1 概述
随着高速数字信号的处理技术与微处理器技术的迅猛发展, 超声波流量计的精确度不断提高, 对于不同工况下的适应能力也越来越强, 在其使用过程呈现出来的, 结构简单、重量轻、安装维护方便以及极大程度上减小了管线压力损失等特点, 使其在测量领域的应用越来越广泛。油品计量交接中普遍存在压力损失严重, 管线中存在油气混合或者油水混合的状态等问题, 增加了资源成本和人力成本。本文主要论述通过对超声波流量计的改进来避免这些问题, 从而降低油库等油品储运环节中的成本。
2 对比分析
现在行业内普遍使用的流量计按照原理的不同主要分为压差式流量计、容积式流量计、速度式流量计、质量流量计和超声波流量计。在油品计量交接过程中以容积式和科式质量流量计应用最多。其中容积式流量计受测量温度, 流体管道内的流速和流量计安装前后压差影响较大, 测量结果容易产生较大偏差;质量流量计安装时多需要变径, 当油品含有少量的气或者水时通过流量计时容易产生挂壁现象, 导致流量计读数出现漂移, 从而影响计量的准确性。容积式流量计和科式质量流量计还普遍存在压力损失严重的问题。以科式质量流量计为例, 安装时往往需要缩径, 当管道直径为350m, 选用公称直径为DN200的CMF质量流量计测量, 假设流量计不间断运行, 那么每年因压力损失所需增加的能耗费用约17万元!
超声波流量计基于超声波的传递特性, 通过超声波在介质中传播过程中会受到流体的作用可从而携带介质内的流动信息来测量流量。一般超声波流量计由超声波换能器、电子线路, 和流量累计显示系统组成, 换能器将电能转换成超声波信号, 接收端接受超声波信号后通过电子线路对信号进行放大处理, 经过计算将流量信息反映在显示系统上。与上述几种流量计相比, 超声波流量计有以下突出优点:
2.1 结构简单, 流量计体积轻便, 不用改变管径可直接在管道上安装, 使用和维护方便;
2.2 不改变管道内流体的流动状态, 不产生额外的压力损失, 极大的减少了管线中的能耗;
2.3 对管线内流体不产生扰动, 对于油品等易燃易爆液体, 减少管线内静电的积累, 从而提高管输油品过程中的安全性。
3 原理简介
超声波流量计是非接触式流量计, 利用超声波在流体中传播时会携带流体的速度信息, 通过收集在固定距离内的传播信号并对信号进行分析测算就可计算出流体的速度。现有的超声波流量计所应用的基本原理主要有:速度差法、相关法、噪声法、多普勒法和波束偏移法等, 其中相关法测量精度最高可以满足成品油计量交接需求, 多普勒法超声波流量计可以测量气液两相流体。本文拟使用相关法超声波流量计加装一组换能器识别油、气、水三相流, 从而精确计量交接体积, 减少人力投入以及人为因素的影响。
3.1 相关法
相比于时差法通过对换能器之间的超声波脉冲信号频率的采集与计算从而得出流体速度, 相关法的原理相对复杂但是有效的避免了脉冲信号在流体中传播时所受到的流体气泡, 周围噪声等因素的影响, 从而大大提高了流量计的精度。
相关法是在原有的脉冲信号叠加一组一定信噪比的噪声, 接收器对两组脉冲信号幅值进行分析, 找出最大相关点, 从而确定脉冲信号的频率以计算流体的速度, 这种方法在极大程度上避免了环境噪声或流体中存在的气泡等杂质对原有超声波信号的干扰, 大大提高了流量计的精度, 可以满足成品油计量交接的要求
3.2 超声层析法
超声波可以通过固体、液体、气体传播, 超声波在不同介质中的传播速度与介质本身的性质有关, 超声波在空气 (15℃) 中的传播速度为340m/s, 在煤油 (25℃) 中的传播速度为1324m/s, 在蒸馏水 (25℃) 中的传播速度为1497m/s。而且超声波在介质中传播过程中根据介质内部的不同情况会呈现出不同的反射、散射等特点, 从而反映介质内部信息, 这就是超声波成像技术。这种运用几何声学的方法所得到的管路内流体截面信息, 与流量计测得的体积信息相结合, 从而计算出油品体积。在相关法超声波流量计精确度的基础上, 通过加装一组不同频率信噪比的超声波换能器获取截面信息。过滤气体和水的信息, 只计算管路中油品的体积, 从而达到测量油、气、水三相流流量的目的。
4 结语
本文基于油品储运过程中存在的问题, 提出了相关法与层析法相结合得超声波流量计使用的可能性与市场前景。但由于超声波流量计在行业内并未形成产品系列化, 和通用化的研发、生产和使用形式, 导致目前超声波流量计用于油品计量交接的情况还是凤毛麟角。不过随着数据采集技术的不断发展以及系统算法的不断更新, 超声波流量计最终会克服目前自身还存在的种种不足, 成为流量计行业中的一支主力军。
摘要：以相关法超声波流量计为基础, 提高超声波流量计的精度, 满足油品计量交接中的要求, 另外加装一组超声波射线层析换能器, 解决油品计量交接中普遍存在的问题, 从而降低运行成本, 提高效率。
关键词：超声波流量计,相关法,射线层析法,三相流识别
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