超声波流量计在西部管道工程中的应用.pdf
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1、仪器仪 表与应用 石 油 化 工 自 动 化 ,2 0 0 9 ,1:6 2 AUTOM AT1 0N I N PETR0 CHEM I CAI I NDUSTRY 超声波流量计在西部 管道工程 中的应用 柯琳 , 吴兆 鹏 ( 中国石 油天然气管道工程有 限公 司 仪表 自动化室 , 河北 廊坊0 6 5 0 0 0 ) 摘要 : 以 U F M3 0 3 0 型超声波流量计为基础, 概括地介绍了时差法超声波流量计的测量原理, 分析了影响测量精度的主 要因素以及 被测管道条件和安装要求, 并根据现场应用的实际经验 , 为得到较满意的应用效果 , 提出选型及安装 的原 则。简单 地介绍如何认识
2、超声波流量计、 如何选择合适 的类型 , 并结合西部原油成 品油管道工程的实 际应 用 , 探讨使用 中应注 意事 项等 一系 列 问题 。 关 键 词 :超声波流量计 ; 嵌入式; 管道工程 中图分类号 : T H8 1 4 9 2 文献标志码 : B 文章编号 : 1 0 0 7 7 3 2 4 ( 2 0 0 9 ) o 卜 0 0 6 2 0 2 1 引 言 超 声 波流 量 计是 一 种利 用 超 声 波脉 冲来测 量 流 体流 量 的速 度式 流量 仪表 , 从 2 O世纪 8 O年 代开 始进 入 中 国工 业生 产和 计量领 域 , 并 涌现 出 了大量 新 产 品 , 成为新
3、 型 流量计 的主要 品种之一 。 2 工 作原理 按工作 原理 可分 为传播 速度 差法 和多 普勒 法 u , 因根据 多普 勒 法 的产 品应 用 较少 , 且 主要 用 于多相 流体 的测 量 , 这 里 暂不 做 介 绍 , 主 要 探讨 一 下依据传播速度差法原理测量单相流。传播速度 差 法有 时 间差 法 、 频 率 差 法 和相 位 差 法 , 文 中主要 讨 论应 用较 多 的时间差 法 。 时间差法是测量超声波流量计在流体 中顺流 和逆流 传播 的时 间差 的方 法 , 其工 作原 理如 图 1 所示 。 换能 器 管道 图 1 超 声 波流量 计原 理 流 速方 程 :
4、一 式中: 线平均流速 ;L 超声波在流体 中 的传播路径 长度 ( 声道长度 ) ;t 超声波从换 能器 1到换能器 2的顺流传播时 间; 超声 波在流体 中顺 、 逆流传播的时间差 ; 超声波 传播方 向与流体流动方 向之间的夹角( 声道角) 。 超声波流量计测量 的流速是一个直径方向的 平均流速 , 即线平均流速, 而计算流量所需 的平 均 流 速为流 动截 止面上 的面平均 流速 , 两者 之间 的 关系决定流速的分布形式。因此流量计算式如式 ( 2 ) 所 示 。 a 一 式中:q 体积流量 ;K平 均流速 修正 系 数 , K = = =v ; 面平 均流 速 ; 线 平 均流 速
5、 ; D 管 道 内径 。 由式 ( 1 ) 可 见 , 受 0角 变化 的影 响 , 而声 道角 又随流体声速 c而变化 , C又是流体温度 的函数 , 因此 , 必须 对 角进行 自动 补偿 。 在测量时需确定被测管道外径 、 管道厚度及 衬 里厚 度 以 计 算 管 道 流 通 截 面 积 ; 确 定 管 道 材 质 、 衬里材质 、 流体名称 和流体黏 度 , 以计算超声 波 的传 播 速度 ; 还 需 确 定 换 能 器 的 安 装 方 式 以计 算 超声 波 的 传 播 长 度 。 当 以 上 数 据 输 入 到 流 量 计的主机后 , 主机可 以精确地计算 出换能器 的安 装距
6、离 。 3 主要 特点 与传统的机械和电磁式流量测量仪表相比, 超 声波 流量 计具 有很 多优点 。 a )超声波流量计可从管道外部进行测量 , 作 收稿 日期 :2 0 0 8 0 9 1 6 。 作者简介 :柯琳( 1 9 8 o 一 ) , 女 , 现在 中国石 油天然气管 道工程 有 限公 司从事仪表 自动化设计 , 任工程师 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m第 1期 柯琳等 超声波流量计在西部管道工程 中的应用 为非接触式仪表 , 该类型仪表无压力损失 , 不 改变 流体 的 流动状 态 , 对 原有 的管道无 需 做任何 加 工 即 可测 量 。
7、 b )超声波流量计 的输 出信号与被测流体流量 成线 性关 系 。 O ) 测量结果不受被测 流体 的黏度 、 电导率的 影响 , 可测非导 电性液体 ( 或气体) 。 d )在大 口径 大 流量 测 量 中 , 其 造 价 基 本 上 与 管径的大小无关 , 节约能耗。而其他流量计随着管 径 的增 大 , 制造成 本会 大 幅度增 加 。 e ) 更适用于恶劣条件下 的被测对象 ( 高压、 高 黏度 、 强腐蚀 、 易挥发 、 易爆、 放射性介质等) , 因检 测件无需与之接触 , 带来了很大的好处和便利 。 当然 , 每 种产 品也 有 不 足 之处 , 外 夹式 超 声 波 流量计 ,
8、 其检测元件维修更换 比较方便 , 无需 断流 进行 , 不对 生产 运 行 产 生 影 响 , 但 因其 在 管道 外 测 量 , 且声道 数较 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声波流量计相对来说维 修和更换就比较麻烦 , 但 目前产 品可做到三声道、 四声道甚至更 多声道数 , 所 以产 品的精度会 比较 高。另外 , 因为超声波流量计安装要求其前后直管 段 有 比较大 的 限制 ( 前 1 0 D 后 5 D) , 这样 会 造 成计 量精度级产品用 于贸易交接 , 尤其是组装成橇 时, 橇 的 体 积 会 比 较 大 , 造 价 成 本
9、 和 运 输 成 本 都 会 较 高 。 4 在西 部原 油成 品油 管道 工程 中的应用 西 部原 油 成 品 油管 道 起 始 于新 疆 维 吾尔 自治 区乌 鲁木 齐市 , 沿线 经过 新疆 、 甘 肃两 省 , 管 线终 点 位 于兰州 市西 固 区。西 部管 道工 程包括 两 部分 , 即 成品油管道工程和原油管道工程 , 成品油管道干线 和原油管道干线同沟敷设 。 西 部管 道工 程 的特点 是油 品来 源较 多 , 油 品复 杂 , 而 且 成 品 油 采 用 顺 序 输 送 的 方 式 , 选 用 UF M3 0 3 0 K F管道嵌入式超声波 流量计 , 与外 夹 式超声波流
10、量计相 比, 它可以更好地避免管道壁厚 不均 匀对 测量 精度 造成 的影 响 。 在如 此长 的成 品油 和原 油管 道工 程 中 , 尤其 是 考虑到贸易交接、 经济分析和降低成本等主要因素 时, 流量计的计量便 显得格外 的关键 , 它将直接影 响到企业的经济效益与用户利益。 超声波流量计 的安装和选型是一个 比较复杂 的工作 , 它包括被测介质种类 , 仪表性能参数 , 换能 器类型及其适用范 围, 转换器的基本功能, 声道设 置及前后直管段的长度要求等 , 设计过程中要做好 以下几 方 面 : a ) 了 解 现 场 测 量 对 象 的 实 际 情 况 及 物 理 特 性 , 这 是
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- 超声波流量计 西部 管道工程 中的 应用
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