超聲波流量計與調節閥和泄漏定位系統配合在輸油管道中的應用

工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化過(guò)程控制作為一個(gè)系統的工程，需要各種類(lèi)型的設備協(xié)同配套。流量?jì)x表作為對生產(chǎn)的液體原料進(jìn)行測量和控制的設備，是整個(gè)系統中極為重要的一環(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(lèi)型的流量計產(chǎn)品都可以通過(guò)輸出4-20mA或其它類(lèi)型的標準控制信號與外部的調節閥配合使用實(shí)現自動(dòng)調節，同時(shí)也可以與泄漏定位系統配合實(shí)現精確定位。利用這套自動(dòng)化系統可以對生產(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(gè)情況，撰寫(xiě)本文對超聲波流量計在自動(dòng)控制系統、及泄漏定位系統的應用進(jìn)行了簡(jiǎn)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(jiǎn)介
　　超聲波流量計是近十幾年來(lái)隨著(zhù)集成電路技術(shù)迅速發(fā)展才開(kāi)始應用的儀表，技術(shù)成熟領(lǐng)先、性?xún)r(jià)比高。特別是管道式一體型超聲波流量計，應用范圍廣泛，測量聲道可達3個(gè)，穩定性和可靠性高，可在線(xiàn)檢定，操作和維護成本非常低，性?xún)r(jià)比高，精度可達±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(guò)液體順逆兩方向上傳播速度之差來(lái)求圓管內液體的流量，幾乎不受被測流體溫度、壓力、粘度、密度等參數的影響。

二、超聲波流量計工作原理
　　當超聲波束在液體中傳播時(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(xiàn)傳播次數；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、與調節閥配合實(shí)現自動(dòng)配輸
　　自動(dòng)配比輸油系統是由給油泵、電機、電動(dòng)閥門(mén)、超聲波流量計、配輸調節閥組成。自動(dòng)配輸通過(guò)超聲波流量計流量計和配輸調節閥來(lái)實(shí)現，其工作流程是中洛線(xiàn)進(jìn)口油、中原油分別經(jīng)過(guò)進(jìn)口油管線(xiàn)、中原油管線(xiàn)進(jìn)入濮陽(yáng)首站，分別進(jìn)入兩條配輸管道，經(jīng)過(guò)超聲波流量計給調節閥提供精確地介質(zhì)流量實(shí)現自動(dòng)調節每條管線(xiàn)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節閥后混合輸油。

四、與泄漏定位系統配合實(shí)現精確定位
　　安裝超聲波流量計，增加流量信號后，可以利用瞬時(shí)流量的對比區分管道泄漏與管道正常工況的變化：當管道發(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)，可以準確區分管道是否發(fā)生泄漏。
　�。�1）當管道首末端安裝流量計后，可以采用實(shí)時(shí)模型法判斷和定位泄漏。實(shí)時(shí)模型法認為流體輸送管道是一個(gè)復雜的水力與熱力系統，根據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(shí)時(shí)模型，以測量的壓力、流量等參數作為邊界條件，由模型估計管道內的壓力、流量等參數值，估計值與實(shí)測值比較，當偏差大于給定值時(shí)，即認為發(fā)生了泄漏。
　�。�2）管道首末端安裝流量計，為需要流量計提供累計流量、瞬時(shí)流量等參數。
　�。�3）采用管道首末端流量計提供的累計流量值，可以根據質(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)現較小的泄漏。
　�。�4）采用流量平衡法，需要同時(shí)測量流體的溫度，以便對流量數據進(jìn)行修正。流量平衡法可以彌補這種缺點(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(méi)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，還需計算沿程溫降對流體密度和體積的影響。這意味著(zhù)“進(jìn)多少出多少”的簡(jiǎn)單系統在某些應用中是不夠完善的，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。
　�。�5）采用管道首末端流量計提供的瞬時(shí)流量值，可以根據瞬時(shí)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。
　�。�6）可以建立管道的實(shí)時(shí)模型，根據實(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、流量測量系統的維護要求
　　超聲波流量計日常不需維護，每半年應檢查其信號強度，如發(fā)現信號強度低于65，應將傳感器取下，將焊接在管段上的導波管內螺紋孔清理干凈，保證沒(méi)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。
注意：用手擰緊即可，切勿使用扳手加力！