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化，解決了因 為氣質、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附 硫及雜質較多，介質呈現多相流狀態，其計量方法一直是一 個國際難題。與傳統的孔板、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、受氣質條件影響小、無安 全隱患、不產生節流、壓損等優勢，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，與介質不接觸， 不受介質影響，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中傳播速 度之差來計量流速。超聲波在介質中傳播時間是流量計進行 流量計算的主要參數之一，超聲換能器對超聲波的收發決定 了傳播時間測量的準確性。在測量高含硫天然氣過程中，超 聲波在兩種介質中傳播的聲速有很大差異，衰減程度也不同， 導致換能器通過收發超聲波計算其傳播時間出現干擾，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 面優化超聲波流量計計量過程中的聲波信號，根據聲波在不 同介質中傳播的聲速和衰減程度變化進行修正統計。

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量出現紊亂，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保持了信 號的穩定，信噪比保持在40 dB以上，和現場儀表進行了 比對數據吻合，實現了準確測量。

2.1.1時間到達差異的修正

處于多相流狀態液體小于10%時，在測量數據中會出 現一些離散值。針對這一結果，采用數理統計的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，因此，必須對e角進行自動跟蹤修正，以達到傳播 時間補償的目的。

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計參數，現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核，為減小誤差，管道外徑 及壁厚應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。當流動方向與管鈾線不平行時，采用X法。 當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，用修正系數修正氣體的流速。多通道流 量計使用多對傳感器，在管道內的不同區域取得氣體流速， 再確定出真正的平均流速。一些多通道的流量計設計有測量 非軸線流分量的通道，只要使用非同一平面內的結構形式， 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），所以設備響應必須在 80ms以下，才能保證有較高的測量精度，同時設備必需具 有雙通道功能，流量計計算機需內置雙高速處理器，第一處 理器連續高速采樣測量(頻率1000 Hz),原始數據保存在傳 感器緩存中，由第二處理器設定測量過程及分析原始數據, 剔除無效的原始數據。高速采樣和自適應信號處理技術，才 能確保測量精確穩定。