基于超聲波流量計(jì)的管道原油流量泄漏檢測(cè)系統(tǒng)

福建工程學(xué)院信息科學(xué)與工程學(xué)院

基于超聲波流量計(jì)的管道原油流量泄漏檢測(cè)系統(tǒng)

王亞林福建工程學(xué)院信息科學(xué)與工程學(xué)院

隨著原油管道的逐步加長(zhǎng)，由于腐蝕與磨損，以及管道輸送介質(zhì)自身帶有的污染性和危險(xiǎn)性，一旦發(fā)生管道泄漏，將會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境帶來(lái)嚴(yán)重的破壞，給人類的生命財(cái)產(chǎn)造成重大損失。基于此，設(shè)計(jì)一套UFM 3030型超聲波流量計(jì)管道流量泄漏檢測(cè)系統(tǒng)。UFM 3030型超聲波流量計(jì)是一種節(jié)能型的非接觸式流量測(cè)量?jī)x表，在流體流動(dòng)過(guò)程中，不會(huì)對(duì)流體流速產(chǎn)生阻力，無(wú)壓力損失，具有高精度、多功能、智能化、響應(yīng)速度快、安裝維修方便等性能，能夠與長(zhǎng)輸管道管理配套使用，確保管道輸油作業(yè)安全、穩(wěn)定地進(jìn)行。

原油管道；工作原理；超聲波流量計(jì)；泄漏；定位

隨著原油管道的逐步加長(zhǎng)，由于腐蝕與磨損，以及管道輸送介質(zhì)自身帶有的污染性和危險(xiǎn)性，一旦發(fā)生管道泄漏，將會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境帶來(lái)嚴(yán)重的破壞，給人類的生命財(cái)產(chǎn)造成重大損失?；诖耍瑢?duì)管道流量泄漏檢測(cè)技術(shù)的研究顯得尤為重要，在管道發(fā)現(xiàn)泄漏的第一時(shí)間檢測(cè)出來(lái)，準(zhǔn)確定位泄漏點(diǎn)位置，并將泄漏信息及時(shí)傳回指揮中心。通過(guò)對(duì)管道原油流量泄漏檢測(cè)方法進(jìn)行研究，結(jié)合我國(guó)實(shí)際管道運(yùn)輸情況，有針對(duì)性地設(shè)計(jì)一套UFM3030型超聲波流量計(jì)管道流量泄漏檢測(cè)技術(shù)，該技術(shù)能夠精確定位管道泄漏點(diǎn)位置。

1 超聲波流量計(jì)工作原理與特點(diǎn)

1.1工作原理

UFM3030型超聲波流量計(jì)的工作原理：超聲波在流動(dòng)介質(zhì)中的傳播，其傳播速度與被測(cè)介質(zhì)的平均流速相等。伴隨著流體的流動(dòng)，超聲波攜帶了流體流速的信息，通過(guò)對(duì)超聲波接收的信息進(jìn)行分析，可以檢測(cè)出流體流速，再根據(jù)公式可以計(jì)算出流量大小。隨著集成電路和檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展，超聲波流量計(jì)應(yīng)運(yùn)而生，其檢測(cè)方法有很多，主要分為波束偏移法、多普勒法、傳播速度差法、噪聲法及相關(guān)法等。其具有非接觸型式特征，不會(huì)對(duì)流體流速產(chǎn)生擾動(dòng)。UFM3030型超聲波流量計(jì)節(jié)能效果良好，具有廣闊的應(yīng)用前景。

1.2UFM3030型超聲波流量計(jì)特點(diǎn)

（1）UFM3030型超聲波流量計(jì)是一種節(jié)能型的非接觸式流量測(cè)量?jī)x表，在流體流動(dòng)過(guò)程中，不會(huì)對(duì)流體流速產(chǎn)生阻力，無(wú)壓力損失。對(duì)于大口徑管道（管徑達(dá)15m），在流體流量檢測(cè)過(guò)程中有良好的節(jié)能效果。

（2）UFM3030型超聲波流量計(jì)測(cè)量范圍廣泛，可測(cè)量介質(zhì)包括液氣兩相介質(zhì)、非導(dǎo)電介質(zhì)、含雜質(zhì)污物介質(zhì)、強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)，在測(cè)量流量過(guò)程中不受流體溫度、黏度、密度、壓力的影響，測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確。

（3）適用廣泛，一臺(tái)超聲波流量計(jì)可對(duì)不同口徑管道內(nèi)的介質(zhì)流量進(jìn)行測(cè)量，并且安裝和維修方便，安裝不需要法蘭、旁通等工具，無(wú)需停流維修，可在線維修而不影響流體正常流動(dòng)。

（4）超聲波流量計(jì)工作時(shí)采用的是計(jì)量專用程序，計(jì)量精度可達(dá)0.15%，可在1～60 s內(nèi)對(duì)響應(yīng)速度進(jìn)行調(diào)整，具有0.000 3m/s的靈敏度，也可以對(duì)外部參數(shù)進(jìn)行校正。

2 原油流量泄漏檢測(cè)

2.1原油長(zhǎng)輸管道特點(diǎn)

原油長(zhǎng)輸管道具有如下特點(diǎn)：①較長(zhǎng)管段；②大輸油量；③較高輸油壓力；④大口徑；⑤沿線地形、地貌較為復(fù)雜。為了保障原油管道正常運(yùn)行，需要對(duì)管道進(jìn)行檢測(cè)，避免原油泄漏。在原油管道流量泄漏方面不能漏報(bào)一起事故，對(duì)檢測(cè)儀的要求是越精確越好，這樣才能快速準(zhǔn)確地找到泄漏點(diǎn)，及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)救。

2.2UFM3030型超聲波流量泄漏檢測(cè)

國(guó)內(nèi)外在管道流體流量泄漏方面的研究有很多，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)在流體流量泄漏方面的應(yīng)用，對(duì)動(dòng)態(tài)泄漏檢測(cè)技術(shù)的研究逐步增多。表1給出了各種泄漏檢測(cè)方法，并對(duì)各種檢測(cè)方法的性能進(jìn)行對(duì)比分析。

（1）UFM3030型超聲波流量計(jì)泄漏檢測(cè)與定位框架。根據(jù)UFM3030型超聲波流量計(jì)特點(diǎn)和原理，設(shè)計(jì)超聲波流量計(jì)用于原油管道流量泄漏檢測(cè)的總框架（如圖1所示），充分發(fā)揮UFM3030型超聲波流量計(jì)的性能，維護(hù)原油管道日常輸油正常運(yùn)行。

圖1 管道原油流量泄漏與定位系統(tǒng)

（2）UFM3030型超聲波流量計(jì)泄漏檢測(cè)與定位原理。原油管道發(fā)生流量泄漏時(shí)，管道泄漏點(diǎn)產(chǎn)生一定的壓差，里面的液流會(huì)隨著泄漏點(diǎn)溢出，原有的水力平衡系統(tǒng)被打破，管道管段兩端隨著壓力的下降，瞬態(tài)流量會(huì)產(chǎn)生波動(dòng)。根據(jù)瞬態(tài)壓力波傳播的時(shí)間差，以及管道內(nèi)壓力波傳播速度便可計(jì)算得到泄漏點(diǎn)信息，響應(yīng)速度快并且定位準(zhǔn)確。泄漏點(diǎn)定位表達(dá)式如下

式中X為泄漏點(diǎn)距首端測(cè)壓點(diǎn)距離（m）；L為管道站間距離（m）；a為管輸介質(zhì)壓力波傳播速度（m/s）；Δt為接收壓力波時(shí)間差（s）。

（3）現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用構(gòu)架。將超聲波流量計(jì)安裝在原油管道首末端，結(jié)合管道泄漏檢測(cè)與定位思想，利用超聲波實(shí)時(shí)接收液流瞬態(tài)流量、累計(jì)流量，將管道流體流速信息上傳到生產(chǎn)調(diào)度指揮中心，在指揮中心對(duì)流體流速信息數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，將原油流體在管道內(nèi)的泄漏點(diǎn)定位。

3 結(jié)論

近幾年管道原油流量泄漏檢測(cè)方面的研究增多，隨著電子計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、數(shù)字通信等技術(shù)不斷進(jìn)步，使得原油流量泄漏檢測(cè)技術(shù)有了實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展。UFM3030型超聲波流量計(jì)在長(zhǎng)輸管道原油泄漏檢測(cè)與定位方面有一定的優(yōu)勢(shì)，具有高精度、智能化、多功能、響應(yīng)速度快和安裝維修方便等性能，能夠與長(zhǎng)輸管道管理配套使用，確保管道輸油作業(yè)安全、穩(wěn)定地進(jìn)行。

（欄目主持 關(guān)梅君）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.1.030