超聲波流量計(jì)在管道工程中的應(yīng)用
超聲波污水流量計(jì)是一種利用超聲波脈沖來(lái)測(cè)量流體流量的速度式流量?jī)x表，從20世紀(jì)80年代開(kāi)始進(jìn)入中國(guó)工業(yè)生產(chǎn)和計(jì)量領(lǐng)域，并涌現(xiàn)出了大量新產(chǎn)品，成為新型流量計(jì)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，因根據(jù)多普勒法的產(chǎn)品應(yīng)用較少，且主要用于多相流體的測(cè)量，這里暫不做介紹，主要探討一下依據(jù)傳播速度差法原理測(cè)量單相流。傳播速度差法有時(shí)間差法、頻率差法和相位差法，文中主要討論應(yīng)用較多的時(shí)間差法。
3主要特點(diǎn)
與傳統(tǒng)的機(jī)械和電磁式流量測(cè)量?jī)x表相比，超聲波流量計(jì)具有很多優(yōu)點(diǎn)。
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a）超聲波污水流量計(jì)可從管道外部進(jìn)行測(cè)量，作為非接觸式儀表，該類(lèi)型儀表無(wú)壓力損失，不改變流體的流動(dòng)狀態(tài)，對(duì)原有的管道無(wú)需做任何加工即可測(cè)量。
b）超聲波流量計(jì)的輸出信號(hào)與被測(cè)流體流量成線(xiàn)性關(guān)系。
c）測(cè)量結(jié)果不受被測(cè)流體的黏度、電導(dǎo)率的影響，可測(cè)非導(dǎo)電性液體（或氣體）。
d）在大口徑大流量測(cè)量中，其造價(jià)基本上與管徑的大小無(wú)關(guān)，節(jié)約能耗。而其他流量計(jì)隨著管徑的增大，制造成本會(huì)大幅度增加。
e）更適用于惡劣條件下的被測(cè)對(duì)象（高壓、高黏度、強(qiáng)腐蝕、易揮發(fā)、易爆、放射性介質(zhì)等），因檢測(cè)件無(wú)需與之接觸，帶來(lái)了很大的好處和便利。當(dāng)然，每種產(chǎn)品也有不足之處，外夾式超聲波流量計(jì)，其檢測(cè)元件維修更換比較方便，無(wú)需斷流進(jìn)行，不對(duì)生產(chǎn)運(yùn)行產(chǎn)生影響，但因其在管道外測(cè)量，且聲道數(shù)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(jì)相對(duì)來(lái)說(shuō)維修和更換就比較麻煩，但目前產(chǎn)品可做到三聲道、四聲道甚至更多聲道數(shù)，所以產(chǎn)品的精度會(huì)比較高。另外，因?yàn)槌暡髁坑?jì)安裝要求其前后直管段有比較大的限制（前10D后5D），這樣會(huì)造成計(jì)量精度級(jí)產(chǎn)品用于貿(mào)易交接，尤其是組裝成橇?xí)r，橇的體積會(huì)比較大，造價(jià)成本和運(yùn)輸成本都會(huì)較高。
西部管道工程的特點(diǎn)是油品來(lái)源較多，油品復(fù)雜，而且成品油采用順序輸送的方式，選用管道嵌入式超聲波流量計(jì)，與外夾式超聲波流量計(jì)相比，它可以更好地避免管道壁厚不均勻?qū)y(cè)量精度造成的影響。在如此長(zhǎng)的成品油和原油管道工程中，尤其是考慮到貿(mào)易交接、經(jīng)濟(jì)分析和降低成本等主要因素時(shí)，流量計(jì)的計(jì)量便顯得格外的關(guān)鍵，它將直接影響到企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益與用戶(hù)利益。超聲波污水流量計(jì)的安裝和選型是一個(gè)比較復(fù)雜的工作，它包括被測(cè)介質(zhì)種類(lèi)，儀表性能參數(shù)，換能器類(lèi)型及其適用范圍，轉(zhuǎn)換器的基本功能，聲道設(shè)置及前后直管段的長(zhǎng)度要求等。
設(shè)計(jì)過(guò)程中要做好以下幾方面：
a）了解現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量對(duì)象的實(shí)際情況及物理特性，這是選型的前提。
b）信號(hào)處理單元應(yīng)適于在戶(hù)外和爆炸危險(xiǎn)性場(chǎng)所安裝，其防爆、防護(hù)等級(jí)應(yīng)符合現(xiàn)場(chǎng)要求。
c）換能器前后要有足夠長(zhǎng)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(nèi)不能安裝泵、閥等擾動(dòng)設(shè)備。換能器安裝在傾斜和水平管道上時(shí)，不要裝在上部或底部，以避免管道內(nèi)的氣體或雜質(zhì)進(jìn)入測(cè)量聲道。換能器的安裝要使超聲波傳播路徑通過(guò)管道中心。
d）針對(duì)測(cè)量對(duì)象是氣體或液體進(jìn)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(xiàn)所使用產(chǎn)品為管道嵌入式，與工藝管道采用焊接安裝方式。與傳統(tǒng)的法蘭安裝方式相比，焊接方式減少了泄露點(diǎn)，更進(jìn)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(huán)境中使用的抗腐蝕（聚酯）涂層進(jìn)行保護(hù)。
超聲波三聲道弦狀布置測(cè)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(shí)現(xiàn)全雷諾數(shù)范圍的動(dòng)態(tài)流態(tài)補(bǔ)償，能補(bǔ)償如介質(zhì)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(cè)量管件上的專(zhuān)利技術(shù)，并具有動(dòng)態(tài)增益補(bǔ)償功能，能克服如固體顆粒、氣泡、旋渦、結(jié)垢、結(jié)蠟引起的干擾，從而保證了流量測(cè)量高精度、高穩(wěn)定性和高重復(fù)性，在流速大于等于0.5m/s時(shí)，測(cè)量流量的精度可以達(dá)到±0.3%，在流速不大于0.5m/s且不小于0.3m/s時(shí)，精度可以達(dá)到±0.5%。該型號(hào)超聲波流量傳感器和信號(hào)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(xiǎn)場(chǎng)所區(qū)域內(nèi)，其防爆等級(jí)為ExdIICT3，防護(hù)等級(jí)為IP67，滿(mǎn)足西部管道現(xiàn)場(chǎng)的使用要求。信號(hào)處理單元采用以微處理器為核心的數(shù)字電路技術(shù)，能夠準(zhǔn)確、穩(wěn)定、可靠地將被測(cè)介質(zhì)的流量轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的輸出信號(hào)。原油和成品油每個(gè)站場(chǎng)的進(jìn)站管線(xiàn)上均設(shè)置了1臺(tái)超聲波流量計(jì)，能夠較好地完成流量監(jiān)測(cè)、泄露檢測(cè)和油品的批量跟蹤，從而將數(shù)據(jù)上傳到站控制系統(tǒng)和調(diào)度控制中心，為模擬仿真軟件提供可靠的基礎(chǔ)流量數(shù)據(jù)。
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