超聲波流量計(jì)在輸油管道中的應(yīng)用

工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化過程控制作為一個(gè)系統(tǒng)的工程，需要各種類型的設(shè)備協(xié)同配套。流量儀表作為對生產(chǎn)的液體原料進(jìn)行測量和控制的設(shè)備，是整個(gè)系統(tǒng)中極為重要的一環(huán)。輸油管道中的流量測量的流量計(jì)一般有電磁流量計(jì)、超聲波流量計(jì)、質(zhì)量流量計(jì)、渦輪流量計(jì)等。所有這些類型的流量計(jì)產(chǎn)品都可以通過輸出4-20mA或其它類型的標(biāo)準(zhǔn)控制信號(hào)與外部的調(diào)節(jié)閥配合使用實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)，同時(shí)也可以與泄漏定位系統(tǒng)配合實(shí)現(xiàn)精確定位。利用這套自動(dòng)化系統(tǒng)可以對生產(chǎn)單位的正常運(yùn)行和安全生產(chǎn)提供可靠的保證。針對于這個(gè)情況，撰寫本文對超聲波流量計(jì)在自動(dòng)控制系統(tǒng)、及泄漏定位系統(tǒng)的應(yīng)用進(jìn)行了簡單介紹，對同樣使用超聲波流量計(jì)的輸油單位具有一定的借鑒意義。



一、超聲波流量計(jì)簡介
　　超聲波流量計(jì)是近十幾年來隨著集成電路技術(shù)迅速發(fā)展才開始應(yīng)用的儀表，技術(shù)成熟領(lǐng)先、性價(jià)比高。特別是管道式一體型超聲波流量計(jì)，應(yīng)用范圍廣泛，測量聲道可達(dá)3個(gè)，穩(wěn)定性和可靠性高，可在線檢定，操作和維護(hù)成本非常低，性價(jià)比高，精度可達(dá)±0.3%。它采用先進(jìn) “時(shí)差法”測量原理，利用超聲波脈沖在通過液體順逆兩方向上傳播速度之差來求圓管內(nèi)液體的流量，幾乎不受被測流體溫度、壓力、粘度、密度等參數(shù)的影響。

二、超聲波流量計(jì)工作原理
　　當(dāng)超聲波束在液體中傳播時(shí)，液體的流動(dòng)將使傳播時(shí)間產(chǎn)生微小變化，并且其傳播時(shí)間的變化正比于液體的流速，其關(guān)系符合下列表達(dá)式：
　　其中，θ為聲束與液體流動(dòng)方向的夾角，M 為聲束在液體的直線傳播次數(shù)；D 為管道直徑，Tup 為聲束在正方向上的傳播時(shí)間，Tdown為聲束在逆方向上的傳播時(shí)間，ΔT=Tup-Tdown

三、與調(diào)節(jié)閥配合實(shí)現(xiàn)自動(dòng)配輸
　　自動(dòng)配比輸油系統(tǒng)是由給油泵、電機(jī)、電動(dòng)閥門、超聲波流量計(jì)、配輸調(diào)節(jié)閥組成。自動(dòng)配輸通過超聲波流量計(jì)流量計(jì)和配輸調(diào)節(jié)閥來實(shí)現(xiàn)，其工作流程是中洛線進(jìn)口油、中原油分別經(jīng)過進(jìn)口油管線、中原油管線進(jìn)入濮陽首站，分別進(jìn)入兩條配輸管道，經(jīng)過超聲波流量計(jì)給調(diào)節(jié)閥提供精確地介質(zhì)流量實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)每條管線的輸油流量，進(jìn)口油、中原油按照既定的輸油比例在配輸調(diào)節(jié)閥后混合輸油。

四、與泄漏定位系統(tǒng)配合實(shí)現(xiàn)精確定位
　　安裝超聲波流量計(jì)，增加流量信號(hào)后，可以利用瞬時(shí)流量的對比區(qū)分管道泄漏與管道正常工況的變化：當(dāng)管道發(fā)生泄漏時(shí)，管道上游端瞬時(shí)流量上升、壓力下降，管道泄漏端瞬時(shí)流量下降、壓力下降；管道正常工況變化時(shí)，管道上（下）游端流量、壓力同時(shí)上升或下降。利用這一特點(diǎn)，可以準(zhǔn)確區(qū)分管道是否發(fā)生泄漏。
　?。?）當(dāng)管道首末端安裝流量計(jì)后，可以采用實(shí)時(shí)模型法判斷和定位泄漏。實(shí)時(shí)模型法認(rèn)為流體輸送管道是一個(gè)復(fù)雜的水力與熱力系統(tǒng)，根據(jù)瞬變流的水力模型和熱力模型及沿程摩阻的達(dá)西公式建立起管道的實(shí)時(shí)模型，以測量的壓力、流量等參數(shù)作為邊界條件，由模型估計(jì)管道內(nèi)的壓力、流量等參數(shù)值，估計(jì)值與實(shí)測值比較，當(dāng)偏差大于給定值時(shí)，即認(rèn)為發(fā)生了泄漏。
　?。?）管道首末端安裝流量計(jì)，為需要流量計(jì)提供累計(jì)流量、瞬時(shí)流量等參數(shù)。
　?。?）采用管道首末端流量計(jì)提供的累計(jì)流量值，可以根據(jù)質(zhì)量平衡法判斷管道是否發(fā)生泄漏，進(jìn)行流量對比的時(shí)間段可以改變，以發(fā)現(xiàn)較小的泄漏。
　?。?）采用流量平衡法，需要同時(shí)測量流體的溫度，以便對流量數(shù)據(jù)進(jìn)行修正。流量平衡法可以彌補(bǔ)這種缺點(diǎn)，它也是判斷管道是否發(fā)生泄漏的一種常用方法，這種方法依靠質(zhì)量守恒定律，沒有泄漏時(shí)進(jìn)入管道的質(zhì)量流量和流出管道的質(zhì)量流量是相等的。如果進(jìn)入流量大于流出流量，就可以判斷出管道中間有泄漏點(diǎn)。對于加熱輸送的管道，還需計(jì)算沿程溫降對流體密度和體積的影響。這意味著“進(jìn)多少出多少”的簡單系統(tǒng)在某些應(yīng)用中是不夠完善的，為此質(zhì)量/流量平衡法檢測管道泄漏的故障方法需要配合其它方法聯(lián)合使用。
　?。?）采用管道首末端流量計(jì)提供的瞬時(shí)流量值，可以根據(jù)瞬時(shí)流量的變化，準(zhǔn)確判斷管道是否發(fā)生泄漏，排除正常的工況變化。
　?。?）可以建立管道的實(shí)時(shí)模型，根據(jù)實(shí)時(shí)模型法判斷是否發(fā)生泄漏以及確定泄漏發(fā)生的位置。
　　（7）可以采用多種方法判斷泄漏和定位泄漏。利用流量校核幫助判斷管道是否發(fā)生泄漏。

五、流量測量系統(tǒng)的維護(hù)要求
　　超聲波流量計(jì)日常不需維護(hù)，每半年應(yīng)檢查其信號(hào)強(qiáng)度，如發(fā)現(xiàn)信號(hào)強(qiáng)度低于65，應(yīng)將傳感器取下，將焊接在管段上的導(dǎo)波管內(nèi)螺紋孔清理干凈，保證沒有水分，然后將傳感器清理干凈，表面重新涂上耦合劑，用手小心旋入導(dǎo)波管內(nèi)。注意：用手?jǐn)Q緊即可，切勿使用扳手加力