超聲波流量計在管道中的應用

超聲波污水流量計是一種利用超聲波脈沖來測量流體流量的速度式流量儀表，從20世紀80年代開始進入中國工業生產和計量領域，并涌現出了大量新產品，成為新型流量計的主要品種之一。
　　
　　2工作原理
　　
　　按工作原理可分為傳播速度差法和多普勒法[1]，因根據多普勒法的產品應用較少，且主要用
　　
　　于多相流體的測量，這里暫不做介紹，主要探討一下依據傳播速度差法原理測量單相流。傳播速度
　　
　　差法有時間差法、頻率差法和相位差法，文中主要討論應用較多的時間差法。
　　
　　3主要特點
　　
　　與傳統的機械和電磁式流量測量儀表相比，超聲波流量計具有很多優點[6]。
　　
　　a）超聲波污水流量計可從管道外部進行測量，作為非接觸式儀表，該類型儀表無壓力損失，不改
　　
　　變流體的流動狀態，對原有的管道無需做任何加工即可測量。
　　
　　b）超聲波流量計的輸出信號與被測流體流量成線性關系。
　　
　　c）測量結果不受被測流體的黏度、電導率的影響，可測非導電性液體（或氣體）。
　　
　　d）在大口徑大流量測量中，其造價基本上與管徑的大小無關，節約能耗。而其他流量計隨著
　　
　　管徑的增大，制造成本會大幅度增加。
　　
　　e）更適用于惡劣條件下的被測對象（高壓、高黏度、強腐蝕、易揮發、易爆、放射性介質等
　　
　　），因檢測件無需與之接觸，帶來了很大的好處和便利。
　　
　　當然，每種產品也有不足之處，外夾式超聲波流量計，其檢測元件維修更換比較方便，無需斷
　　
　　流進行，不對生產運行產生影響，但因其在管道外測量，且聲道數較少，所以其精度要比管道嵌入
　　
　　式的要低；如果是管道嵌入式超聲波流量計相對來說維修和更換就比較麻煩，但目前產品可做到三
　　
　　聲道、四聲道甚至更多聲道數，所以產品的精度會比較高。另外，因為超聲波流量計安裝要求其前
　　
　　后直管段有比較大的限制（*D后5D），這樣會造成計量精度級產品用于貿易交接，尤其是組裝
　　
　　成橇時，橇的體積會比較大，造價成本和運輸成本都會較高。
　　
　　4在西部原油成品油管道工程中的應用
　　
　　西部原油成品油管道起始于新疆維吾爾自治區烏魯木齊市，沿線經過新疆、甘肅兩省，管線終
　　
　　點位于蘭州市西固區。西部管道工程包括兩部分，即成品油管道工程和原油管道工程，成品油管道
　　
　　干線和原油管道干線同溝敷設[7]。
　　
　　西部管道工程的特點是油品來源較多，油品復雜，而且成品油采用順序輸送的方式，選用
　　
　　UFM3030K/F管道嵌入式超聲波流量計，與外夾式超聲波流量計相比，它可以更好地避免管道壁厚不
　　
　　均勻對測量精度造成的影響。
　　
　　在如此長的成品油和原油管道工程中，尤其是考慮到貿易交接、經濟分析和降低成本等主要因
　　
　　素時，流量計的計量便顯得格外的關鍵，它將直接影響到企業的經濟效益與用戶利益。
　　
　　超聲波污水流量計的安裝和選型是一個比較復雜的工作，它包括被測介質種類，儀表性能參數，換能器類型及其適用范圍，轉換器的基本功能，聲道設置及前后直管段的長度要求等，設計過程中要
　　
　　做好以下幾方面：
　　
　　a）了解現場測量對象的實際情況及物理特性，這是選型的前提。
　　
　　b）信號處理單元應適于在戶外和爆炸危險性場所安裝，其防爆、防護等級應符合現場要求。
　　
　　c）換能器前后要有足夠長的直管段，以確保流體所需的流速分布，一般情況下要求前直管段
　　
　　10D以上，后直管段5D以上，而且上游30D內不能安裝泵、閥等擾動設備。換能器安裝在傾斜和水平
　　
　　管道上時，不要裝在上部或底部，以避免管道內的氣體或雜質進入測量聲道。換能器的安裝要使超
　　
　　聲波傳播路徑通過管道中心。
　　
　　d）針對測量對象是氣體或液體進行換能器的選型，一般氣體用換能器的頻率較低（100～
　　
　　300kHz），液體用換能器的頻率較高（1～5MHz）。
　　
　　在西部原油成品油管線所使用產品為管道嵌入式，與工藝管道采用焊接安裝方式。與傳統的法
　　
　　蘭安裝方式相比，焊接方式減少了泄露點，更進一步地提高了精度。傳感器的所有外部零件采用適
　　
　　合所處環境中使用的抗腐蝕（聚酯）涂層進行保護。
　　
　　UFM3030K采用三聲道弦狀布置測量方式，為寬波束傳感器，聲波在液體中的傳送速度為350～
　　
　　2000m/s。能實現全雷諾數范圍的動態流態補償，能補償如介質溫度、密度、黏度等變化引起的誤
　　
　　差，超聲波探頭采用固定在測量管件上的技術，并具有動態增益補償功能，能克服如固體顆粒
　　
　　、氣泡、旋渦、結垢、結蠟引起的干擾，從而保證了流量測量高精度、高穩定性和高重復性，在流
　　
　　速大于等于0.5m/s時，測量流量的精度可以達到±0.3%，在流速不大于0.5m/s且不小于0.3m/s時，
　　
　　精度可以達到±0.5%。
　　
　　該型號超聲波流量傳感器和信號處理單元（流量變送器）可以在室外露天安裝，并處于爆炸危
　　
　　險場所區域內，其防爆等級為ExdIICT3，防護等級為IP67，滿足西部管道現場的使用要求。信號處
　　
　　理單元采用以微處理器為核心的數字電路技術，能夠準確、穩定、可靠地將被測介質的流量轉換為
　　
　　標準的輸出信號。原油和成品油每個站場的進站管線上均設置了1臺超聲波流量計，能夠較好地完
　　
　　成流量監測、泄露檢測和油品的批量跟蹤，從而將數據上傳到站控制系統和調度控制中心，為模擬
　　
　　仿真軟件提供可靠的基礎流量數據。
　　
　　5結束語
　　
　　西部原油成品油管道工程目前是大口徑的原油和成品油管道工程，該工程各站場均使用
　　
　　了超聲波流量計，通過一年多的實際使用，現場反應情況良好，故障率低，具有較高的穩定性。由
　　
　　此可見，從超聲波流量計自身在大口徑管道工程中的優勢和現場的良好表現來講，它將在未來的管
　　
　　道工程中會有更為廣泛的應用前景，只需要根據用途和場合，就可以選擇合適的超聲波流量計。