外夾式超聲波流量計在化工石油中的應用優(yōu)勢和特點

一、測量石油輸送流量的儀表種類

當今工業(yè)生產(chǎn)中實際投入使用的流量傳感器有很多種類型，所使用的原理和方法也各不相同，如果從單單從檢測原理上分類，主要可分為“聲、光、熱、力、電”等原理。以行業(yè)內(nèi)通常的分類法則為分為容積式、差壓式、浮子式、渦輪式、電磁式、渦街式、插入式、外夾式、管段式、便攜式等等。不同種類的流量計適應的流體介質(zhì)不同，待測流體介質(zhì)導電性較好的適宜使用電磁式流量計。而超波流量計則更擅長于在大管徑、大流量、高密度、高速度和長距離輸送要求的測量工況條件，因此對于大管徑的流量測量選擇超聲波流量計應該是一個優(yōu)化方案之一。

二、超聲波流量計的發(fā)展歷程

世界上*超聲波流量計出現(xiàn)在上世紀的德國，距離現(xiàn)在已有80多年的歷史。近幾年來，隨著科技發(fā)展日新月異，進入一個以數(shù)字化、自動化、信息化為主導的新型工業(yè)**中，高速數(shù)字信號的處理技術與微處理技術的快速發(fā)展為超聲波流量計發(fā)展提供了技術升級的強大活力。同時，伴隨著流量計探頭新材料和新的加工工藝的出現(xiàn)以及聲道配置等技術的進步，未來超聲波流量計的技術優(yōu)勢將更為強勁，發(fā)展勢頭更加迅猛。

三、石油輸送流量監(jiān)測儀表的選型

超聲波流量計的系統(tǒng)構成包括換能器和主機。換能器也就是傳感器，按照傳感器的安裝方式不同，又可以將超聲波流量計分為外夾式、管段式和插入式超聲波流量計。

3.1 外夾式超聲波流量計

外夾式又稱外貼式超聲波流量計，它是產(chǎn)生早，用戶熟悉且應用廣泛的超聲波流量計，特點是使用時不會與被測量介質(zhì)接觸，適于測量不易接觸和觀察的流體以及大管徑流量，不在管道內(nèi)安裝儀器則不會改變介質(zhì)的流動狀態(tài)及產(chǎn)生附加阻力。正因為超聲波流量計屬于非接觸式儀表，所以它的安裝和檢修均不會影響生產(chǎn)管線的正常運行。外夾式超聲波流量計是石油輸送過程流量監(jiān)測儀器的*佳選擇類型。

3.2 管段式超聲波流量計

生產(chǎn)企業(yè)中某些管道因材質(zhì)疏松、聲波傳送效果差，或者管道內(nèi)壁銹蝕、有襯里等原因，致使聲波信號在傳輸過程中衰減嚴重，用外夾式超聲波流量計無法正常測量，因而催生了管段式超聲波流量計。

管段式超聲波流量計就是把換能器和測量管連成一個整體安裝在管道中間進行流體流量的超聲波檢測。它的優(yōu)點是測量精度高，缺點是安裝和檢修時必須停止流體輸送。

3.3 插入式超聲波流量計

插入式超聲波流量計的使用介于外夾式和管段式之間。安裝時一般需要斷流安裝，如果通過工具也可以實現(xiàn)非斷流安裝。其測量精度優(yōu)于外夾式超聲波流量計，相對管段式超聲波流量計稍差。

四、超聲波流量計的檢測原理

封閉管道用上超聲波流量計的測量原理有5種，現(xiàn)在使用多的是傳播時間法和多普勒法兩大類。

4.1 傳播時間法超聲波流量計檢測原理

傳播時間法的測量原理是：聲波在流體中傳播時，沿著流體流動的順流和逆流方向受到的影響不同，換能器接收到的聲波就不同，接收到的信號通過轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成代表流量的電信號供給顯示和計算儀表進行顯示和計算。

外夾式超聲波流量計主要采用傳輸時間差法測量流量。超聲波穿過流體順流和逆流時間不同，其時間差Δt與流體速度V成正比，介質(zhì)流速越快，“ΔT”就越大。

4.2 多普勒法超聲波流量計的檢測原理

聲波在流體介質(zhì)中傳播時，經(jīng)流體中顆粒反射回換能器的頻率不同，這一現(xiàn)象被稱稱為多普勒效應。所謂多普勒測量原理，就是依據(jù)聲波的多普勒效應計算出流體的流量。

使用超聲波測量流體流量時選擇傳播時間法還是多普勒法？其主要判斷要素是：液體潔凈程度或雜質(zhì)含量，測量精度要求。

五、超聲波流量計使用中常見問題及原因分析

（1）管道上已打磨光滑，但安裝測量時信號始終很弱，無法測量。可能原因包括：1）管道內(nèi)壁結垢較多，超聲波衰減較嚴重，無法測量；2）管道有內(nèi)襯，內(nèi)襯與管道之間有間隙，導致聲波不能穿透，無法測量；3）耦合計干涸，失去作用；4）介質(zhì)含雜、氣泡增多或介質(zhì)糊住探頭；5）探頭位置發(fā)生變化；6）探頭老化；7）探頭電纜接觸不佳。

（2）超聲波流量計產(chǎn)生流量讀數(shù)不穩(wěn)定。可能原因包括：1）測量點直管短，不符合測量要求；2）介質(zhì)含有氣體或雜質(zhì)且不穩(wěn)定；3）儀表故障。

（3）超聲波流量計信號很弱，波形差，讀數(shù)不穩(wěn)定。可能原因包括：1）安裝探頭位置不正確（*D后5D）；2）參數(shù)設置出錯；3）管道使用多年使內(nèi)壁結垢太厚；4）有氣泡或渦流；5）管徑與探頭測量范圍不匹配。

六、通過超聲波流量計可以判斷流體在管道輸送過程中是否存在泄漏

管道運輸以其*的經(jīng)濟、便攜、安全等優(yōu)點而被廣泛應用于石油、天然氣等液體、氣體、漿液的運輸中，并且已成為與鐵路、公路、航空、水運并駕齊驅(qū)的五大運輸行業(yè)之一。但是，隨著輸送管線的增長和使用年限的延長，以及管道的腐蝕、磨損等自然或人為原因，管道泄露事故的發(fā)生時不可避免的。管道的泄露既影響正常生產(chǎn)，又造成經(jīng)濟損失、環(huán)保隱患和能源浪費。

目前，已經(jīng)產(chǎn)生了一種超聲波流量計輸油管道泄漏監(jiān)測方法，突出了超聲波流量計的原理及技術特點，提高了定位精度，降低監(jiān)測費用。

七、本文總結

外夾式超聲波流量計作為一種工作性能和測量效果特別的流量儀表，無論是在測量安裝的方便性和性價比有著其它類型儀表*的優(yōu)勢，因為外夾式超聲波流量計在石油管道上的使用，無需切割管道，不僅減少了施工費用，減少了工作量，同時也保證了管道的安全，并且因為測量儀表是管道外置方式，非常利于儀表的安裝、清洗和維護，為管線的正常運營和維護提供了很好的保障。