超聲波流量計在線比對的應用

余凱 黃俊發 方波(中原石油勘探局供熱管理處 河南 濮陽 457001)

引言

超聲波在流動的流體中傳播時就載上流體流速的信息。因此通過接收到的超聲波就可以檢測出流體的流速，從而換算成流量。根據檢測的方式，可分為傳播速度差法、多普勒法、波束偏移法、噪聲法及相關法等不同類型的超聲波流量計。

超聲波流量計是近十幾年來隨著集成電路技術迅速發展才開始應用的一種非接觸式儀表，適于測量不易接觸和觀察的流體以及大管徑流量。它與水位計聯動可進行敞開水流的流量測量。使用超聲波流量比不用在流體中安裝測量元件故不會改變流體的流動狀態，不產生附加阻力，儀表的安裝及檢修均可不影響生產管線運行因而是一種理想的節能型流量計。

一、問題現狀

日前我處有一供暖工藝管段，采用的是V錐流量計測量供回水流量，在運行期間發現日常流量在1000 T/h的時候，供回水的瞬時偏差能達到200～300 T/h，這就意味著日失水量達到7200 T，這是任何一個運行單位所不能承受的，供需雙方在表具的準確度上存在較大分歧，但是由于在運行期，不可能將流量計拆除進行校驗，為了解決這一問題，我們設計出雙超聲波流量計在線比對的方案，通過實際操作和數據采集分析，為雙方的后續處理提供了科學的依據。

圖1 所示為此段管線的計量工藝系統圖，系統采用的是焓差法測量供熱量，利用供水管線上的V錐流量計和溫度探頭組成供水熱焓測量單元，所測量的數據進入熱量積算儀，利用回水管線上的V錐流量計和溫度探頭組成回水熱焓測量單元，所測量的數據進入熱量積算儀，熱量積算儀通過定時采樣，計算出供回水的焓值差從而計算出受熱端消耗的熱量。

圖1 計量系統結構圖

在實際計量過程中供、回水流量計所測量的流量會存在偏差，即系統失水，這個失水如果在正常范圍之內是合理的，對計量的影響也不會很大，但是如果供、回水實時流量值偏差較大則不僅會影響儀表的正常計量也反映出系統運行時失水過大，在貿易計量中這是供、受雙方產生意見分歧的焦點。

圖2 雙超聲波流量計測量圖

二、雙超聲波在線測量

為了解決上述問題，消除雙方對計量表具存在的疑問，我們設計了雙超聲波在線測量比較的方案，測量方式見圖2。在超聲波流量計的位置選擇上需要注意的是，應選擇在V錐流量計的上流側，這樣既保證了有足夠的直管段，流速的發展比較充分，也不會受到下游溫度傳感器的干擾，因為在下游側流速變化比較大，不利于超聲波流量計的檢測。

基于上述考慮我們選擇在下午兩點左右流量穩定階段進行測試，為了數據記錄的準確性，我們采用了兩部相機同時對數據顯示屏進行拍攝，最后匯總記錄的方式，以避免在數據記錄過程中發生偏差。通過測量我們搜集到一些有效數據，詳見表1

表1：

29142023261052.91063.71062.61059.910481130.61140.61149.41151.91149.211341129113411401142155.279164.4616

通過測量所得數據，我們可以看出雙超聲波流量計的差值一直是在穩定狀態，計量儀中的供、回水流量除個別重大偏差值外，其余數據也均在穩定狀態，表2、表3為數據分析表。

表2：

表3：

通過表3、表4我們可以看出在同一時間軸上，兩條曲線具有同樣的變化趨勢，即兩種測量模式下表計的結構具有相同的變化趨勢，這里我們不考慮數據的對應程度，從數據的分析結果可以看出V錐流量計的測量結果是可以采信的，造成供、回水流量偏差大的原因應該是過程管網失水嚴重，應該加強管網的管理。

本方案設計的前提是采用兩臺同型號，同等精度，同樣廠家的便攜式超聲波流量計，在同一時間對供回水流量進行測量，在數據處理上，我們不采用單個的實時流量，而是采樣每個時間點上的流量差，用這個流量差與V錐流量計的實時流量差進行比對。這樣做的目的有以下幾個方面：

1.采用同型號，同等精度，同樣廠家的便攜式超聲波流量計這樣是為了最大程度上將兩組表具的自身誤差控制在相同的范圍之內；

2.在數據處理上采用流量差進行分析，是為了進一步消除表具誤差對數據分析的影響；

3.由于正在使用的兩臺V錐流量計也是同一廠家的同一批次的產品，這樣兩組儀表的基本狀態時一直的，也鞏固了測量方法的正確性；

結尾

通過雙超聲波流量計在線比對的實踐應用，較好的解決了滿管式流量計在連續流程工藝管段上不能停車校驗的困境，在供熱運行期具有非常好的現實意義。