超聲波流量計(jì)在線比對(duì)的應(yīng)用

余凱 黃俊發(fā) 方波(中原石油勘探局供熱管理處 河南 濮陽(yáng) 457001)

引言

超聲波在流動(dòng)的流體中傳播時(shí)就載上流體流速的信息。因此通過(guò)接收到的超聲波就可以檢測(cè)出流體的流速，從而換算成流量。根據(jù)檢測(cè)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(guān)法等不同類型的超聲波流量計(jì)。

超聲波流量計(jì)是近十幾年來(lái)隨著集成電路技術(shù)迅速發(fā)展才開(kāi)始應(yīng)用的一種非接觸式儀表，適于測(cè)量不易接觸和觀察的流體以及大管徑流量。它與水位計(jì)聯(lián)動(dòng)可進(jìn)行敞開(kāi)水流的流量測(cè)量。使用超聲波流量比不用在流體中安裝測(cè)量元件故不會(huì)改變流體的流動(dòng)狀態(tài)，不產(chǎn)生附加阻力，儀表的安裝及檢修均可不影響生產(chǎn)管線運(yùn)行因而是一種理想的節(jié)能型流量計(jì)。

一、問(wèn)題現(xiàn)狀

日前我處有一供暖工藝管段，采用的是V錐流量計(jì)測(cè)量供回水流量，在運(yùn)行期間發(fā)現(xiàn)日常流量在1000 T/h的時(shí)候，供回水的瞬時(shí)偏差能達(dá)到200～300 T/h，這就意味著日失水量達(dá)到7200 T，這是任何一個(gè)運(yùn)行單位所不能承受的，供需雙方在表具的準(zhǔn)確度上存在較大分歧，但是由于在運(yùn)行期，不可能將流量計(jì)拆除進(jìn)行校驗(yàn)，為了解決這一問(wèn)題，我們?cè)O(shè)計(jì)出雙超聲波流量計(jì)在線比對(duì)的方案，通過(guò)實(shí)際操作和數(shù)據(jù)采集分析，為雙方的后續(xù)處理提供了科學(xué)的依據(jù)。

圖1 所示為此段管線的計(jì)量工藝系統(tǒng)圖，系統(tǒng)采用的是焓差法測(cè)量供熱量，利用供水管線上的V錐流量計(jì)和溫度探頭組成供水熱焓測(cè)量單元，所測(cè)量的數(shù)據(jù)進(jìn)入熱量積算儀，利用回水管線上的V錐流量計(jì)和溫度探頭組成回水熱焓測(cè)量單元，所測(cè)量的數(shù)據(jù)進(jìn)入熱量積算儀，熱量積算儀通過(guò)定時(shí)采樣，計(jì)算出供回水的焓值差從而計(jì)算出受熱端消耗的熱量。

圖1 計(jì)量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

在實(shí)際計(jì)量過(guò)程中供、回水流量計(jì)所測(cè)量的流量會(huì)存在偏差，即系統(tǒng)失水，這個(gè)失水如果在正常范圍之內(nèi)是合理的，對(duì)計(jì)量的影響也不會(huì)很大，但是如果供、回水實(shí)時(shí)流量值偏差較大則不僅會(huì)影響儀表的正常計(jì)量也反映出系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)失水過(guò)大，在貿(mào)易計(jì)量中這是供、受雙方產(chǎn)生意見(jiàn)分歧的焦點(diǎn)。

圖2 雙超聲波流量計(jì)測(cè)量圖

二、雙超聲波在線測(cè)量

為了解決上述問(wèn)題，消除雙方對(duì)計(jì)量表具存在的疑問(wèn)，我們?cè)O(shè)計(jì)了雙超聲波在線測(cè)量比較的方案，測(cè)量方式見(jiàn)圖2。在超聲波流量計(jì)的位置選擇上需要注意的是，應(yīng)選擇在V錐流量計(jì)的上流側(cè)，這樣既保證了有足夠的直管段，流速的發(fā)展比較充分，也不會(huì)受到下游溫度傳感器的干擾，因?yàn)樵谙掠蝹?cè)流速變化比較大，不利于超聲波流量計(jì)的檢測(cè)。

基于上述考慮我們選擇在下午兩點(diǎn)左右流量穩(wěn)定階段進(jìn)行測(cè)試，為了數(shù)據(jù)記錄的準(zhǔn)確性，我們采用了兩部相機(jī)同時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)顯示屏進(jìn)行拍攝，最后匯總記錄的方式，以避免在數(shù)據(jù)記錄過(guò)程中發(fā)生偏差。通過(guò)測(cè)量我們搜集到一些有效數(shù)據(jù)，詳見(jiàn)表1

表1：

29142023261052.91063.71062.61059.910481130.61140.61149.41151.91149.211341129113411401142155.279164.4616

通過(guò)測(cè)量所得數(shù)據(jù)，我們可以看出雙超聲波流量計(jì)的差值一直是在穩(wěn)定狀態(tài)，計(jì)量?jī)x中的供、回水流量除個(gè)別重大偏差值外，其余數(shù)據(jù)也均在穩(wěn)定狀態(tài)，表2、表3為數(shù)據(jù)分析表。

表2：

表3：

通過(guò)表3、表4我們可以看出在同一時(shí)間軸上，兩條曲線具有同樣的變化趨勢(shì)，即兩種測(cè)量模式下表計(jì)的結(jié)構(gòu)具有相同的變化趨勢(shì)，這里我們不考慮數(shù)據(jù)的對(duì)應(yīng)程度，從數(shù)據(jù)的分析結(jié)果可以看出V錐流量計(jì)的測(cè)量結(jié)果是可以采信的，造成供、回水流量偏差大的原因應(yīng)該是過(guò)程管網(wǎng)失水嚴(yán)重，應(yīng)該加強(qiáng)管網(wǎng)的管理。

本方案設(shè)計(jì)的前提是采用兩臺(tái)同型號(hào)，同等精度，同樣廠家的便攜式超聲波流量計(jì)，在同一時(shí)間對(duì)供回水流量進(jìn)行測(cè)量，在數(shù)據(jù)處理上，我們不采用單個(gè)的實(shí)時(shí)流量，而是采樣每個(gè)時(shí)間點(diǎn)上的流量差，用這個(gè)流量差與V錐流量計(jì)的實(shí)時(shí)流量差進(jìn)行比對(duì)。這樣做的目的有以下幾個(gè)方面：

1.采用同型號(hào)，同等精度，同樣廠家的便攜式超聲波流量計(jì)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(nèi)；

2.在數(shù)據(jù)處理上采用流量差進(jìn)行分析，是為了進(jìn)一步消除表具誤差對(duì)數(shù)據(jù)分析的影響；

3.由于正在使用的兩臺(tái)V錐流量計(jì)也是同一廠家的同一批次的產(chǎn)品，這樣兩組儀表的基本狀態(tài)時(shí)一直的，也鞏固了測(cè)量方法的正確性；

結(jié)尾

通過(guò)雙超聲波流量計(jì)在線比對(duì)的實(shí)踐應(yīng)用，較好的解決了滿管式流量計(jì)在連續(xù)流程工藝管段上不能停車校驗(yàn)的困境，在供熱運(yùn)行期具有非常好的現(xiàn)實(shí)意義。