本文阐述了外夹式超声波流量计计量高含硫天然气过程中，利用噪声跟踪方法及测量方法对计量进行优化，解决了因 为气质、组分、安装形成的噪声对天然气计量带来的误差，提高了计量的精度与稳定性。

1.计量原理、背景及意义

高含硫天然气在地面管道的储运过程中由于管道内附 硫及杂质较多，介质呈现多相流状态，其计量方法一直是一 个国际难题。与传统的孔板、涡轮等流量计量方式相比，外 夹式超声流量计具有计量精度高、受气质条件影响小、无安 全隐患、不产生节流、压损等优势，适于高含硫天然气计量。

外夹式超声波流量计测量原理和普通超声波流量计一 致，是利用超声波信号来测量流体流速，换算出流量的速度 式流量仪表。其特点是在管道上外夹安装，与介质不接触， 不受介质影响，无需切断工艺管道，无泄漏隐患，方便安全。

基于超声波流量计工作原理是超声波在介质中传播速 度之差来计量流速。超声波在介质中传播时间是流量计进行 流量计算的主要参数之一，超声换能器对超声波的收发决定 了传播时间测量的准确性。在测量高含硫天然气过程中，超 声波在两种介质中传播的声速有很大差异，衰减程度也不同， 导致换能器通过收发超声波计算其传播时间出现干扰，信号 紊乱，影响测量准确性。为保证超声流量计能够准确测量， 主要从三个方面进行控制：噪声数字信号处理、选择正确安 装位置和正确选型。本文主要提出了利用噪声跟踪的方法， 并结合外夹式超声波流量计的安装位置和选型等从三个方 面优化超声波流量计计量过程中的声波信号，根据声波在不 同介质中传播的声速和衰减程度变化进行修正统计。

2.声波信号的准确获取与噪声跟踪

2.1噪声跟踪进行修正

测量多相流时，由于天然气声波信号会受到各种因素的 干扰，因此进行噪声跟踪对声波信号进行优化与剔除处理。 本文选用FLEXIM型号为G608的两台外夹式超声波流量计进 行了噪声跟踪法优化测量混相流的对比实验，利用噪声跟踪 将噪声信号剔除，消除噪声影响，实现准确测量，见下图。

实验采用两台超声波流量计同时测量管径为413mm 的同根管段，测量介质为标准天然气，一台采用了噪声跟踪 法，另一台没有采用此方法。在时间轴2.40分，在测量点 上游持续加入约10%的液体及固体颗粒，图（A)中没有采 用噪声跟踪法的超声波信号质量出现紊乱，信噪比跌到0 dB， 无法进行测量。图（B)中采用了噪声跟踪法持续保持了信 号的稳定，信噪比保持在40 dB以上，和现场仪表进行了 比对数据吻合，实现了准确测量。

2.1.1时间到达差异的修正

处于多相流状态液体小于10%时，在测量数据中会出 现一些离散值。针对这一结果，采用数理统计的Grabbs法 剔除其中的离散值后再求平均值，使计算值更接近实际值。

2.1. 2声道角变化影响的修正

根据斯那尔（Snall)定律式，声道角e随流体中声速c 的变化而变化，而e又是超声波在流体传播中传播时间的重 要函数，因此，必须对e角进行自动跟踪修正，以达到传播 时间补偿的目的。

2.2正确的安装位置及方法

正确选择测量点，是减少附加比对测试误差的前提条件。 为此必须做到以下两点：一是测量点应选择在管道上游10 倍以上、下游5倍以上管径长度的直管段上，测量点处应无 焊缝、无振动及无电磁干扰源等；二是由流量计安装单位提 供详尽的测试管道设计参数，现场用卡尺或钢卷尺和超声波 测厚仪对管道外径及壁厚进行复核，为减小误差，管道外径 及壁厚应进行多点测量后取其平均值。

对换能器安装方法的选择原则一般是：当流体沿管轴 线平行流动时，对大管径测量，采用Z型安装，以增强接 收信号的强度；对小口径管道来说，采用V型或W型安 装，以增加声程。当流动方向与管铀线不平行时，采用X法。 当流场分布不均匀而表前直管段又较短时，可采用多声道来 克服流速扰动带来的流量测量误差。单通道流量计是按气体 通过管道的流速差，用修正系数修正气体的流速。多通道流 量计使用多对传感器，在管道内的不同区域取得气体流速， 再确定出真正的平均流速。一些多通道的流量计设计有测量 非轴线流分量的通道，只要使用非同一平面内的结构形式， 最后可达到修正补偿。

2.3正确的选型

在一般流速下超声波在不同介质中的传播时间差只有 几百纳秒（随管径的不同而不同），所以设备响应必须在 80ms以下，才能保证有较高的测量精度，同时设备必需具 有双通道功能，流量计计算机需内置双高速处理器，第一处 理器连续高速采样测量(频率1000 Hz),原始数据保存在传 感器缓存中，由第二处理器设定测量过程及分析原始数据, 剔除无效的原始数据。高速采样和自适应信号处理技术，才 能确保测量精确稳定。