1 现场情况介绍

涩北气田地处青海省格尔木市西北 260 km 处，肩负着青、甘、藏三省区工业和生活用气的供气保障任务，年生产能力为 55 亿标方，共使用 8 台超声波流量计向涩—宁—兰主线、复线工艺管 网 输 气，其 中 主 线 使 用 4 台 型 号 为 3400 Daniel 超 声 波 流 量 计，复 线 使 用 4 台 型 号 为USE08-6P ＲMG 超声波流量计，现场工艺流程安装如图 1 所示。

检测到的工况流量通过 ＲS485 通讯协议传送至流量计算模块，流体温度、压力信号单独接入计算模块，后由计算模块完成工况流量转标方流量计算及实现流量计算方式如图 2 所示。

 

2 现场诊断技术实施的必要性

贸易计量作为工艺管网非常后一道门槛，关乎企业切身利益。公平、准确的计量对供需双方来说都显得尤为重要，稍有不慎会给公司造成形象和经济上的损失，每一台计量设备的可靠运行，可非常大程度消除计量误差，避免计量纠纷的发生。 以 AGA10 计 算 标 准 为 例，若 温 度 每 偏 差± 1 ℃，外贸计量总量就会偏差 ± 0. 34% ; 若压力每偏差 ± 1 kPa，外贸计量总量就会偏差 ± 0. 1% ;若气体组份造成的计量偏差为 ± 0. 1% ，外贸体积总量就会偏差 ± 0. 5% 。全年销售商品量按 40 亿方计算，总量误差可达 140 ～ 180 万方，对于供需双方来说这一误差量是难以接受的。历年来流量计本身计量准确度是否可靠依赖外部判断。每年由国家大流量检定开展使用中检定项目一次和厂家有限的技术服务，不足以保证流量计时刻处于非常佳运行状态。超声波流量计属于高度集成化设备，现场人员因受技术力量的束缚只能判断大流量的偏差，由于流量计本身原因引起的流量逐步递增或递减的流量差异爱莫能助。较长的判断周期无形中延长了处理时效，偏差的长期积累使得追根溯源困难重重，对计量异议的处理百害而无一利。 

 

3 现场诊断的可行性分析

3. 1 硬件条件

Daniel 3400 型流量计属于智能化仪表，具有100M 32 位快速处理器和配套单元，信号的采集、处理、传输一体化，CPU 板具备 ＲS485、ＲS232、 10 Mbps 以太网三种传输接口，为与流量计算机的顺利通讯提供了硬件基础。 

 

3. 2 软件条件

丹尼尔原厂提供的 MeterLink 测试软件，支持Windows 操作系统，条件较为成熟。 

 

3. 3 支持在线测试

不管流量计处于在用还是备用状态，用 Meter- Link 软件在线分析，无需中断流量计算机在线服务，并且正常计量不受影响。 

 

4 技术实施

4. 1 前期准备

主流性能便携式计算机一台，至少具备一个以太 网 接 口，操 作 系 统 Windows XP、Windows vista、Windows7 均可，计算机安装 Excel 2000 兼容版本软件和 MeterLink 软件。ＲJ45—5 PIN 专用通讯接口线一条。 

 

4. 2 联机操作

修改本机 IP 地址为: 192. 168. 135. 100，子网掩码: 255. 255. 255. 0。启动 MeterLink 程序后，点击连接 ( connect)命令，进入配置界面，选择以太网 ( Ethernet) 复选框，其它选项为默认。 

 

4. 3 现场诊断项目

超声波现场诊断主要关注的 5 个参数分别为增益值 ( Gain) 、信号质量 ( Signal Quality) 、信噪比 ( SNＲ) 、流 速 特 性 ( Velocitv Profile ) 、声 速( Speed of Sound) 。通过对以上 5 个基本参数的实时检测诊断，可以识别流量计工作状态以及局部故障所在。 MeterLink 监控界面采集流量计主要参数，辨别超声波流量计的整体运行状态，状态显示部分能直观查看电源、系统、声道、I/O 输出等运行状态。当报警产生时，系统自动记录并生成报告，后期为技术人员分析故障原因提供数据支撑。 

 

4. 3. 1 增益值

流量计自动获取增益值，增益值要对接收到的振幅强度自动调整，正常情况下增益值随管道内压力和流速的变化而变化，四个声道数值处在一个整体相对平均的水平。如果某一声道信号强度衰减，增益值放大，可能是探头受脏污介质影响，严重时增益值会自动增加以达到测量的要求，直至增至上限。 

 

4. 3. 2 信号质量

信号质量表明通道脉冲的接受程度。丹尼尔四声道超声波流量计通常有 100% 信号质量，接近流量计所允许的非常大流速时，信号质量可能会小于 100% ; 当流速仅达非常高流速的 50% 而信号质量未达 100% 时，应及时对流量计进行必要的检查。若信号质量小于 l00% ，计量准确度不一定变差，如果信号质量低于 50% ，必须对流量体进行检查，必要是切换工艺流程。 

 

4. 3. 3 信噪比

信噪比是指接收到的信号和背景噪音的数值比率。通常情况下流量计正常工作有较高的信噪比，丹尼尔四声道超声波流量计正常工作信噪比大于 1 000 db。信噪比小于 250 db 会导致信号质量小于 100% ，当信噪比小于 100 db 时会影响流量计的计量精度。

 

现场流量计信噪比数据异常，经检查导致信噪比异常的原因是流量计前端截止阀开度过小产生噪声干扰所致，待阀门全开后信噪比增至 2 258分贝，系统恢复正常。 

 

4. 3. 4 流速特性

流速特性的显示根据流量计声道设计而不同，剖面系数 f 靠近圆心的两个声道的流速除以外侧两个声道流速的比率是流量计受脏污影响的非常佳指示器，能够诊断出整流器的工作状况。剖面系数的实时监测对于保持准确度非常重要，理想的剖面系数数值为 1. 17，即外侧声道 ( A 和 D) 流速为平均流速的 0. 89 倍，靠近圆心的声道 ( B 和 C)流速 是 平 均 流 速 的 1. 042 倍。如 果 剖 面 系 数 与1. 17 差值的绝对值大于 0. 05，需排查原因，凭多年经验涩北气田生产现场引起剖面系数过大的原因主要有漩涡、上游整流器部分阻塞、上游法兰安装垫片局部伸入计量管路这三种。A、D 声道数据异常，经查为前端法兰安装垫片上部局部伸入管路所致，重新安装调整后恢复正常。 

 

4. 3. 5 声速

声速超声波在管道内介质中传播的速度，正常情况下各声道速度在平均声速上下小范围内波动，当某个声道的声速与流量计的平均声速差值超过 0. 35% 时，该声道会产生警告。非常常见的原因是因该声道受介质内的污物污染所致，需拆卸探头清洁。 

 

4. 4 声速核查

 ( SOS) MeterLink 软件内置的 AGA10 流量计算模块，模拟计算理论声速与实际平均声速的差值，是现场诊断流量计工作状态的一个重要环节，若声速差值在 ± 0. 25% 内，可判定为流量装置整体运行在误差允许范围之内。声速核查受流量装置本身计量能力、气体组分、压力和温度的影响，对现场仪表精度有严格要求，需依照 JJG 1030—2007 《超声流量计检定规程》规定安装相应准确度的压力变送器 ( 绝压) 、温度变送器、在线色谱分析仪，并保证测量参数近可能接近真值。通常情况下 ± 1 ℃引起 SOS 误差为 ± 0. 23% ， ± 0. 1 MPa 引 起 SOS 误差为 ± 0. 02% ，气体组分的影响很难用具体数值来衡量。经 AGA 10 计算模块测算出 SOS精度 ＜ 0. 1% ，现场校验不确定度 ± ≤0. 12% ，故 SOS 是生产现场评定流量装置运行状态正常与否的重要检测手段。 

 

4. 5 生成测试报告

MeterLink 软件具备报告生成功能，可生成包括图表 ( Charts) 、检查报告 ( Inspection Ｒeport) 、声速 测 量 配 置 ( SOS Meter Config ) 、原 始 数 据( Ｒaw Data) 五个工作表的 Excel 工作薄，内容涉及流量计关键参数、趋势图、配置参数等，便于数据比对，也便于流量计厂家高级专业技术人员对疑难问题的综合严判提供非常好手数据。 

 

5 结束语

超声波流量计现场诊断技术在涩北气田的运用，改变了以往依靠外部检定和厂家技术人员定期赶赴现场提供技术服务来保障系统正常运行的被动局面，通过对关键参数的分析、比对，现场技术人员可以比较全面了解超声波流量计的整体运行状态，对流量计出现的一般问题也能做出比较客观的判断，对流量计实施针对性的维护效果显著，提高了系统运行的稳定性，有效缩短了故障处理周期，提高了计量系统的整体精度，为涩北气田贸易计量工作的公平、有序提供了技术保障。