none"class=MsoNormalalign=left>软件应用•Soft0cm0pt;mso-layout-grid-align:none"class=MsoNormalalign=left>子等。点击界面上方的“计算”按钮，可根据式（6），