孔板流量計(jì)在成品油管道的應(yīng)用

孔板流量計(jì)通過測(cè)量差壓穿過管道內(nèi)流體時(shí)所用時(shí)長(zhǎng)，上海自動(dòng)化儀表有限公司得到管輸介質(zhì)瞬時(shí)流速值，并通過對(duì)瞬時(shí)值的近似積分得到過站累計(jì)流量。將某運(yùn)行工況下瞬時(shí)流量與累計(jì)流量的趨勢(shì)變化進(jìn)行對(duì)比，證明了孔板計(jì)量準(zhǔn)確，精度滿足生產(chǎn)需求，提高了生產(chǎn)效率。此外，孔板流量計(jì)還采集了管道內(nèi)流體的聲速值，通過后期改造將該數(shù)據(jù)傳送至站PLC，可以得到油品聲速值的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。將密度與聲速隨時(shí)間變化的趨勢(shì)進(jìn)行對(duì)比得出：使用孔板流量計(jì)進(jìn)行批次界面檢測(cè)，可取代站場(chǎng)密度計(jì)檢測(cè)裝置從而大幅降低維護(hù)人員勞動(dòng)強(qiáng)度并節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用。

孔板具有方向性好，穿透能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，且易于獲得較集中的聲能，傳播距離遠(yuǎn)，在農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)、工業(yè)、軍事等領(lǐng)域有著廣泛的使用，特別是在測(cè)量工業(yè)領(lǐng)域，由于孔板技術(shù)具有精度高、非接觸、無損等優(yōu)點(diǎn)因而得到了廣泛的應(yīng)用。我國某長(zhǎng)輸成品油管道成功運(yùn)用孔板技術(shù)實(shí)現(xiàn)了流量精確測(cè)量和混油界面檢測(cè)。該管道于2009年建成投產(chǎn)，線路西起甘肅蘭州，東行河南鄭州，南抵湖南長(zhǎng)沙，干線全長(zhǎng)2086km。管道采用常溫密閉順序輸送工藝，輸送多種油品[3]。管道干線設(shè)有16座工藝站場(chǎng)，每座站場(chǎng)內(nèi)均安裝平衡孔板流量計(jì)1臺(tái)。

1孔板流量計(jì)工作原理

目前，工業(yè)上測(cè)量流量的傳感器種類繁多，檢測(cè)手段也多種多樣，按測(cè)量原理可分為電學(xué)原理、熱學(xué)原理、光學(xué)原理、聲學(xué)原理、原子物理學(xué)原理等。孔板流量計(jì)即為利用聲學(xué)原理通過對(duì)管道中流體的聲速測(cè)量從而獲得其流速值。

管道采用固定式流量計(jì)，該型流量計(jì)以時(shí)差法為測(cè)量原理，主要由孔板換能器、信號(hào)處理電路及流量顯示系統(tǒng)3部分組成。時(shí)差式孔板流量計(jì)的測(cè)量原理：孔板穿過流體順流和逆流時(shí)間不同，根據(jù)孔板脈沖在被測(cè)介質(zhì)的順流和逆流形成的速度差測(cè)量流體的流速，其時(shí)間差Δt與介質(zhì)速度成正比，介質(zhì)流速越快，時(shí)差值就越大。

2孔板流量計(jì)功能拓展

2.1輸油計(jì)量

管道內(nèi)介質(zhì)的流動(dòng)可以近似看作是定常流，由不可壓縮流體定常流動(dòng)連續(xù)性方程可知：任意時(shí)間段通過管道內(nèi)某截面的流體體積等于該截面面積乘以介質(zhì)通過該截面的平均流速對(duì)該時(shí)間段的積分。流量計(jì)算機(jī)以秒級(jí)為基本時(shí)間間隔采集到的是一系列孤立的、不連續(xù)的數(shù)據(jù)點(diǎn)，在采集到瞬時(shí)流量數(shù)據(jù)點(diǎn)后計(jì)算機(jī)對(duì)其深度處理，進(jìn)行近似積分。即相鄰兩個(gè)瞬時(shí)流量值取平均數(shù)與時(shí)間間隔相乘并將乘積累加求和。

SCADA系統(tǒng)采集到的某中間站場(chǎng)孔板流量計(jì)瞬時(shí)值與累計(jì)值變化趨勢(shì)圖。20:12過站流量由680m3/h增加至800m3/h，瞬時(shí)流量曲線出現(xiàn)階躍，累計(jì)流量曲線變得陡峭，斜率增大。

盡管在歷史趨勢(shì)圖中，一體化孔板流量計(jì)所測(cè)得的瞬時(shí)流量值在一定范圍內(nèi)波動(dòng)，并且與管道內(nèi)實(shí)際值有一定的偏差，但這并不影響調(diào)度員對(duì)管道運(yùn)行狀態(tài)的整體把握，其精度完全可滿足管道調(diào)控運(yùn)行的實(shí)際需要；同理孔板流量計(jì)近似積分所得的累計(jì)值一般也不作為管道各方交接計(jì)量的結(jié)算數(shù)據(jù)，但是可作為生產(chǎn)的指導(dǎo)性數(shù)據(jù)，例如可大致計(jì)算日輸量、批次輸量、批次界面位置等。與使用首末站儲(chǔ)罐液位進(jìn)行生產(chǎn)數(shù)據(jù)計(jì)算相比，孔板流量計(jì)數(shù)值獲取更加方便快捷，提高了調(diào)度員的工作效率。

使用在線密度計(jì)對(duì)管道內(nèi)流體密度值進(jìn)行測(cè)量，從而達(dá)到批次跟蹤、混油界面檢測(cè)和識(shí)別不同油品的目的。密度計(jì)法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單方便，密度檢測(cè)裝置運(yùn)行可靠，該方法是成品油管道應(yīng)用較為成熟的技術(shù)手段。為驗(yàn)證使用聲速值檢測(cè)混油界面的可行性與可靠性，將某一時(shí)段批次界面通過某站場(chǎng)時(shí)油品聲速值與密度值在 SCADA 系統(tǒng)所采集到的數(shù)據(jù)繪制在同一圖示內(nèi)。密度值由密度計(jì)撬座裝置連續(xù)循環(huán)取樣測(cè)得，聲速值由孔板流量計(jì)測(cè)得。

當(dāng)混油界面通過該站場(chǎng)時(shí)，油品密度值與聲速值開始同步上升；隨著混油段中柴油組分所占比例的不斷增多，二者數(shù)值均逐漸增大，曲線斜率也不斷增加；而當(dāng)下一批次純柴油油頭進(jìn)站時(shí)，密度曲線、聲速曲線也都趨于平緩，并非常終穩(wěn)定不變。在整個(gè)過程中站內(nèi)油品由汽油逐漸變?yōu)椴裼?，管道?nèi)油品密度值由735 kg/m3 變化為832 kg/m 3 ，而聲速值由 1221 m/s 上升至 1398 m/s。由以上分析可得：在進(jìn)行批次界面檢測(cè)時(shí)，聲速值與密度值兩種手段是等效的。

3 結(jié)論

孔板流量計(jì)應(yīng)用聲學(xué)原理對(duì)流體在管道內(nèi)的流速值進(jìn)行測(cè)量，通過一系列的數(shù)據(jù)處理獲得了管道內(nèi)流體的瞬時(shí)體積流量，在此基礎(chǔ)上將瞬時(shí)流量對(duì)時(shí)間進(jìn)行近似積分處理可得管道輸油累計(jì)值，此數(shù)值雖有一定誤差，但完全可以滿足管道生產(chǎn)需要。以上兩種數(shù)值可直接供調(diào)度員作為指導(dǎo)性數(shù)據(jù)使用，增加了數(shù)據(jù)來源的便利性和有效性并大幅提高了工作效率?？装辶髁坑?jì)在對(duì)管道內(nèi)流體進(jìn)行流速測(cè)量的同時(shí)，間接地獲得了流體聲速值。根據(jù)不同烴類由于其密度、彈性模量不同導(dǎo)致聲速值也不同的物理學(xué)原理，利用站場(chǎng)現(xiàn)有的外夾式西門子孔板流量計(jì)，在不增加其他附屬裝置的前提下，成功實(shí)現(xiàn)了柴汽界面的識(shí)別，且其識(shí)別精度與使用在線密度計(jì)方式相同。即便在密度計(jì)設(shè)備發(fā)生故障而失效的情況下，此系統(tǒng)仍可以獨(dú)立工作，幫助調(diào)度員進(jìn)行柴汽混油界面的識(shí)別。

在以上技術(shù)保障的前提下，站場(chǎng)密度計(jì)檢測(cè)裝置由之前的連續(xù)運(yùn)行，上海自動(dòng)化儀表有限公司改為在批次界面通過時(shí)站場(chǎng)時(shí)間歇運(yùn)行，這不僅可大幅降低維護(hù)人員勞動(dòng)強(qiáng)度、降低生產(chǎn)運(yùn)行費(fèi)用和產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益，還提高了油品質(zhì)量的保障能力。