摘 要：在德克薩斯州圣安東尼奧氣體研究院的流量計(jì)研究裝置上對(duì)單聲道和多聲道超聲流量計(jì)進(jìn)行了試驗(yàn)，建立基準(zhǔn)條件并且對(duì)在基準(zhǔn)安裝條件下和其它的管線安裝情況下的性能進(jìn)行評(píng)定。試驗(yàn)的目的是確定8in單聲道和多聲道流量計(jì)在不同的管線安裝條件下，以及與1臺(tái)流束整流器一起使用時(shí)它們的性能如何。將試驗(yàn)結(jié)果與基準(zhǔn)條件下的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較以做出深入的評(píng)估。8in的多聲道流量計(jì)的試驗(yàn)結(jié)果表明，整流器具有改進(jìn)其測量準(zhǔn)確度的功能，這取決于流量計(jì)的型式和相對(duì)于干擾源的位置。單聲道流量計(jì)的試驗(yàn)表明，在良好的流場條件下可以獲得優(yōu)于0.5%的準(zhǔn)確度。由安裝在上游的一個(gè)90^o彎頭說明了流量計(jì)對(duì)簡單的擾流的敏感程度。在這些試驗(yàn)中相對(duì)于基準(zhǔn)試驗(yàn)安裝流量測量誤差范圍在1%～4%。

一、前 言

xxxx超聲流量計(jì)是通過測量超聲波脈沖在流體中的傳播時(shí)間導(dǎo)出氣體體積流量的。對(duì)于1臺(tái)超聲流量計(jì)>，由于確定流量準(zhǔn)確度是流量計(jì)設(shè)計(jì)和計(jì)算方法、上游管道要求的函數(shù)，這不同于許多傳統(tǒng)的測量方法。
xxxx舉例，孔板流量計(jì)測量流量，對(duì)已確定的流出系數(shù)的準(zhǔn)確度之內(nèi)，要求對(duì)稱，無旋渦流。為了得到已公布的流量測量的性能，AGA 3號(hào)報(bào)告建議了最小的直管段長度、管徑的變化、孔板流量計(jì)上游的安裝要求。當(dāng)孔板流量計(jì)規(guī)格（β比）增加，由于減少了流量堵塞，使孔板對(duì)速度剖面的整型作用也減小了，其對(duì)流體干擾的敏感度也增加了。
xxxx 渦輪流量計(jì)因流體對(duì)轉(zhuǎn)子的作用也改進(jìn)了流動(dòng)剖面。由于進(jìn)口流動(dòng)剖面的改進(jìn)，使渦輪流量計(jì)的性能也得到了改進(jìn)。由于渦輪流量計(jì)對(duì)速度剖面的非對(duì)稱性敏感，為此，AGA7號(hào)報(bào)告要求渦輪流量計(jì)使用整流器以消除進(jìn)口的流動(dòng)旋渦。
xxxx 由于超聲波流量計(jì)基本上沒有影響人口流動(dòng)的障礙物，流量計(jì)不會(huì)改變流動(dòng)剖面，這種流量計(jì)根據(jù)流量計(jì)取得的流動(dòng)樣，依據(jù)可靠的計(jì)算方法準(zhǔn)確地確定流量。
在多聲道超聲流量計(jì)的設(shè)計(jì)中，制造者嘗試對(duì)流量計(jì)進(jìn)行優(yōu)化以降低它們對(duì)流動(dòng)干擾的敏感。如果流量計(jì)可以對(duì)所有的流動(dòng)干擾做修正補(bǔ)償，那么，就可以不用整流器了。然而，由于有少量已發(fā)表的有關(guān)整流器如何影響多聲道超聲流量計(jì)性能的資料，對(duì)整流器與超聲流量計(jì)聯(lián)合應(yīng)用仍有興趣。根據(jù)其它型式的流量計(jì)的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，整流器意味著潛在的效益。
xxxx 作為一個(gè)替代多聲道流量計(jì)的有效益的方案，與價(jià)格便宜的單聲道超聲波流量計(jì)一起使用整流器也是有意義的。另外，有少量可靠的試驗(yàn)數(shù)據(jù)證實(shí)了使用整流器的單聲道流量計(jì)的性能。
xxxx 這些結(jié)果得自第一部分試驗(yàn)，這些試驗(yàn)試圖確定8in單聲道和多聲道超聲流量計(jì)以不同配管安裝和當(dāng)與1臺(tái)整流器聯(lián)合使用的實(shí)用經(jīng)驗(yàn)。這個(gè)試驗(yàn)是在試驗(yàn)流量計(jì)上游設(shè)置一個(gè)彎管或兩個(gè)彎管，并且在流量計(jì)加裝或不裝整流器的情況下運(yùn)行的。
xxxx 進(jìn)一步的試驗(yàn)是打算評(píng)估雙向流量計(jì)測量性能和流量低于流量計(jì)能力1%時(shí)的流量測量準(zhǔn)確度。在流體可以是雙向流動(dòng)的地方，如地下儲(chǔ)氣設(shè)施，計(jì)劃安裝超聲流量計(jì)的人們對(duì)雙向測量性能是關(guān)注的。
對(duì)于一個(gè)計(jì)量站的安裝，需要確定流量計(jì)的數(shù)量和口徑，因?yàn)榱砍瘫鹊脑�因，低流量的測量性能也應(yīng)關(guān)注。

二、試驗(yàn)方法

xxxx流量計(jì)安裝在高壓環(huán)路（HPL）的測試管段上，試驗(yàn)介質(zhì)為輸送級(jí)的天然氣。同時(shí)收集超聲流量計(jì)和HPL上的臨界流噴嘴組上的數(shù)據(jù)，它們作為流量標(biāo)準(zhǔn)。
xxxx 在不同的壓力下，5個(gè)雙加權(quán)的音速噴嘴相對(duì)于HPL稱重罐系統(tǒng)進(jìn)行現(xiàn)場校準(zhǔn)。所有的校準(zhǔn)，由1臺(tái)在線氣相色譜儀和 AGA 8號(hào)報(bào)告狀態(tài)方程確定氣體性質(zhì)。
xxxx 與HPL的參比壓力相關(guān)的靜壓，在1臺(tái)流量計(jì)下游兩倍管徑處測量。氣體溫度在每臺(tái)流量計(jì)下游三倍管徑處測量。測量的溫度和壓力與測得的氣體組分和超聲流量計(jì)測出的氣體體積一起被用于計(jì)算超聲流量計(jì)的質(zhì)量流量，這個(gè)質(zhì)量流量再用來與臨界流噴嘴確定的流量進(jìn)行比較。
xxxx 根據(jù)制造廠選用的方案，超聲流量計(jì)可以用不同的方法得到體積流量。流量計(jì)M₃和M₄內(nèi)部的校準(zhǔn)方法用來計(jì)算總的氣體體積和運(yùn)行期間的時(shí)間。然后根據(jù)總的量計(jì)算平均流量。
xxxx 流量計(jì)M₁和M₂報(bào)告（測量）實(shí)際流量，每秒提供一次流量值，確定平均體積流量。單個(gè)通道的狀態(tài)、速度和聲速數(shù)據(jù)也被記錄。
xxxx 典型的測試系統(tǒng)由通過流動(dòng)環(huán)道的可循環(huán)氣體構(gòu)成，并達(dá)到氣體溫度和壓力穩(wěn)定，選擇和切換不同的音速噴嘴組合確定穩(wěn)定的流量。一個(gè)測試點(diǎn)由流量和其它度量90s周期內(nèi)計(jì)算的平均值組成。一個(gè)測試點(diǎn)要重復(fù)6次以計(jì)算平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差。測量數(shù)據(jù)同時(shí)也由2臺(tái)渦輪流量計(jì)采集。渦輪流量計(jì)的數(shù)據(jù)確認(rèn)實(shí)驗(yàn)的一致性。
三、基本測試安裝

xxxx 基本測試的管線安裝示于圖1。所有的配管由8in內(nèi)徑的40號(hào)碳鋼管（7.981in內(nèi)徑）制成，內(nèi)部焊縫磨光。測試的流量計(jì)安裝在90^o長徑彎頭下游40D（D＝8in）、59D、97D處。彎頭的上游安裝一個(gè) 12in×16in×10in的Sprenkle流束整流器，整流器之后是一個(gè) 10in×8in的同心大小頭和43D 8in直管段直到彎頭。

四、基本測試結(jié)果

zzzz2臺(tái)多聲道流量計(jì)（M₁和M₃）在基準(zhǔn)安裝條件下的測試性能示于圖2和圖3。結(jié)果以百分誤差表示（相對(duì)于 MRFHPL臨界流噴嘴），其作為通過流量計(jì)的平均流速的函數(shù)。一個(gè)點(diǎn)代表了每個(gè)流量下6個(gè)重復(fù)測量的平均值，誤差帶表示95%置信水平。
zzzz對(duì)于流量計(jì)M1，在速度大于10ft/s時(shí)，所有的數(shù)據(jù)均落于0.4%范圍之內(nèi)，與速度無關(guān)（見圖2）。 在流速低于10 ft/s時(shí)，誤差曲線向上偏轉(zhuǎn)，這可能是一個(gè)正向的零偏差或者修正算法的偏離引起的，這不能完全認(rèn)為是低流量下的速度剖面不同所造成的，或許是兩種影響的合成。
zzzz檢查流量計(jì)的零流量，指示出零點(diǎn)飄移量為0.01ft/s。如果去掉零飄移，向上的偏轉(zhuǎn)將會(huì)被拉平，由于最小的速度點(diǎn)（2.8ft/s）飄移為0.35%而在5.6ft/s的點(diǎn)飄移為0.18%。無論如何，這說明不能認(rèn)為曲線向上偏轉(zhuǎn)完全是零點(diǎn)飄移引起的。

五、 安裝對(duì)測試的影響

zzzz到目前已經(jīng)實(shí)施的影響測試的安裝工藝示于圖6。單聲道流量計(jì)在兩個(gè)不同的位置1和2（一個(gè)單90^o長徑L形彎管下游10D和19D）進(jìn)行測試。多聲道流量計(jì)在兩個(gè)平面布置的彎頭下游，在位置3和4（第二個(gè)L形彎管下游10D和19D處）進(jìn)行測試。
zzzz測試管線為裸管，在位置3和4上游安裝有2臺(tái)不同的流束整流器。第一臺(tái)流量計(jì)位于整流器出口下游5D處，這符合AGA 7號(hào)報(bào)告對(duì)渦輪流量計(jì)安裝的最低要求。另外，多聲道流量計(jì)的測試中，兩個(gè)平面彎頭的布置是與管道成水平方向設(shè)置的。由于這種布置代表著一種安裝形式，即彎頭提供了一個(gè)豎直的偏移，故流量計(jì)要旋轉(zhuǎn)90^o以保持其測量聲道與流動(dòng)干擾的相對(duì)正確方位。

六、 安裝對(duì)測試結(jié)果的影響

zzzz這些結(jié)果以與基準(zhǔn)條件下的測試結(jié)果的偏差形式報(bào)告出來。
zzzz對(duì)于多聲道流量計(jì)M₁和M₃，流量計(jì)安裝在單90^o彎管下游97D處取得的數(shù)據(jù)結(jié)果代表基準(zhǔn)條件下的測試結(jié)果。單聲道流量計(jì)M₂和M₄，流量計(jì)安裝在90^o彎管下游78D處，取得的結(jié)果用于基準(zhǔn)條件下的測試結(jié)果�；鶞�(zhǔn)條件下的測試結(jié)果是一個(gè)最接近優(yōu)化的工藝安裝所能得到的結(jié)果。
zzzz多聲道流量計(jì)M₁在兩個(gè)平面彎頭下游10D處測試的結(jié)果示于圖7。測試結(jié)果表明，裸管安裝產(chǎn)生的測量誤差在基本測量結(jié)果的0.5%范圍之內(nèi)，相對(duì)誤差在0.3%～0.5%量級(jí)。相對(duì)誤差出現(xiàn)在高氣體流速情況。流量計(jì)安裝在第二個(gè)彎管下游10D處，配備有19管束整流器和GFC型整流器的測試結(jié)果沒有明顯的差別。在速度20ft/s以上，兩種整流器降低相對(duì)誤差至少到0.25%。
zzzz對(duì)于速度20ft/s以下，所有的結(jié)果趨于收斂，這表明流量計(jì)要么是對(duì)安裝布置產(chǎn)生的速度剖面敏感，要么是在這個(gè)速度范圍內(nèi)的速度剖面影響沒有明顯的差別。所計(jì)劃的速度剖面的測定將有助于解釋這些結(jié)果，它也將進(jìn)一步對(duì)已經(jīng)收集的與單一聲道速度比有關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行解釋。
zzzz安裝在兩個(gè)平面彎頭下游19D的流量計(jì)M₁的測試結(jié)果示于圖8。裸管和19管束整流器的結(jié)果相對(duì)測量誤差都約為0.5%。當(dāng)流量計(jì)安裝在彎管下游19D處裸管測量的誤差比流量計(jì)安裝在10D處的誤差稍微大一些，在10ft/s速度以上，與GFC一起安裝的測量結(jié)果與基準(zhǔn)條件下的測試結(jié)果相比較在0.l%之內(nèi)。另外，低流速時(shí)，測量結(jié)果收斂。
zzzz安裝在雙彎頭下游的多聲道流量計(jì)M3的測試結(jié)果（見圖9）表明，對(duì)于裸管，當(dāng)速度大于20ft/s，M₃的誤差小于0.25%。19管束整流器和GFC整流器結(jié)果將裸管的測量結(jié)果包括在內(nèi)，具有-0.30%～25%的差值。相對(duì)誤差隨著流動(dòng)速度的變化是由在97D、400 lb/in²（A）處基準(zhǔn)條件下的測試數(shù)據(jù)（見圖3）的弧度引起的。
zzzz                            結(jié)論

zzzz 基準(zhǔn)條件下的測試說明，在一個(gè)長徑90^o彎頭下游59D處流體速度剖面沒有充分發(fā)展，測試的流量計(jì)對(duì)隨后的發(fā)展中的速度剖面敏感。這表明測試的8in流量計(jì)的準(zhǔn)確度可以通過流量校準(zhǔn)得以改善。
zzzz 8in的多聲道流量計(jì)的測試結(jié)果表明，使用整流器對(duì)改進(jìn)測量準(zhǔn)確度具有潛在好處。
zzzz 單聲道流量計(jì)測試表明其具有潛能，在流場條件好的情況下，可以獲得優(yōu)于0.5%的測量準(zhǔn)確度。通過安裝在一個(gè)單個(gè)的90^o彎頭下游10D和19D處的流量計(jì)的測試說明流量計(jì)對(duì)一個(gè)簡單的擾流的敏感度。相對(duì)于基準(zhǔn)條件下的測試，流量測量誤差范圍為1%～4%。
zzzz 實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果只是一個(gè)大的測試計(jì)劃的初步，對(duì)取得的數(shù)據(jù)和來自這個(gè)測試計(jì)劃其它的試驗(yàn)資料進(jìn)行更加深人的分析，將獲得有關(guān)超聲流量計(jì)在高壓天然氣中應(yīng)用性能的新認(rèn)識(shí)。