孔板流量計在成品油管道的應用

孔板流量計通過(guò)測量差壓穿過(guò)管道內流體時(shí)所用時(shí)長(cháng)，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(guò)對瞬時(shí)值的近似積分得到過(guò)站累計流量。將某運行工況下瞬時(shí)流量與累計流量的趨勢變化進(jìn)行對比，證明了孔板計量準確，精度滿(mǎn)足生產(chǎn)需求，提高了生產(chǎn)效率。此外，孔板流量計還采集了管道內流體的聲速值，通過(guò)后期改造將該數據傳送至站PLC，可以得到油品聲速值的實(shí)時(shí)數據。將密度與聲速隨時(shí)間變化的趨勢進(jìn)行對比得出：使用孔板流量計進(jìn)行批次界面檢測，可取代站場(chǎng)密度計檢測裝置從而大幅降低維護人員勞動(dòng)強度并節省運行費用。

孔板具有方向性好，穿透能力強的優(yōu)點(diǎn)，且易于獲得較集中的聲能，傳播距離遠，在農業(yè)、醫學(xué)、工業(yè)、軍事等領(lǐng)域有著(zhù)廣泛的使用，特別是在測量工業(yè)領(lǐng)域，由于孔板技術(shù)具有精度高、非接觸、無(wú)損等優(yōu)點(diǎn)因而得到了廣泛的應用。我國某長(cháng)輸成品油管道成功運用孔板技術(shù)實(shí)現了流量精確測量和混油界面檢測。該管道于2009年建成投產(chǎn)，線(xiàn)路西起甘肅蘭州，東行河南鄭州，南抵湖南長(cháng)沙，干線(xiàn)全長(cháng)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(xiàn)設有16座工藝站場(chǎng)，每座站場(chǎng)內均安裝平衡孔板流量計1臺。

1孔板流量計工作原理

目前，工業(yè)上測量流量的傳感器種類(lèi)繁多，檢測手段也多種多樣，按測量原理可分為電學(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?？装辶髁坑嫾礊槔寐晫W(xué)原理通過(guò)對管道中流體的聲速測量從而獲得其流速值。

管道采用固定式流量計，該型流量計以時(shí)差法為測量原理，主要由孔板換能器、信號處理電路及流量顯示系統3部分組成。時(shí)差式孔板流量計的測量原理：孔板穿過(guò)流體順流和逆流時(shí)間不同，根據孔板脈沖在被測介質(zhì)的順流和逆流形成的速度差測量流體的流速，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孔板流量計功能拓展

2.1輸油計量

管道內介質(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)連續性方程可知：任意時(shí)間段通過(guò)管道內某截面的流體體積等于該截面面積乘以介質(zhì)通過(guò)該截面的平均流速對該時(shí)間段的積分。流量計算機以秒級為基本時(shí)間間隔采集到的是一系列孤立的、不連續的數據點(diǎn)，在采集到瞬時(shí)流量數據點(diǎn)后計算機對其深度處理，進(jìn)行近似積分。即相鄰兩個(gè)瞬時(shí)流量值取平均數與時(shí)間間隔相乘并將乘積累加求和。

SCADA系統采集到的某中間站場(chǎng)孔板流量計瞬時(shí)值與累計值變化趨勢圖。20:12過(guò)站流量由680m3/h增加至800m3/h，瞬時(shí)流量曲線(xiàn)出現階躍，累計流量曲線(xiàn)變得陡峭，斜率增大。

盡管在歷史趨勢圖中，一體化孔板流量計所測得的瞬時(shí)流量值在一定范圍內波動(dòng)，并且與管道內實(shí)際值有一定的偏差，但這并不影響調度員對管道運行狀態(tài)的整體把握，其精度完全可滿(mǎn)足管道調控運行的實(shí)際需要；同理孔板流量計近似積分所得的累計值一般也不作為管道各方交接計量的結算數據，但是可作為生產(chǎn)的指導性數據，例如可大致計算日輸量、批次輸量、批次界面位置等。與使用首末站儲罐液位進(jìn)行生產(chǎn)數據計算相比，孔板流量計數值獲取更加方便快捷，提高了調度員的工作效率。

使用在線(xiàn)密度計對管道內流體密度值進(jìn)行測量，從而達到批次跟蹤、混油界面檢測和識別不同油品的目的。密度計法實(shí)現簡(jiǎn)單方便，密度檢測裝置運行可靠，該方法是成品油管道應用較為成熟的技術(shù)手段。為驗證使用聲速值檢測混油界面的可行性與可靠性，將某一時(shí)段批次界面通過(guò)某站場(chǎng)時(shí)油品聲速值與密度值在 SCADA 系統所采集到的數據繪制在同一圖示內。密度值由密度計撬座裝置連續循環(huán)取樣測得，聲速值由孔板流量計測得。

當混油界面通過(guò)該站場(chǎng)時(shí)，油品密度值與聲速值開(kāi)始同步上升；隨著(zhù)混油段中柴油組分所占比例的不斷增多，二者數值均逐漸增大，曲線(xiàn)斜率也不斷增加；而當下一批次純柴油油頭進(jìn)站時(shí)，密度曲線(xiàn)、聲速曲線(xiàn)也都趨于平緩，并非常終穩定不變。在整個(gè)過(guò)程中站內油品由汽油逐漸變?yōu)椴裼?，管道內油品密度值?35 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)行批次界面檢測時(shí)，聲速值與密度值兩種手段是等效的。

3 結論

孔板流量計應用聲學(xué)原理對流體在管道內的流速值進(jìn)行測量，通過(guò)一系列的數據處理獲得了管道內流體的瞬時(shí)體積流量，在此基礎上將瞬時(shí)流量對時(shí)間進(jìn)行近似積分處理可得管道輸油累計值，此數值雖有一定誤差，但完全可以滿(mǎn)足管道生產(chǎn)需要。以上兩種數值可直接供調度員作為指導性數據使用，增加了數據來(lái)源的便利性和有效性并大幅提高了工作效率?？装辶髁坑嬙趯艿纼攘黧w進(jìn)行流速測量的同時(shí)，間接地獲得了流體聲速值。根據不同烴類(lèi)由于其密度、彈性模量不同導致聲速值也不同的物理學(xué)原理，利用站場(chǎng)現有的外夾式西門(mén)子孔板流量計，在不增加其他附屬裝置的前提下，成功實(shí)現了柴汽界面的識別，且其識別精度與使用在線(xiàn)密度計方式相同。即便在密度計設備發(fā)生故障而失效的情況下，此系統仍可以獨立工作，幫助調度員進(jìn)行柴汽混油界面的識別。

在以上技術(shù)保障的前提下，站場(chǎng)密度計檢測裝置由之前的連續運行，上海自動(dòng)化儀表有限公司改為在批次界面通過(guò)時(shí)站場(chǎng)時(shí)間歇運行，這不僅可大幅降低維護人員勞動(dòng)強度、降低生產(chǎn)運行費用和產(chǎn)生經(jīng)濟效益，還提高了油品質(zhì)量的保障能力。