超聲波流量計是流量計中的一種，在近代近代發(fā)展中，
電磁流量計、明渠流量計、超聲流量計都是用著比較廣泛的計量儀器，而超聲波流量計算的是一種新型測量流量的儀表，可以測量高黏度液體、非導電性液體或氣體的流量，其測量流速的原理是：傳遞的聲訊號穿過管道內(nèi)流動的介質時，其傳遞速度受介質流動速度的影響1。20世紀90年代后期，超聲波流量計開始在大口徑天然氣管道上大量應用2；同時，因超聲波流量計引起的計量糾紛也不斷出現(xiàn)。在2006年初的一次計量糾紛中，多計天然氣達1035萬m3。引起糾紛的流量計量系統(tǒng)為DANIEL公司生產(chǎn)的采用S600流量計算機進行顯示和運算的四聲道超聲波流量計量系統(tǒng)。 在糾紛的處理過程中，經(jīng)檢查鉑電阻、壓力變送器、超聲波流量計等均不存在問題，而流量計算機面板顯示氣體流速、工況流量、標準體積流量與軟件計算流量均不對應。懷疑是在流量計算機上讀數(shù)不同步或流量在流量計算機內(nèi)進行過修正造成計算數(shù)據(jù)偏差。于是采用軟件讀數(shù)的方法進行采數(shù)，計算流量與流量計算機顯示流量基本對應。 根據(jù)以上信息，檢查了流量計算機的組態(tài)參數(shù)，逐項核對流量計算公式，發(fā)現(xiàn)DANIEL流量計算機中對體積流量進行了修正，其中壓力修正參數(shù)涉及到楊氏模量參數(shù)。超聲波流量計中楊氏模量參數(shù)設置為30kPa，而流量計算機中設置為1930600bar，由此可見，從超聲波流量計投用后，計量數(shù)據(jù)一直存在很大的偏差。 1 原因分析 1.1 計算機軟件檢查 在事件處理過程中，對流量計算機的
組態(tài)軟件和整個問題產(chǎn)生的原因進行了詳細的分析。 在S600流量計算機中，存在著兩種文件： 1)Vixworks(相當于個人計算機中的Windows系統(tǒng))是組態(tài)軟件運行的基礎，計算等各種功能模塊存在其中； 2)組態(tài)軟件(相當于個人計算機中運行的各種軟件)是在Vixworks之上運行的，針對不同現(xiàn)場儀表調(diào)用不同計算模塊的運行軟件。 在超聲流量計與S600流量計算機組成的系統(tǒng)中，流量計算機對流量的計算模塊組中，包含超聲流量計表體壓力膨脹系數(shù)的修正計算。而楊氏模量則參與該壓力膨脹系數(shù)的修正計算。Vixworks中有相關的模塊，在
組態(tài)軟件中調(diào)用相應模塊。 在以前的版本中，所有輸入壓力無論其為何種單位，均會被轉化為以bar為單位，然后再結合楊氏模量數(shù)值進行計算。所以楊氏模量對應的壓力單位默認為bar。在組態(tài)軟件中，楊氏模量的數(shù)值設為1930600bar(不銹鋼的楊氏模量)。 碳鋼的楊氏模量數(shù)值為2068430bar。經(jīng)計算比較，將碳鋼的楊氏模量設為不銹鋼的楊氏模量，在工作壓力為，管道內(nèi)徑為，管道外徑為的條件下，對超聲流量計計量結果的影響為%，可以忽略不計。 在以后的版本中，超聲流量計表體壓力膨脹系數(shù)的修正模塊中，修改了上述關系。即當現(xiàn)場選定的壓力為kPa，則楊氏模量數(shù)值對應的單位也應為kPa；當現(xiàn)場選定的壓力單位為MPa時，則楊氏模量數(shù)值對應的單位也應為MPa。如果選定的單位為kPa，楊氏模量數(shù)值對應的單位為bar，則會對計算產(chǎn)生較大影響。 1.2 楊氏模量對流量計算的影響 為確定楊氏模量對流量計算的影響，進行了模擬計算。假定只有楊氏模量數(shù)值變化，其它參數(shù)不變，進行理論計算。 在S600流量計算機中，工況的計算公式為： 式中：qv為經(jīng)溫度、壓力修正后的工況流量(m3/h)；V為天然氣流速(m/s)；Din為經(jīng)干標所得的超聲流量計表體內(nèi)徑(m)；Cp為壓力對工況流量的修正系數(shù)，由式(2)計算所得；Ct為溫度對工況流量的修正系數(shù)，由式(4)計算所得；MF為校準系數(shù)；CF為管道流體流速分布系數(shù)。 式中：S為超聲流量計表體材質壓力膨脹修正系數(shù)，由式(3)計算所得；PL為壓力(bar)；PCAL為標定內(nèi)徑時的壓力(bar)，通常為標準狀態(tài)大氣壓。 式中：E為楊氏模量(bar)；Dout為超聲流量計表體外徑(m)；Din為干標所得的超聲流量計表體內(nèi)徑(m)。 式中：L為超聲流量計表體材質所對應的線性溫度修正系數(shù)(℃-1)；TL為溫度(℃)；TCAL為超聲流量計標定內(nèi)徑時的溫度(℃)，通常為標準狀態(tài)溫度。 2 計算示例 2.1 正確楊氏模量數(shù)值計算 以上述超聲流量計的工作情況為例，進行計算。 2.1.1 超聲流量計特性參數(shù) 超聲流量計表體材質為碳鋼，正確的E=206843000(kPa)，L=(℃-1)； 超聲流量計表體內(nèi)外徑分別為Din=，Dout=。 2.1.2 超聲流量計運行參數(shù) 所測氣體流速V=；工作壓力PL=；工作溫度TL=℃。 2.1.3 標準狀態(tài) 大氣壓PCAL=；溫度TCAL=20℃。 2.1.4 其它系數(shù) π=，MF=(以默認為計算示例)，CF=(對四聲道流量計，該系數(shù)取)。 2.1.5 計算過程 將相關參數(shù)值代入式(4)可得： 將相關參數(shù)值代入式(3)可得： 將相關數(shù)值代入式(2)可得： 再將相關參數(shù)和計算數(shù)值代入式(1)可得： 2.2 錯誤楊氏模量數(shù)值計算 以bar為單位的不銹鋼楊氏模量數(shù)值代入計算。 按2.1.1～2.1.4所示數(shù)據(jù)，其它參數(shù)不變，只將以bar為單位的不銹鋼楊氏模量數(shù)值1930600代入計算，則： 2.3 兩次計算的偏差 偏差=(錯誤楊氏模量數(shù)值計算流量-正確楊氏模量數(shù)值計算流量)/正確楊氏模量數(shù)值計算流量 ×100%=()/×100%=%。 3 結論 在新版Vixworks的S600流量計算機中運行了老版的組態(tài)軟件，即設定楊氏模量數(shù)值應對應的單位為bar，而現(xiàn)場選用的壓力單位為kPa，使參與計算的楊氏模量數(shù)值比實際數(shù)值小了100倍，從而導致了管道受高壓膨脹修正計算的偏差。在工作壓力為，管道內(nèi)徑為，管道外徑為的條件下，所產(chǎn)生的偏差達%。
