工行业中超声波流量计的应用
发布时间：
2018-08-10
超声波流量计是一种跟随集成电路技术而迅速地发展起来的非接触式的仪表，主要适用于测量那些不易接触及观察的流体和大管径的流量。近些年以来，超声波流量计由于它以不接触的方式就能够实施流量测量的特点，有效地解决了在放射性、强腐蚀、粘性、堵塞、压损要求小、有气泡、含颗粒等工作条件测量液体或气体流量的难题；同时，随着技术的发展，超声波流量计的新品种大量涌现，因此被广泛地应于医药、石化、环保等相关领域。本文概要阐述了对超声波流量计的工作原理和主要特点，讲解了超声波流量计选型应把握的原则，简单介绍了超声波流量计在石油化工行业计量工作中的应用，希望此文能使广大读者对于超声波流量计在石油化工行业的实际应用有一个较为直观的认识。
1 超声波流量计的工作原理
按照检测方式不同，超声波流量计可以分成传播速度差法、噪声法、波束偏移法、多普勒法、相关法等等不同的类型。实际应用中，传播速度差法中的时间差法应用较多，因此这里只介绍时间差法的基本原理。超声波束在流体当中传播的时候，流体的流动会使波束的传播时间出现微小的变化，且传播时间的变化与流速成正比。假设静止的流体中声速是c，流体的流动速度是u，传播的距离是L，当声波和流体的流动方向保持一致的时候（顺流的方向），它的传播的速度是c+u；方向相反时，传播的速度是c-u。在相距L的两点分别设置两组的超声波发生器与接收器（T1，R1）与（T2，R2）。当T1顺时针方向、T2逆时针方向进行超声波发射的时候，超声波到达接收器R1、R2的时间分别为t1、t2，那么t1=L/（c+u），t2=L/（c-u）。由于管道中流体流速与声速相比要小得多，即：c>>u，所以两者时间差▽t=t2-t1=2Lu/cc。据此，若在流体中声波传播的速度c为已知的，那么测出时间差▽t，就能求得流速u，从而也就求出了流量Q。用此原理测量流量的方法就是时差法。
2 超声波流量计的特点
和传统的机械、电磁式的测量流量的仪表相对比，超声波流量计主要具有以下优点：
一是作为一种非接触式的仪表，超声波流量计能够在管道外部测量，它完全没有压力的损失，也不会流体流动的状态的改变，对原有的管道不需要进行任何的加工就可以测量。二是超声波流量计输出信号和被测的流体的流量为线性的关系。三是测量的结果不会受到被测的流体黏度及电导率等影响，可以用来测量非导电性的液体或者气体。四是对大口径、大流量的测量，它的测量成本基本和管径大小没有任何关系，能够实现能耗的节约，而不象其它类型的流量计管径增大、成本会大幅度地增加。五是它更能适合所处条件较恶劣的被测流体，由于检测不需要接触，从而带来很大便利和好处。
它的缺点主要表现在，对于外夹式的超声波流量计，检测元件的维修和更换较为方便，不用断流，也不会影响生产运行，可是，由于其在管道外进行测量，声道的数量比较少，因此精度比管道嵌入式的低；而对于管道嵌入式的超声波流量计，一方面维修与更换会较为麻烦，另一方面由于有三、四声道和更多声道的产品，其精度会很高。还有，由于超声波流量计的安装对前后的直管段要求上有很大的限制，从而产生较高的造价和运输成本。
3 超声波流量计选型的注意事项
超声波流量计选型工作较为复杂，关注的内容包括：被测的介质类别、仪表的性能和参数、换能器的类型、功能及适用的范围、声道的设置、前后的直管段长度的要求等等。选型应当注意以下几个方面：一是要了解被测对象的现场情况和物理的特性；二是其信号的处理单元必须适合户外、爆炸、危险性等类型的场所进行安装，防爆和防护的等级必须符合现场的要求。二是换能器的前后应有一定长度的直管段，从而确保流体流速的分布，通过要求前面的直管段在10D以上，而后面的直管段就在5D以上，并且其上游30D之内，不可以安装阀、泵等扰动设备。三是换能器要安装于倾斜及水平的管道上的时候，不能装于上部或者底部，避免管道中的气体或者杂质进到测量的声道当中。四是换能器安装必须使超声波的传播路径经过管道的中心。四是要区分被测对象进行选型，气体用的换能器频率一般在100至300KHz，而液体用的换能器频率一般为1至5MHz。
4 超声波流量计在石化行业计量中的应用
4.1 用时差法超声波流量计来测量成品油
超声波流量计可以进行多声道进行测量；能通过报警功能和智能检定软件诊断来监测其运行的状态；能对各声道自动增益进行调节；能够测量出各声道流速的分布、进行第一声道声速的计算，从而校正旋涡流、横向流及不对称流；在被测的液体密度和粘度发生变化的时候，能通过声速的测量来反推油品密度和粘度，从而利用超声波流量计替替代密度计，解决处理混油段技术。
4.2 标准体积管实流标定超声波流量技术
双向标准体积管属于标准容积式的机械设备类型，在U型的标准管段的进口和出口装着检测开关两（或四）个，排液球或活塞一个。触动首个检测开关，排液球进到标准段；排液球触动第二个检测开关，则离开了标准段。超声波流量计进行测量的原理说明，其脉冲与真实的流速（或流量）会有固定的延时。然而管道中流体的扰动很复杂，会包括多次扰动的涡流及非轴向的速度成分。超声波流量计沿一或多个采样的声道，通过发射器与接收器的正反向的时差，可以检测、推导、计算出流体的流速。
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