外夾式超聲波流量計(jì)產(chǎn)品特點(diǎn)及其在石油輸送管線上的應(yīng)用

本文概述：
　　　石油行業(yè)的管道運(yùn)輸中涉及到的流量計(jì)類型有很多種，質(zhì)量流量計(jì)、電磁流量計(jì)，超聲波流量計(jì)都是在生產(chǎn)中使用相當(dāng)普遍的，通過流量計(jì)的測量，生產(chǎn)工作人員可以實(shí)時地監(jiān)測到管道內(nèi)石油的輸送狀況，通過對于管道內(nèi)石油流速數(shù)據(jù)的監(jiān)測和分析，不僅可以及時判斷輸油管道是否出現(xiàn)漏點(diǎn)和漏點(diǎn)的位置，減少輸油管道泄漏時造成的經(jīng)濟(jì)損失。更為重要的是能夠及時地了解石油在各站間的流速，為管道油品監(jiān)測模擬仿真及混油量的計(jì)算提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

　　　本文則是對于石油管道中使用的超聲波流量計(jì)作一個重點(diǎn)的闡述，內(nèi)容涉及到了超聲波流量計(jì)發(fā)展、分類及在輸油管線上的應(yīng)用、外夾式超聲波流量計(jì)的檢測原理以及適宜石油輸送超聲波流量計(jì)不同型號的選擇，同時也對于幾種外夾式超聲波流量計(jì)的安裝方法作簡單介紹。



一、測量石油輸送流量的儀表種類
　　　當(dāng)今工業(yè)生產(chǎn)中實(shí)際投入使用的流量傳感器有很多種類型，所使用的原理和方法也各不相同，如果從單單從檢測原理上分類，主要可分為“聲、光、熱、力、電”等原理。以行業(yè)內(nèi)通常的分類法則為分為容積式、差壓式、浮子式、渦輪式、電磁式、渦街式、插入式、外夾式、管段式、便攜式等等。不同種類的流量計(jì)適應(yīng)的流體介質(zhì)不同，待測流體介質(zhì)導(dǎo)電性較好的適宜使用電磁式流量計(jì)。而超波流量計(jì)則更擅長于在大管徑、大流量、高密度、高速度和長距離輸送要求的測量工況條件，因此對于大管徑的流量測量選擇超聲波流量計(jì)應(yīng)該是一個最優(yōu)化方案之一。

二、超聲波流量計(jì)的發(fā)展歷程
　　世界上首臺超聲波流量計(jì)出現(xiàn)在19世紀(jì)的德國，距離現(xiàn)在已有80多年的歷史。最近幾年來，隨著科技發(fā)展日新月異，全球進(jìn)入一個以數(shù)字化、自動化、信息化為主導(dǎo)的新型工業(yè)　革命中，高速數(shù)字信號的處理技術(shù)與微處理技術(shù)的快速發(fā)展為超聲波流量計(jì)發(fā)展提供了技術(shù)升級的強(qiáng)大活力。同時，伴隨著流量計(jì)探頭新材料和新的加工工藝的出現(xiàn)以及聲道配置等技術(shù)的進(jìn)步，未來超聲波流量計(jì)的技術(shù)優(yōu)勢將更為強(qiáng)勁，發(fā)展勢頭更加迅猛。

三、石油輸送流量監(jiān)測儀表的選型
　　超聲波流量計(jì)的系統(tǒng)構(gòu)成包括電源、換能器、接線盒、轉(zhuǎn)換器。如圖1所示換能器也就是傳感器，按照傳感器的安裝方式不同，又可以將超聲波流量計(jì)分為外夾式、管段式和插入式超聲波流量計(jì)。
　　3.1外夾式超聲波流量計(jì)
　　外夾式又稱外貼式超聲波流量計(jì)，它是產(chǎn)生最早，用戶最熟悉且應(yīng)用最廣泛的超聲波流量計(jì)，特點(diǎn)是使用時不會與被測量介質(zhì)接觸，適于測量不易接觸和觀察的流體以及大管徑流量，不在管道內(nèi)安裝儀器則不會改變介質(zhì)的流動狀態(tài)及產(chǎn)生附加阻力。正因?yàn)槌暡髁坑?jì)屬于非接觸式儀表，所以它的安裝和檢修均不會影響生產(chǎn)管線的正常運(yùn)行。外夾式超聲波流量計(jì)是石油輸送過程流量監(jiān)測儀器的最佳選擇類型。
　　3.2 管段式超聲波流量計(jì)
　　生產(chǎn)企業(yè)中某些管道因材質(zhì)疏松、聲波傳送效果差，或者管道內(nèi)壁銹蝕、有襯里等原因，致使聲波信號在傳輸過程中衰減嚴(yán)重，用外夾式超聲波流量計(jì)無法正常測量，因而催生了管段式超聲波流量計(jì)。
　　如圖2所示，管段式超聲波流量計(jì)就是把換能器和測量管連成一個整體安裝在管道中間進(jìn)行流體流量的超聲波檢測。它的優(yōu)點(diǎn)是測量精度高，缺點(diǎn)是安裝和檢修時必須停止流體輸送。
　　3.3 入式超聲波流量計(jì)
　　插入式超聲波流量計(jì)的使用介于外夾式和管段式之間。安裝時一般需要斷流安裝，如果通過專用工具也可以實(shí)現(xiàn)非斷流安裝，安裝示意圖如圖3所示。其測量精度優(yōu)于外夾式超聲波流量計(jì)，相對管段式超聲波流量計(jì)稍差。

四、超聲波流量計(jì)的檢測原理
　　封閉管道用上超聲波流量計(jì)的測量原理有5種，現(xiàn)在使用最多的是傳播時間法和多普勒法兩大類。
　　4.1 傳播時間法超聲波流量計(jì)檢測原理
　　傳播時間法的測量原理是：聲波在流體中傳播時，沿著流體流動的順流和逆流方向受到的影響不同，換能器接收到的聲波就不同，接收到的信號通過轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成代表流量的電信號供給顯示和計(jì)算儀表進(jìn)行顯示和計(jì)算[2]。
　　外夾式超聲波流量計(jì)主要采用傳輸時間差法測量流量。如圖4所示，超聲波穿過流體順流和逆流時間不同，其時間差Δt與流體速度FV成正比，介質(zhì)流速越快，“ΔT”就越大。
　　4.2 多普勒法超聲波流量計(jì)的檢測原理
　　聲波在流體介質(zhì)中傳播時，經(jīng)流體中顆粒反射回?fù)Q能器的頻率不同，這一現(xiàn)象被稱稱為多普勒效應(yīng)。所謂多普勒測量原理，就是依據(jù)聲波的多普勒效應(yīng)計(jì)算出流體的流量。
　　使用超聲波測量流體流量時選擇傳播時間法還是多普勒法？其主要判斷要素是：液體潔凈程度或雜質(zhì)含量，測量精度要求。

五、外夾式超聲波流量計(jì)安裝調(diào)試方法
　　5.1 數(shù)據(jù)輸入步驟
　?。?）首先用盒尺量出被測管路的周長。
　?。?）打開儀表，接通電源，儀表顯示超聲波流量計(jì)版本號或菜單
　　（3）按鍵，儀表顯示輸入菜單號碼=-------；再按10儀表顯示輸入管道外周長，將用盒尺測量出的周長直接輸入。例：周長為318mm，直接按3、1、8后按鍵。
　　（4）按鍵進(jìn)入 號窗口儀表顯示管外徑。
　?。?）按鍵進(jìn)入 號窗口，輸入被測管路壁厚，按鍵。
　?。?）按鍵進(jìn)入號窗口，選擇被測管路材質(zhì)，按鍵后用鍵選擇，儀表顯示不同材質(zhì)，選擇完畢，再按鍵。例：管路為碳鋼，即儀表顯示0、碳鋼，然后按鍵。（具體材質(zhì)見說明書項(xiàng)內(nèi)容
　?。?）按鍵進(jìn)入 號窗口，選擇被測管路襯材，輸入方法同（6）。
　　（8）按鍵進(jìn)入 號窗口，選擇流體類型，輸入方法同（6）。
　　（9）按鍵進(jìn)入 號窗口，選擇探頭類型，輸入方法同（6）。“一般選擇標(biāo)準(zhǔn)M1型中探頭”按鍵。
　?。?0）按鍵進(jìn)入 號窗口，選擇安裝方式，一般情況下管路>50mm用Z方式，按鍵。
　?。?1）按鍵進(jìn)入 號窗口，窗口自動顯示出兩個探頭的安裝距離。次距離為探頭頂部對頂部的安裝距離。
　?。?2）按鍵輸入 ，進(jìn)入40號窗口，窗口顯示阻尼系數(shù)，按鍵輸入20，再按鍵。 　?。?3）按鍵進(jìn)入號窗口，窗口顯示低流速切除值，按確認(rèn)鍵后輸0.03，再按確認(rèn)鍵。
　?。?4）按鍵輸入26，進(jìn)入 號窗口，選擇“1，固化參數(shù)并總使用”然后按鍵。
　　5.2 傳感器安裝點(diǎn)的選擇
　　測量點(diǎn)要盡量選擇距上游10倍直徑，下游5倍直徑以內(nèi)均勻直管段，沒有任何閥門、彎頭、變徑等干擾流場裝置，流體必須為滿管。
　　5.3 安裝方法
　?。?）Z方式安裝：以管路周長為200mm為例（如圖5）：
　　1）在管路一面外側(cè)劃一長十字為A點(diǎn)，以十字為中心用盒尺向另一側(cè)量出1/2周長，即100mm，該點(diǎn)為B點(diǎn)。2）根據(jù)儀表顯示安裝距離，例如安裝距離為25mm，從A點(diǎn)向一側(cè)量出25mm為C點(diǎn)和上面一樣向從B點(diǎn)另一側(cè)量出管路1/2周長為D點(diǎn)，B、D兩點(diǎn)連接，D點(diǎn)劃十字，A、D兩點(diǎn)即為兩個探頭安裝點(diǎn)（如圖6）。
　?。?）將選好兩安裝點(diǎn)，用手砂輪打磨干凈出3倍探頭大小的面積后，探頭抹上黃油，貼在A、D兩點(diǎn)處，用鋼帶綁緊（一只探頭可綁緊，另一只稍微松些，以備一會調(diào)整探頭位置時之用）。
　　探頭安裝完畢后，按，儀表顯示上游=X1；下游=X2；Q值=X3上游、下游為信號強(qiáng)度，數(shù)值應(yīng)大于60以上。且上、下游數(shù)據(jù)接近。Q值為信號質(zhì)量，數(shù)值應(yīng)在50以上。如信號強(qiáng)度不理想，應(yīng)輕微移動一側(cè)探頭（上，下，左，右輕輕移動）同時觀查信號強(qiáng)度變化，75-85之間最好。如還不行，應(yīng)檢查流體內(nèi)是否含有大量氣泡，或流體不滿管。
　　例：上游=87.5，下游=86.5，Q值=70（Q值總在60-80之間變化）為好。再按號窗口，儀表顯示信號傳輸比，此值應(yīng)盡量調(diào)到100%最次在（100±3）%范圍內(nèi)波動。90、91項(xiàng)窗口靠上下左右微調(diào)傳感器位置（一般不超過2cm范圍）調(diào)整數(shù)值。一定將數(shù)值調(diào)整到要求范圍內(nèi)。
　　上述過程完畢，按 即可進(jìn)行測量。

六、超聲波流量計(jì)使用中常見問題及原因分析
　?。?）管道上已打磨光滑，但安裝測量時信號始終為0-2%之間，無法測量?？赡茉虬ǎ?）管道內(nèi)壁結(jié)垢較多，超聲波衰減較嚴(yán)重，無法測量；2）管道有內(nèi)襯，內(nèi)襯與管道之間有間隙，導(dǎo)致聲波不能穿透，無法測量；3）耦合計(jì)干涸，失去作用；4）介質(zhì)含雜、氣泡增多或介質(zhì)糊住探頭；5）探頭位置發(fā)生變化；6）探頭老化；7）探頭電纜接觸不良。
　?。?）超聲波流量計(jì)產(chǎn)生流量讀數(shù)不穩(wěn)定?？赡茉虬ǎ?）測量點(diǎn)直管短，不符合測量要求；2）介質(zhì)含有氣體或雜質(zhì)且不穩(wěn)定；3）儀表故障。
　　（3）超聲波流量計(jì)信號很弱，波形差，讀數(shù)不穩(wěn)定?？赡茉虬ǎ?）安裝探頭位置不正確（前10D后5D）；2）參數(shù)設(shè)置出錯；3）管道使用多年使內(nèi)壁結(jié)垢太厚；4）有氣泡或渦流；5）管徑太大，1200mm以上可考慮換插入式探頭。

七、通過超聲波流量計(jì)可以判斷流體在管道輸送過程中是否存在泄漏
　　管道運(yùn)輸以其特有的經(jīng)濟(jì)、便攜、安全等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于石油、天然氣等液體、氣體、漿液的運(yùn)輸中，并且已成為與鐵路、公路、航空、水運(yùn)并駕齊驅(qū)的五大運(yùn)輸行業(yè)之一。但是，隨著輸送管線的增長和使用年限的延長，以及管道的腐蝕、磨損等自然或人為原因，管道泄露事故的發(fā)生時不可避免的。管道的泄露既影響正常生產(chǎn)，又造成經(jīng)濟(jì)損失、環(huán)保隱患和能源浪費(fèi)。
　　目前，已經(jīng)產(chǎn)生了一種超聲波流量計(jì)輸油管道泄漏監(jiān)測方法，突出了超聲波流量計(jì)的原理及技術(shù)特點(diǎn)，提高了定位精度，降低監(jiān)測費(fèi)用。

八、本文結(jié)語
　　外夾式超聲波流量計(jì)作為一種工作性能和測量效果特別優(yōu)秀的流量儀表，無論是在測量安裝的方便性和性價比有著其它類型儀表無法比擬的優(yōu)勢，因?yàn)橥鈯A式超聲波流量計(jì)在石油管道上的使用，無需切割管道，不僅減少了施工費(fèi)用，減少了工作量，同時也保證了管道的安全，并且因?yàn)闇y量儀表是管道外置方式，非常利于儀表的安裝、清洗和維護(hù)，為管線的正常運(yùn)營和維護(hù)提供了很好的保障