本文概述：
　　　石油行業(yè)的管道運(yùn)輸中涉及到的流量計(jì)類型有很多種，質(zhì)量流量計(jì)、電磁流量計(jì)，超聲波流量計(jì)都是在生產(chǎn)中使用相當(dāng)普遍的，通過(guò)流量計(jì)的測(cè)量，生產(chǎn)工作人員可以實(shí)時(shí)地監(jiān)測(cè)到管道內(nèi)石油的輸送狀況，通過(guò)對(duì)于管道內(nèi)石油流速數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)和分析，不僅可以及時(shí)判斷輸油管道是否出現(xiàn)漏點(diǎn)和漏點(diǎn)的位置，減少輸油管道泄漏時(shí)造成的經(jīng)濟(jì)損失。更為重要的是能夠及時(shí)地了解石油在各站間的流速，為管道油品監(jiān)測(cè)模擬仿真及混油量的計(jì)算提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

　　　本文則是對(duì)于石油管道中使用的超聲波流量計(jì)作一個(gè)重點(diǎn)的闡述，內(nèi)容涉及到了超聲波流量計(jì)發(fā)展、分類及在輸油管線上的應(yīng)用、外夾式超聲波流量計(jì)的檢測(cè)原理以及適宜石油輸送超聲波流量計(jì)不同型號(hào)的選擇，同時(shí)也對(duì)于幾種外夾式超聲波流量計(jì)的安裝方法作簡(jiǎn)單介紹。
 


一、測(cè)量石油輸送流量的儀表種類
　　　當(dāng)今工業(yè)生產(chǎn)中實(shí)際投入使用的流量傳感器有很多種類型，所使用的原理和方法也各不相同，如果從單單從檢測(cè)原理上分類，主要可分為“聲、光、熱、力、電”等原理。以行業(yè)內(nèi)通常的分類法則為分為容積式、差壓式、浮子式、渦輪式、電磁式、渦街式、插入式、外夾式、管段式、便攜式等等。不同種類的流量計(jì)適應(yīng)的流體介質(zhì)不同，待測(cè)流體介質(zhì)導(dǎo)電性較好的適宜使用電磁式流量計(jì)。而超波流量計(jì)則更擅長(zhǎng)于在大管徑、大流量、高密度、高速度和長(zhǎng)距離輸送要求的測(cè)量工況條件，因此對(duì)于大管徑的流量測(cè)量選擇超聲波流量計(jì)應(yīng)該是一個(gè)優(yōu)化方案之一。
 
二、超聲波流量計(jì)的發(fā)展歷程
　　世界上*臺(tái)超聲波流量計(jì)出現(xiàn)在19世紀(jì)的德國(guó)，距離現(xiàn)在已有80多年的歷史。近幾年來(lái)，隨著科技發(fā)展日新月異，進(jìn)入一個(gè)以數(shù)字化、自動(dòng)化、信息化為主導(dǎo)的新型工業(yè)　革命中，高速數(shù)字信號(hào)的處理技術(shù)與微處理技術(shù)的快速發(fā)展為超聲波流量計(jì)發(fā)展提供了技術(shù)升級(jí)的強(qiáng)大活力。同時(shí)，伴隨著流量計(jì)探頭新材料和新的加工工藝的出現(xiàn)以及聲道配置等技術(shù)的進(jìn)步，未來(lái)超聲波流量計(jì)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)將更為強(qiáng)勁，發(fā)展勢(shì)頭更加迅猛。
 
三、石油輸送流量監(jiān)測(cè)儀表的選型
　　超聲波流量計(jì)的系統(tǒng)構(gòu)成包括電源、換能器、接線盒、轉(zhuǎn)換器。如圖1所示換能器也就是傳感器，按照傳感器的安裝方式不同，又可以將超聲波流量計(jì)分為外夾式、管段式和插入式超聲波流量計(jì)。
　　3.1 外夾式超聲波流量計(jì)
　　外夾式又稱外貼式超聲波流量計(jì)，它是產(chǎn)生早，用戶熟悉且應(yīng)用**的超聲波流量計(jì)，特點(diǎn)是使用時(shí)不會(huì)與被測(cè)量介質(zhì)接觸，適于測(cè)量不易接觸和觀察的流體以及大管徑流量，不在管道內(nèi)安裝儀器則不會(huì)改變介質(zhì)的流動(dòng)狀態(tài)及產(chǎn)生附加阻力。正因?yàn)槌暡髁坑?jì)屬于非接觸式儀表，所以它的安裝和檢修均不會(huì)影響生產(chǎn)管線的正常運(yùn)行。外夾式超聲波流量計(jì)是石油輸送過(guò)程流量監(jiān)測(cè)儀器的佳選擇類型。
　　3.2 管段式超聲波流量計(jì)
　　生產(chǎn)企業(yè)中某些管道因材質(zhì)疏松、聲波傳送效果差，或者管道內(nèi)壁銹蝕、有襯里等原因，致使聲波信號(hào)在傳輸過(guò)程中衰減嚴(yán)重，用外夾式超聲波流量計(jì)無(wú)法正常測(cè)量，因而催生了管段式超聲波流量計(jì)。
　　如圖2所示，管段式超聲波流量計(jì)就是把換能器和測(cè)量管連成一個(gè)整體安裝在管道中間進(jìn)行流體流量的超聲波檢測(cè)。它的優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量精度高，缺點(diǎn)是安裝和檢修時(shí)必須停止流體輸送。
　　3.3 入式超聲波流量計(jì)
　　插入式超聲波流量計(jì)的使用介于外夾式和管段式之間。安裝時(shí)一般需要斷流安裝，如果通過(guò)專用工具也可以實(shí)現(xiàn)非斷流安裝，安裝示意圖如圖3所示。其測(cè)量精度優(yōu)于外夾式超聲波流量計(jì)，相對(duì)管段式超聲波流量計(jì)稍差。
 
四、超聲波流量計(jì)的檢測(cè)原理
　　封閉管道用上超聲波流量計(jì)的測(cè)量原理有5種，現(xiàn)在使用多的是傳播時(shí)間法和多普勒法兩大類。
　　4.1 傳播時(shí)間法超聲波流量計(jì)檢測(cè)原理
　　傳播時(shí)間法的測(cè)量原理是：聲波在流體中傳播時(shí)，沿著流體流動(dòng)的順流和逆流方向受到的影響不同，換能器接收到的聲波就不同，接收到的信號(hào)通過(guò)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成代表流量的電信號(hào)供給顯示和計(jì)算儀表進(jìn)行顯示和計(jì)算[2]。
　　外夾式超聲波流量計(jì)主要采用傳輸時(shí)間差法測(cè)量流量。如圖4所示，超聲波穿過(guò)流體順流和逆流時(shí)間不同，其時(shí)間差Δt與流體速度FV成正比，介質(zhì)流速越快，“ΔT”就越大。
　　4.2 多普勒法超聲波流量計(jì)的檢測(cè)原理
　　聲波在流體介質(zhì)中傳播時(shí)，經(jīng)流體中顆粒反射回?fù)Q能器的頻率不同，這一現(xiàn)象被稱稱為多普勒效應(yīng)。所謂多普勒測(cè)量原理，就是依據(jù)聲波的多普勒效應(yīng)計(jì)算出流體的流量。
　　使用超聲波測(cè)量流體流量時(shí)選擇傳播時(shí)間法還是多普勒法？其主要判斷要素是：液體潔凈程度或雜質(zhì)含量，測(cè)量精度要求。
 
五、外夾式超聲波流量計(jì)安裝調(diào)試方法
　　5.1 數(shù)據(jù)輸入步驟
　?。?）*先用盒尺量出被測(cè)管路的周長(zhǎng)。
　?。?）打開儀表，接通電源，儀表顯示超聲波流量計(jì)版本號(hào)或菜單
　?。?）按鍵，儀表顯示輸入菜單號(hào)碼=-------；再按10儀表顯示輸入管道外周長(zhǎng)，將用盒尺測(cè)量出的周長(zhǎng)直接輸入。例：周長(zhǎng)為318mm，直接按3、1、8后按鍵。
　?。?）按鍵進(jìn)入 號(hào)窗口儀表顯示管外徑。
　?。?）按鍵進(jìn)入 號(hào)窗口，輸入被測(cè)管路壁厚，按鍵。
　?。?）按鍵進(jìn)入 號(hào)窗口，選擇被測(cè)管路材質(zhì)，按鍵后用鍵選擇，儀表顯示不同材質(zhì)，選擇完畢，再按鍵。例：管路為碳鋼，即儀表顯示0、碳鋼，然后按鍵。（具體材質(zhì)見說(shuō)明書 項(xiàng)內(nèi)容
　?。?）按鍵進(jìn)入 號(hào)窗口，選擇被測(cè)管路襯材，輸入方法同（6）。
　?。?）按鍵進(jìn)入 號(hào)窗口，選擇流體類型，輸入方法同（6）。
　?。?）按鍵進(jìn)入 號(hào)窗口，選擇探頭類型，輸入方法同（6）。“一般選擇標(biāo)準(zhǔn)M1型中探頭”按鍵。
　?。?0）按鍵進(jìn)入 號(hào)窗口，選擇安裝方式，一般情況下管路>50mm用Z方式，按鍵。
　?。?1）按鍵進(jìn)入 號(hào)窗口，窗口自動(dòng)顯示出兩個(gè)探頭的安裝距離。次距離為探頭頂部對(duì)頂部的安裝距離。
　?。?2）按鍵輸入 ，進(jìn)入40號(hào)窗口，窗口顯示阻尼系數(shù)，按鍵輸入20，再按鍵。 　　（13）按鍵進(jìn)入 號(hào)窗口，窗口顯示低流速切除值，按確認(rèn)鍵后輸0.03，再按確認(rèn)鍵。
　?。?4）按鍵輸入26，進(jìn)入 號(hào)窗口，選擇“1，固化參數(shù)并總使用”然后按鍵。
　　5.2 傳感器安裝點(diǎn)的選擇
　　測(cè)量點(diǎn)要盡量選擇距上游10倍直徑，下游5倍直徑以內(nèi)均勻直管段，沒有任何閥門、彎頭、變徑等干擾流場(chǎng)裝置，流體必須為滿管。
　　5.3 安裝方法
　　（1）Z方式安裝：以管路周長(zhǎng)為200mm為例（如圖5）：
　　1）在管路一面外側(cè)劃一長(zhǎng)十字為A點(diǎn)，以十字為中心用盒尺向另一側(cè)量出1/2周長(zhǎng)，即100mm，該點(diǎn)為B點(diǎn)。2）根據(jù)儀表 顯示安裝距離，例如安裝距離為25mm，從A點(diǎn)向一側(cè)量出25mm為C點(diǎn)和上面一樣向從B點(diǎn)另一側(cè)量出管路1/2周長(zhǎng)為D點(diǎn)，B、D兩點(diǎn)連接，D點(diǎn)劃十字，A、D兩點(diǎn)即為兩個(gè)探頭安裝點(diǎn)（如圖6）。
　　（2）將選好兩安裝點(diǎn)，用手砂輪打磨干凈出3倍探頭大小的面積后，探頭抹上黃油，貼在A、D兩點(diǎn)處，用鋼帶綁緊（一只探頭可綁緊，另一只稍微松些，以備一會(huì)調(diào)整探頭位置時(shí)之用）。
　　探頭安裝完畢后，按 ，儀表顯示上游=X1；下游=X2；Q值=X3上游、下游為信號(hào)強(qiáng)度，數(shù)值應(yīng)大于60以上。且上、下游數(shù)據(jù)接近。Q值為信號(hào)質(zhì)量，數(shù)值應(yīng)在50以上。如信號(hào)強(qiáng)度不理想，應(yīng)輕微移動(dòng)一側(cè)探頭（上，下，左，右輕輕移動(dòng)）同時(shí)觀查信號(hào)強(qiáng)度變化，75-85之間好。如還不行，應(yīng)檢查流體內(nèi)是否含有大量氣泡，或流體不滿管。
　　例：上游=87.5，下游=86.5，Q值=70（Q值總在60-80之間變化）為好。再按 號(hào)窗口，儀表顯示信號(hào)傳輸比，此值應(yīng)盡量調(diào)到****次在（100±3）%范圍內(nèi)波動(dòng)。90、91項(xiàng)窗口靠上下左右微調(diào)傳感器位置（一般不超過(guò)2cm范圍）調(diào)整數(shù)值。一定將數(shù)值調(diào)整到要求范圍內(nèi)。
　　上述過(guò)程完畢，按 即可進(jìn)行測(cè)量。
 
六、超聲波流量計(jì)使用中常見問(wèn)題及原因分析
　?。?）管道上已打磨光滑，但安裝測(cè)量時(shí)信號(hào)始終為0-2%之間，無(wú)法測(cè)量?？赡茉虬ǎ?）管道內(nèi)壁結(jié)垢較多，超聲波衰減較嚴(yán)重，無(wú)法測(cè)量；2）管道有內(nèi)襯，內(nèi)襯與管道之間有間隙，導(dǎo)致聲波不能穿透，無(wú)法測(cè)量；3）耦合計(jì)干涸，失去作用；4）介質(zhì)含雜、氣泡增多或介質(zhì)糊住探頭；5）探頭位置發(fā)生變化；6）探頭老化；7）探頭電纜接觸不良。
　?。?）超聲波流量計(jì)產(chǎn)生流量讀數(shù)不穩(wěn)定?？赡茉虬ǎ?）測(cè)量點(diǎn)直管短，不符合測(cè)量要求；2）介質(zhì)含有氣體或雜質(zhì)且不穩(wěn)定；3）儀表故障。
　?。?）超聲波流量計(jì)信號(hào)很弱，波形差，讀數(shù)不穩(wěn)定?？赡茉虬ǎ?）安裝探頭位置不正確（前10D后5D）；2）參數(shù)設(shè)置出錯(cuò)；3）管道使用多年使內(nèi)壁結(jié)垢太厚；4）有氣泡或渦流；5）管徑太大，1200mm以上可考慮換插入式探頭。
 
七、通過(guò)超聲波流量計(jì)可以判斷流體在管道輸送過(guò)程中是否存在泄漏
　　管道運(yùn)輸以其特有的經(jīng)濟(jì)、便攜、安全等優(yōu)點(diǎn)而被**應(yīng)用于石油、天然氣等液體、氣體、漿液的運(yùn)輸中，并且已成為與鐵路、公路、航空、水運(yùn)并駕齊驅(qū)的五大運(yùn)輸行業(yè)之一。但是，隨著輸送管線的增長(zhǎng)和使用年限的延長(zhǎng)，以及管道的腐蝕、磨損等自然或人為原因，管道泄露事故的發(fā)生時(shí)不可避免的。管道的泄露既影響正常生產(chǎn)，又造成經(jīng)濟(jì)損失、環(huán)保隱患和能源浪費(fèi)。
　　目前，已經(jīng)產(chǎn)生了一種超聲波流量計(jì)輸油管道泄漏監(jiān)測(cè)方法，突出了超聲波流量計(jì)的原理及技術(shù)特點(diǎn)，提高了定位精度，降低監(jiān)測(cè)費(fèi)用。
 
八、本文結(jié)語(yǔ)
　　外夾式超聲波流量計(jì)作為一種工作性能和測(cè)量效果特別**的流量?jī)x表，無(wú)論是在測(cè)量安裝的方便性和性價(jià)比有著其它類型儀表無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)，因?yàn)橥鈯A式超聲波流量計(jì)在石油管道上的使用，無(wú)需切割管道，不僅減少了施工費(fèi)用，減少了工作量，同時(shí)也保證了管道的安全，并且因?yàn)闇y(cè)量?jī)x表是管道外置方式，非常利于儀表的安裝、清洗和維護(hù)，為管線的正常運(yùn)營(yíng)和維護(hù)提供了很好的保障。 本文由潤(rùn)中儀表科技有限公司整理發(fā)布。

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