超声波流量计在输油管道中的应用

工业生产自动化过程控制作为一个系统的工程，需要各种类型的设备协同配套。流量仪表作为对生产的液体原料进行测量和控制的设备，是整个系统中极为重要的一环。输油管道中的流量测量的流量计一般有电磁流量计、超声波流量计、质量流量计、涡轮流量计等。所有这些类型的流量计产品都可以通过输出4-20mA或其它类型的标准控制信号与外部的调节阀配合使用实现自动调节，同时也可以与泄漏定位系统配合实现精确定位。利用这套自动化系统可以对生产单位的正常运行和安全生产提供可靠的保证。针对于这个情况，撰写本文对超声波流量计在自动控制系统、及泄漏定位系统的应用进行了简单介绍，对同样使用超声波流量计的输油单位具有一定的借鉴意义。
 


一、超声波流量计简介
　　超声波流量计是近十几年来随着集成电路技术迅速发展才开始应用的仪表，技术成熟领先、性价比高。特别是管道式一体型超声波流量计，应用范围广泛，测量声道可达3个，稳定性和可靠性高，可在线检定，操作和维护成本非常低，性价比高，精度可达±0.3%。它采用先进 “时差法”测量原理，利用超声波脉冲在通过液体顺逆两方向上传播速度之差来求圆管内液体的流量，几乎不受被测流体温度、压力、粘度、密度等参数的影响。
 
二、超声波流量计工作原理
　　当超声波束在液体中传播时，液体的流动将使传播时间产生微小变化，并且其传播时间的变化正比于液体的流速，其关系符合下列表达式：
　　其中，θ为声束与液体流动方向的夹角，M 为声束在液体的直线传播次数；D 为管道直径，Tup 为声束在正方向上的传播时间，Tdown为声束在逆方向上的传播时间，ΔT=Tup-Tdown
 
三、与调节阀配合实现自动配输
　　自动配比输油系统是由给油泵、电机、电动阀门、超声波流量计、配输调节阀组成。自动配输通过超声波流量计流量计和配输调节阀来实现，其工作流程是中洛线进口油、中原油分别经过进口油管线、中原油管线进入濮阳首站，分别进入两条配输管道，经过超声波流量计给调节阀提供精确地介质流量实现自动调节每条管线的输油流量，进口油、中原油按照既定的输油比例在配输调节阀后混合输油。
 
四、与泄漏定位系统配合实现精确定位
　　安装超声波流量计，增加流量信号后，可以利用瞬时流量的对比区分管道泄漏与管道正常工况的变化：当管道发生泄漏时，管道上游端瞬时流量上升、压力下降，管道泄漏端瞬时流量下降、压力下降；管道正常工况变化时，管道上（下）游端流量、压力同时上升或下降。利用这一特点，可以准确区分管道是否发生泄漏。
　　（1）当管道首末端安装流量计后，可以采用实时模型法判断和定位泄漏。实时模型法认为流体输送管道是一个复杂的水力与热力系统，根据瞬变流的水力模型和热力模型及沿程摩阻的达西公式建立起管道的实时模型，以测量的压力、流量等参数作为边界条件，由模型估计管道内的压力、流量等参数值，估计值与实测值比较，当偏差大于给定值时，即认为发生了泄漏。
　　（2）管道首末端安装流量计，为需要流量计提供累计流量、瞬时流量等参数。
　　（3）采用管道首末端流量计提供的累计流量值，可以根据质量平衡法判断管道是否发生泄漏，进行流量对比的时间段可以改变，以发现较小的泄漏。
　　（4）采用流量平衡法，需要同时测量流体的温度，以便对流量数据进行修正。流量平衡法可以弥补这种缺点，它也是判断管道是否发生泄漏的一种常用方法，这种方法依靠质量守恒定律，没有泄漏时进入管道的质量流量和流出管道的质量流量是相等的。如果进入流量大于流出流量，就可以判断出管道中间有泄漏点。对于加热输送的管道，还需计算沿程温降对流体密度和体积的影响。这意味着“进多少出多少”的简单系统在某些应用中是不够完善的，为此质量/流量平衡法检测管道泄漏的故障方法需要配合其它方法联合使用。
　　（5）采用管道首末端流量计提供的瞬时流量值，可以根据瞬时流量的变化，准确判断管道是否发生泄漏，排除正常的工况变化。
　　（6）可以建立管道的实时模型，根据实时模型法判断是否发生泄漏以及确定泄漏发生的位置。
　　（7）可以采用多种方法判断泄漏和定位泄漏。利用流量校核帮助判断管道是否发生泄漏。
 
五、流量测量系统的维护要求
　　超声波流量计日常不需维护，每半年应检查其信号强度，如发现信号强度低于65，应将传感器取下，将焊接在管段上的导波管内螺纹孔清理干净，保证没有水分，然后将传感器清理干净，表面重新涂上耦合剂，用手小心旋入导波管内。注意：用手拧紧即可，切勿使用扳手加力