摘 要：在德克薩斯州圣安東尼奧氣體研究院的流量計研究裝置上對單聲道和多聲道超聲流量計進行了試驗，建立基準條件并且對在基準安裝條件下和其它的管線安裝情況下的性能進行評定。試驗的目的是確定8in單聲道和多聲道流量計在不同的管線安裝條件下，以及與1臺流束整流器一起使用時它們的性能如何。將試驗結果與基準條件下的數據進行比較以做出深入的評估。8in的多聲道流量計的試驗結果表明，整流器具有改進其測量準確度的功能，這取決于流量計的型式和相對于干擾源的位置。單聲道流量計的試驗表明，在良好的流場條件下可以獲得優于0.5%的準確度。由安裝在上游的一個90o彎頭說明了流量計對簡單的擾流的敏感程度。在這些試驗中相對于基準試驗安裝流量測量誤差范圍在1%～4%。
一、前 言
xxxx超聲流量計是通過測量超聲波脈沖在流體中的傳播時間導出氣體體積流量的。對于1臺超聲流量計>，由于確定流量準確度是流量計設計和計算方法、上游管道要求的函數，這不同于許多傳統的測量方法。
xxxx舉例，孔板流量計測量流量，對已確定的流出系數的準確度之內，要求對稱，無旋渦流。為了得到已公布的流量測量的性能，AGA 3號報告建議了最小的直管段長度、管徑的變化、孔板流量計上游的安裝要求。當孔板流量計規格（β比）增加，由于減少了流量堵塞，使孔板對速度剖面的整型作用也減小了，其對流體干擾的敏感度也增加了。
xxxx 渦輪流量計因流體對轉子的作用也改進了流動剖面。由于進口流動剖面的改進，使渦輪流量計的性能也得到了改進。由于渦輪流量計對速度剖面的非對稱性敏感，為此，AGA7號報告要求渦輪流量計使用整流器以消除進口的流動旋渦。
xxxx 由于超聲波流量計基本上沒有影響人口流動的障礙物，流量計不會改變流動剖面，這種流量計根據流量計取得的流動樣，依據可靠的計算方法準確地確定流量。
在多聲道超聲流量計的設計中，制造者嘗試對流量計進行優化以降低它們對流動干擾的敏感。如果流量計可以對所有的流動干擾做修正補償，那么，就可以不用整流器了。然而，由于有少量已發表的有關整流器如何影響多聲道超聲流量計性能的資料，對整流器與超聲流量計聯合應用仍有興趣。根據其它型式的流量計的應用經驗，整流器意味著潛在的效益。
xxxx 作為一個替代多聲道流量計的有效益的方案，與價格便宜的單聲道超聲波流量計一起使用整流器也是有意義的。另外，有少量可靠的試驗數據證實了使用整流器的單聲道流量計的性能。
xxxx 這些結果得自第一部分試驗，這些試驗試圖確定8in單聲道和多聲道超聲流量計以不同配管安裝和當與1臺整流器聯合使用的實用經驗。這個試驗是在試驗流量計上游設置一個彎管或兩個彎管，并且在流量計加裝或不裝整流器的情況下運行的。
xxxx 進一步的試驗是打算評估雙向流量計測量性能和流量低于流量計能力1%時的流量測量準確度。在流體可以是雙向流動的地方，如地下儲氣設施，計劃安裝超聲流量計的人們對雙向測量性能是關注的。
對于一個計量站的安裝，需要確定流量計的數量和口徑，因為量程比的原因，低流量的測量性能也應關注。
二、試驗方法
xxxx流量計安裝在高壓環路（HPL）的測試管段上，試驗介質為輸送級的天然氣。同時收集超聲流量計和HPL上的臨界流噴嘴組上的數據，它們作為流量標準。
xxxx 在不同的壓力下，5個雙加權的音速噴嘴相對于HPL稱重罐系統進行現場校準。所有的校準，由1臺在線氣相色譜儀和 AGA 8號報告狀態方程確定氣體性質。
xxxx 與HPL的參比壓力相關的靜壓，在1臺流量計下游兩倍管徑處測量。氣體溫度在每臺流量計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測出的氣體體積一起被用于計算超聲流量計的質量流量，這個質量流量再用來與臨界流噴嘴確定的流量進行比較。
xxxx 根據制造廠選用的方案，超聲流量計可以用不同的方法得到體積流量。流量計M3和M4內部的校準方法用來計算總的氣體體積和運行期間的時間。然后根據總的量計算平均流量。
xxxx 流量計M1和M2報告（測量）實際流量，每秒提供一次流量值，確定平均體積流量。單個通道的狀態、速度和聲速數據也被記錄。
xxxx 典型的測試系統由通過流動環道的可循環氣體構成，并達到氣體溫度和壓力穩定，選擇和切換不同的音速噴嘴組合確定穩定的流量。一個測試點由流量和其它度量90s周期內計算的平均值組成。一個測試點要重復6次以計算平均值和標準偏差。測量數據同時也由2臺渦輪流量計采集。渦輪流量計的數據確認實驗的一致性。
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內徑的40號碳鋼管（7.981in內徑）制成，內部焊縫磨光。測試的流量計安裝在90o長徑彎頭下游40D（D＝8in）、59D、97D處。彎頭的上游安裝一個 12in×16in×10in的Sprenkle流束整流器，整流器之后是一個 10in×8in的同心大小頭和43D 8in直管段直到彎頭。
四、基本測試結果
zzzz2臺多聲道流量計（M1和M3）在基準安裝條件下的測試性能示于圖2和圖3。結果以百分誤差表示（相對于 MRFHPL臨界流噴嘴），其作為通過流量計的平均流速的函數。一個點代表了每個流量下6個重復測量的平均值，誤差帶表示95%置信水平。
zzzz對于流量計M1，在速度大于10ft/s時，所有的數據均落于0.4%范圍之內，與速度無關（見圖2）。 在流速低于10 ft/s時，誤差曲線向上偏轉，這可能是一個正向的零偏差或者修正算法的偏離引起的，這不能完全認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檢查流量計的零流量，指示出零點飄移量為0.01ft/s。如果去掉零飄移，向上的偏轉將會被拉平，由于最小的速度點（2.8ft/s）飄移為0.35%而在5.6ft/s的點飄移為0.18%。無論如何，這說明不能認為曲線向上偏轉完全是零點飄移引起的。
五、 安裝對測試的影響
zzzz到目前已經實施的影響測試的安裝工藝示于圖6。單聲道流量計在兩個不同的位置1和2（一個單90o長徑L形彎管下游10D和19D）進行測試。多聲道流量計在兩個平面布置的彎頭下游，在位置3和4（第二個L形彎管下游10D和19D處）進行測試。
zzzz測試管線為裸管，在位置3和4上游安裝有2臺不同的流束整流器。第一臺流量計位于整流器出口下游5D處，這符合AGA 7號報告對渦輪流量計安裝的最低要求。另外，多聲道流量計的測試中，兩個平面彎頭的布置是與管道成水平方向設置的。由于這種布置代表著一種安裝形式，即彎頭提供了一個豎直的偏移，故流量計要旋轉90o以保持其測量聲道與流動干擾的相對正確方位。
六、 安裝對測試結果的影響
zzzz這些結果以與基準條件下的測試結果的偏差形式報告出來。
zzzz對于多聲道流量計M1和M3，流量計安裝在單90o彎管下游97D處取得的數據結果代表基準條件下的測試結果。單聲道流量計M2和M4，流量計安裝在90o彎管下游78D處，取得的結果用于基準條件下的測試結果。基準條件下的測試結果是一個最接近優化的工藝安裝所能得到的結果。
zzzz多聲道流量計M1在兩個平面彎頭下游10D處測試的結果示于圖7。測試結果表明，裸管安裝產生的測量誤差在基本測量結果的0.5%范圍之內，相對誤差在0.3%～0.5%量級。相對誤差出現在高氣體流速情況。流量計安裝在第二個彎管下游10D處，配備有19管束整流器和GFC型整流器的測試結果沒有明顯的差別。在速度20ft/s以上，兩種整流器降低相對誤差至少到0.25%。
zzzz對于速度20ft/s以下，所有的結果趨于收斂，這表明流量計要么是對安裝布置產生的速度剖面敏感，要么是在這個速度范圍內的速度剖面影響沒有明顯的差別。所計劃的速度剖面的測定將有助于解釋這些結果，它也將進一步對已經收集的與單一聲道速度比有關的數據進行解釋。
zzzz安裝在兩個平面彎頭下游19D的流量計M1的測試結果示于圖8。裸管和19管束整流器的結果相對測量誤差都約為0.5%。當流量計安裝在彎管下游19D處裸管測量的誤差比流量計安裝在10D處的誤差稍微大一些，在10ft/s速度以上，與GFC一起安裝的測量結果與基準條件下的測試結果相比較在0.l%之內。另外，低流速時，測量結果收斂。
zzzz安裝在雙彎頭下游的多聲道流量計M3的測試結果（見圖9）表明，對于裸管，當速度大于20ft/s，M3的誤差小于0.25%。19管束整流器和GFC整流器結果將裸管的測量結果包括在內，具有-0.30%～25%的差值。相對誤差隨著流動速度的變化是由在97D、400 lb/in2（A）處基準條件下的測試數據（見圖3）的弧度引起的。
zzzz 結論
zzzz 基準條件下的測試說明，在一個長徑90o彎頭下游59D處流體速度剖面沒有充分發展，測試的流量計對隨后的發展中的速度剖面敏感。這表明測試的8in流量計的準確度可以通過流量校準得以改善。
zzzz 8in的多聲道流量計的測試結果表明，使用整流器對改進測量準確度具有潛在好處。
zzzz 單聲道流量計測試表明其具有潛能，在流場條件好的情況下，可以獲得優于0.5%的測量準確度。通過安裝在一個單個的90o彎頭下游10D和19D處的流量計的測試說明流量計對一個簡單的擾流的敏感度。相對于基準條件下的測試，流量測量誤差范圍為1%～4%。
zzzz 實驗測試結果只是一個大的測試計劃的初步，對取得的數據和來自這個測試計劃其它的試驗資料進行更加深人的分析，將獲得有關超聲流量計在高壓天然氣中應用性能的新認識。
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