超聲波流量計在輸油管道中的應(yīng)用

工業(yè)生產(chǎn)自動化過程控制作為一個系統(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)的液體原料進行測量和控制的設(shè)備，是整個系統(tǒng)中極為重要的一環(huán)。輸油管道中的流量測量的流量計一般有電磁流量計、超聲波流量計、質(zhì)量流量計、渦輪流量計等。所有這些類型的流量計產(chǎn)品都可以通過輸出4-20mA或其它類型的標準控制信號與外部的調(diào)節(jié)閥配合使用實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)，同時也可以與泄漏定位系統(tǒng)配合實現(xiàn)精確定位。利用這套自動化系統(tǒng)可以對生產(chǎn)單位的正常運行和安全生產(chǎn)提供可靠的保證。針對于這個情況，撰寫本文對超聲波流量計在自動控制系統(tǒng)、及泄漏定位系統(tǒng)的應(yīng)用進行了簡單介紹，對同樣使用超聲波流量計的輸油單位具有一定的借鑒意義。



一、超聲波流量計簡介
　　超聲波流量計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、性價比高。特別是管道式一體型超聲波流量計，應(yīng)用范圍廣泛，測量聲道可達3個，穩(wěn)定性和可靠性高，可在線檢定，操作和維護成本非常低，性價比高，精度可達±0.3%。它采用先進 “時差法”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、超聲波流量計工作原理
　　當超聲波束在液體中傳播時，液體的流動將使傳播時間產(chǎn)生微小變化，并且其傳播時間的變化正比于液體的流速，其關(guān)系符合下列表達式：
　　其中，θ為聲束與液體流動方向的夾角，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間，Tdown為聲束在逆方向上的傳播時間，ΔT=Tup-Tdown

三、與調(diào)節(jié)閥配合實現(xiàn)自動配輸
　　自動配比輸油系統(tǒng)是由給油泵、電機、電動閥門、超聲波流量計、配輸調(diào)節(jié)閥組成。自動配輸通過超聲波流量計流量計和配輸調(diào)節(jié)閥來實現(xiàn)，其工作流程是中洛線進口油、中原油分別經(jīng)過進口油管線、中原油管線進入濮陽首站，分別進入兩條配輸管道，經(jīng)過超聲波流量計給調(diào)節(jié)閥提供精確地介質(zhì)流量實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)每條管線的輸油流量，進口油、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)配合實現(xiàn)精確定位
　　安裝超聲波流量計，增加流量信號后，可以利用瞬時流量的對比區(qū)分管道泄漏與管道正常工況的變化：當管道發(fā)生泄漏時，管道上游端瞬時流量上升、壓力下降，管道泄漏端瞬時流量下降、壓力下降；管道正常工況變化時，管道上（下）游端流量、壓力同時上升或下降。利用這一特點，可以準確區(qū)分管道是否發(fā)生泄漏。
　?。?）當管道首末端安裝流量計后，可以采用實時模型法判斷和定位泄漏。實時模型法認為流體輸送管道是一個復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西公式建立起管道的實時模型，以測量的壓力、流量等參數(shù)作為邊界條件，由模型估計管道內(nèi)的壓力、流量等參數(shù)值，估計值與實測值比較，當偏差大于給定值時，即認為發(fā)生了泄漏。
　?。?）管道首末端安裝流量計，為需要流量計提供累計流量、瞬時流量等參數(shù)。
　?。?）采用管道首末端流量計提供的累計流量值，可以根據(jù)質(zhì)量平衡法判斷管道是否發(fā)生泄漏，進行流量對比的時間段可以改變，以發(fā)現(xiàn)較小的泄漏。
　?。?）采用流量平衡法，需要同時測量流體的溫度，以便對流量數(shù)據(jù)進行修正。流量平衡法可以彌補這種缺點，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，沒有泄漏時進入管道的質(zhì)量流量和流出管道的質(zhì)量流量是相等的。如果進入流量大于流出流量，就可以判斷出管道中間有泄漏點。對于加熱輸送的管道，還需計算沿程溫降對流體密度和體積的影響。這意味著“進多少出多少”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提供的瞬時流量值，可以根據(jù)瞬時流量的變化，準確判斷管道是否發(fā)生泄漏，排除正常的工況變化。
　?。?）可以建立管道的實時模型，根據(jù)實時模型法判斷是否發(fā)生泄漏以及確定泄漏發(fā)生的位置。
　?。?）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)的維護要求
　　超聲波流量計日常不需維護，每半年應(yīng)檢查其信號強度，如發(fā)現(xiàn)信號強度低于65，應(yīng)將傳感器取下，將焊接在管段上的導波管內(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，用手小心旋入導波管內(nèi)。注意：用手擰緊即可，切勿使用扳手加力