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新聞資訊

外夾式超聲波流量計在化工石油中的應用優勢和特點

2020-06-21    

   石油行業的管道運輸中涉及到的流量計類型有很多種,質量流量計、電磁流量計,超聲波流量計都是在生產中使用相當普遍的,通過流量計的測量,生產工作人員可以實時地監測到管道內石油的輸送狀況,通過對于管道內石油流速數據的監測和分析,不僅可以及時判斷輸油管道是否出現漏點和漏點的位置,減少輸油管道泄漏時造成的經濟損失。更為重要的是能夠及時地了解石油在各站間的流速,為管道油品監測模擬仿真及混油量的計算提供基礎數據。
  本文則是對于石油管道中使用的超聲波流量計作一個重點的闡述,內容涉及到了超聲波流量計發展、分類及在輸油管線上的應用、外夾式超聲波流量計的檢測原理以及適宜石油輸送超聲波流量計不同型號的選擇,同時也對于幾種外夾式超聲波流量計的安裝方法作簡單介紹。
外夾式超聲波流量計
一、測量石油輸送流量的儀表種類
   當今工業生產中實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,如果從單單從檢測原理上分類,主要可分為“聲、光、熱、力、電”等原理。以行業內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。不同種類的流量計適應的流體介質不同,待測流體介質導電性較好的適宜使用電磁式流量計。而超波流量計則更擅長于在大管徑、大流量、高密度、高速度和長距離輸送要求的測量工況條件,因此對于大管徑的流量測量選擇超聲波流量計應該是一個優化方案之一。
二、超聲波流量計的發展歷程
  世界上首臺超聲波流量計出現在19世紀的德國,距離現在已有80多年的歷史。近幾年來,隨著科技發展日新月異,全球進入一個以數字化、自動化、信息化為主導的新型工業 革命中,高速數字信號的處理技術與微處理技術的快速發展為超聲波流量計發展提供了技術升級的強大活力。同時,伴隨著流量計探頭新材料和新的加工工藝的出現以及聲道配置等技術的進步,未來超聲波流量計的技術優勢將更為強勁,發展勢頭更加迅猛。
三、石油輸送流量監測儀表的選型
  超聲波流量計的系統構成包括電源、換能器、接線盒、轉換器。如圖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分為外夾式、管段式和插入式超聲波流量計。
  3.1 外夾式超聲波流量計
  外夾式又稱外貼式超聲波流量計,它是產生早,用戶熟悉且應用廣泛的超聲波流量計,特點是使用時不會與被測量介質接觸,適于測量不易接觸和觀察的流體以及大管徑流量,不在管道內安裝儀器則不會改變介質的流動狀態及產生附加阻力。正因為超聲波流量計屬于非接觸式儀表,所以它的安裝和檢修均不會影響生產管線的正常運行。外夾式超聲波流量計是石油輸送過程流量監測儀器的佳選擇類型。
  3.2 管段式超聲波流量計
  生產企業中某些管道因材質疏松、聲波傳送效果差,或者管道內壁銹蝕、有襯里等原因,致使聲波信號在傳輸過程中衰減嚴重,用外夾式超聲波流量計無法正常測量,因而催生了管段式超聲波流量計。
  如圖2所示,管段式超聲波流量計就是把換能器和測量管連成一個整體安裝在管道中間進行流體流量的超聲波檢測。它的優點是測量精度高,缺點是安裝和檢修時必須停止流體輸送。
  3.3 入式超聲波流量計
  插入式超聲波流量計的使用介于外夾式和管段式之間。安裝時一般需要斷流安裝,如果通過專用工具也可以實現非斷流安裝,安裝示意圖如圖3所示。其測量精度優于外夾式超聲波流量計,相對管段式超聲波流量計稍差。
四、超聲波流量計的檢測原理
  封閉管道用上超聲波流量計的測量原理有5種,現在使用多的是傳播時間法和多普勒法兩大類。
  4.1 傳播時間法超聲波流量計檢測原理
  傳播時間法的測量原理是:聲波在流體中傳播時,沿著流體流動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,接收到的信號通過轉換器轉換成代表流量的電信號供給顯示和計算儀表進行顯示和計算[2]。
  外夾式超聲波流量計主要采用傳輸時間差法測量流量。如圖4所示,超聲波穿過流體順流和逆流時間不同,其時間差Δt與流體速度FV成正比,介質流速越快,“ΔT”就越大。
  4.2 多普勒法超聲波流量計的檢測原理
  聲波在流體介質中傳播時,經流體中顆粒反射回換能器的頻率不同,這一現象被稱稱為多普勒效應。所謂多普勒測量原理,就是依據聲波的多普勒效應計算出流體的流量。
  使用超聲波測量流體流量時選擇傳播時間法還是多普勒法?其主要判斷要素是:液體潔凈程度或雜質含量,測量精度要求。
五、外夾式超聲波流量計安裝調試方法
  5.1 數據輸入步驟
 ?。?)首先用盒尺量出被測管路的周長。
 ?。?)打開儀表,接通電源,儀表顯示超聲波流量計版本號或菜單
 ?。?)按鍵,儀表顯示輸入菜單號碼=-------;再按10儀表顯示輸入管道外周長,將用盒尺測量出的周長直接輸入。例:周長為318mm,直接按3、1、8后按鍵。
 ?。?)按鍵進入 號窗口儀表顯示管外徑。
 ?。?)按鍵進入 號窗口,輸入被測管路壁厚,按鍵。
 ?。?)按鍵進入 號窗口,選擇被測管路材質,按鍵后用鍵選擇,儀表顯示不同材質,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。(具體材質見說明書 項內容
 ?。?)按鍵進入 號窗口,選擇被測管路襯材,輸入方法同(6)。
 ?。?)按鍵進入 號窗口,選擇流體類型,輸入方法同(6)。
 ?。?)按鍵進入 號窗口,選擇探頭類型,輸入方法同(6)。“一般選擇標準M1型中探頭”按鍵。
 ?。?0)按鍵進入 號窗口,選擇安裝方式,一般情況下管路>50mm用Z方式,按鍵。
 ?。?1)按鍵進入 號窗口,窗口自動顯示出兩個探頭的安裝距離。次距離為探頭頂部對頂部的安裝距離。
 ?。?2)按鍵輸入 ,進入40號窗口,窗口顯示阻尼系數,按鍵輸入20,再按鍵。  ?。?3)按鍵進入 號窗口,窗口顯示低流速切除值,按確認鍵后輸0.03,再按確認鍵。
 ?。?4)按鍵輸入26,進入 號窗口,選擇“1,固化參數并總使用”然后按鍵。
  5.2 傳感器安裝點的選擇
  測量點要盡量選擇距上游10倍直徑,下游5倍直徑以內均勻直管段,沒有任何閥門、彎頭、變徑等干擾流場裝置,流體必須為滿管。
  5.3 安裝方法
 ?。?)Z方式安裝:以管路周長為200mm為例(如圖5):
  1)在管路一面外側劃一長十字為A點,以十字為中心用盒尺向另一側量出1/2周長,即100mm,該點為B點。2)根據儀表 顯示安裝距離,例如安裝距離為25mm,從A點向一側量出25mm為C點和上面一樣向從B點另一側量出管路1/2周長為D點,B、D兩點連接,D點劃十字,A、D兩點即為兩個探頭安裝點(如圖6)。
 ?。?)將選好兩安裝點,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兩點處,用鋼帶綁緊(一只探頭可綁緊,另一只稍微松些,以備一會調整探頭位置時之用)。
  探頭安裝完畢后,按 ,儀表顯示上游=X1;下游=X2;Q值=X3上游、下游為信號強度,數值應大于60以上。且上、下游數據接近。Q值為信號質量,數值應在50以上。如信號強度不理想,應輕微移動一側探頭(上,下,左,右輕輕移動)同時觀查信號強度變化,75-85之間好。如還不行,應檢查流體內是否含有大量氣泡,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 號窗口,儀表顯示信號傳輸比,此值應盡量調到100%次在(100±3)%范圍內波動。90、91項窗口靠上下左右微調傳感器位置(一般不超過2cm范圍)調整數值。一定將數值調整到要求范圍內。
  上述過程完畢,按 即可進行測量。
六、超聲波流量計使用中常見問題及原因分析
 ?。?)管道上已打磨光滑,但安裝測量時信號始終為0-2%之間,無法測量??赡茉虬ǎ?)管道內壁結垢較多,超聲波衰減較嚴重,無法測量;2)管道有內襯,內襯與管道之間有間隙,導致聲波不能穿透,無法測量;3)耦合計干涸,失去作用;4)介質含雜、氣泡增多或介質糊住探頭;5)探頭位置發生變化;6)探頭老化;7)探頭電纜接觸不良。
 ?。?)超聲波流量計產生流量讀數不穩定??赡茉虬ǎ?)測量點直管短,不符合測量要求;2)介質含有氣體或雜質且不穩定;3)儀表故障。
 ?。?)超聲波流量計信號很弱,波形差,讀數不穩定??赡茉虬ǎ?)安裝探頭位置不正確(前10D后5D);2)參數設置出錯;3)管道使用多年使內壁結垢太厚;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、通過超聲波流量計可以判斷流體在管道輸送過程中是否存在泄漏
  管道運輸以其特有的經濟、便攜、安全等優點而被廣泛應用于石油、天然氣等液體、氣體、漿液的運輸中,并且已成為與鐵路、公路、航空、水運并駕齊驅的五大運輸行業之一。但是,隨著輸送管線的增長和使用年限的延長,以及管道的腐蝕、磨損等自然或人為原因,管道泄露事故的發生時不可避免的。管道的泄露既影響正常生產,又造成經濟損失、環保隱患和能源浪費。
  目前,已經產生了一種超聲波流量計輸油管道泄漏監測方法,突出了超聲波流量計的原理及技術特點,提高了定位精度,降低監測費用。
八、本文總結
  外夾式超聲波流量計作為一種工作性能和測量效果特別的流量儀表,無論是在測量安裝的方便性和性價比有著其它類型儀表無法比擬的優勢,因為外夾式超聲波流量計在石油管道上的使用,無需切割管道,不僅減少了施工費用,減少了工作量,同時也保證了管道的安全,并且因為測量儀表是管道外置方式,非常利于儀表的安裝、清洗和維護,為管線的正常運營和維護提供了很好的保障。
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