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孔板流量计在成品油管道的应用

作者: 来源: 发布时间:2017-09-27 16:30:10
        摘要:孔板流量计通过测量差压穿过管道内流体时所用时长,得到管输介质瞬时流速值,并通过对瞬时值的近似积分得到过站累计流量。将某运行工况下瞬时流量与累计流量的趋势变化进行对比,证明了孔板计量准确,精度满足生产需求,提高了生产效率。此外,孔板流量计还采集了管道内流体的声速值,通过后期改造将该数据传送至站PLC,可以得到油品声速值的实时数据。将密度与声速随时间变化的趋势进行对比得出:使用孔板流量计进行批次界面检测,可取代站场密度计检测装置从而大幅降低维护人员劳动强度并节省运行费用。
 
        孔板具有方向性好,穿透能力强的优点,且易于获得较集中的声能,传播距离远,在农业、医学、工业、军事等领域有着广泛的使用,特别是在测量工业领域,由于孔板技术具有精度高、非接触、无损等优点因而得到了广泛的应用。我国某长输成品油管道成功运用孔板技术实现了流量精确测量和混油界面检测。该管道于2009年建成投产,线路西起甘肃兰州,东行河南郑州,南抵湖南长沙,干线全长2086km。管道采用常温密闭顺序输送工艺,输送多种油品[3]。管道干线设有16座工艺站场,每座站场内均安装孔板流量计1台。
 
1孔板流量计工作原理
        目前,工业上测量流量的传感器种类繁多,检测手段也多种多样,按测量原理可分为电学原理、热学原理、光学原理、声学原理、原子物理学原理等。孔板流量计即为利用声学原理通过对管道中流体的声速测量从而获得其流速值。
 
        管道采用固定式流量计,该型流量计以时差法为测量原理,主要由孔板换能器、信号处理电路及流量显示系统3部分组成。时差式孔板流量计的测量原理(图1):孔板穿过流体顺流和逆流时间不同,根据孔板脉冲在被测介质的顺流和逆流形成的速度差测量流体的流速,其时间差Δt与介
质速度成正比,介质流速越快,时差值就越大。
 
2孔板流量计功能拓展
2.1输油计量
        管道内介质的流动可以近似看作是定常流,由不可压缩流体定常流动连续性方程可知:任意时间段通过管道内某截面的流体体积等于该截面面积乘以介质通过该截面的平均流速对该时间段的积分。流量计算机以秒级为基本时间间隔采集到的是一系列孤立的、不连续的数据点,在采集到瞬时流量数据点后计算机对其深度处理,进行近似积分。即相邻两个瞬时流量值取平均数与时间间隔相乘并将乘积累加求和。
 
        图2为SCADA系统采集到的某中间站场孔板流量计瞬时值与累计值变化趋势图。如图2所示,20:12过站流量由680m3/h增加至800m3/h,瞬时流量曲线出现阶跃,累计流量曲线变得陡峭,斜率增大。
瞬时流量与累计流量趋势
        尽管在历史趋势图中,孔板流量计所测得的瞬时流量值在一定范围内波动,并且与管道内实际值有一定的偏差,但这并不影响调度员对管道运行状态的整体把握,其精度完全可满足管道调控运行的实际需要;同理孔板流量计近似积分所得的累计值一般也不作为管道各方交接计量的结算数据,但是可作为生产的指导性数据,例如可大致计算日输量、批次输量、批次界面位置等。与使用首末站储罐液位进行生产数据计算相比,孔板流量计
数值获取更加方便快捷,提高了调度员的工作效率。
 
        使用在线密度计对管道内流体密度值进行测量,从而达到批次跟踪、混油界面检测和识别不同油品的目的。密度计法实现简单方便,密度检测装置运行可靠,该方法是成品油管道应用较为成熟的技术手段。为验证使用声速值检测混油界面的可行性与可靠性,将某一时段批次界面通过某站场时油品声速值与密度值在 SCADA 系统所采集到的数据绘制在同一图示内 (图 3)。密度值由密度计撬座装置连续循环取样测得,声速值由孔板流量计测得。
 
        由图 3 可知,当混油界面通过该站场时,油品密度值与声速值开始同步上升;随着混油段中柴油组分所占比例的不断增多,二者数值均逐渐增大,曲线斜率也不断增加;而当下一批次纯柴油油头进站时,密度曲线、声速曲线也都趋于平缓,并最终稳定不变。在整个过程中站内油品由汽油逐渐变为柴油,管道内油品密度值由735 kg/m3 变化为832 kg/m 3 ,而声速值由 1221 m/s 上升至 1398 m/s。由以上分析可得:在进行批次界面检测时,声速值与密度值两种手段是等效的。
密度-声速变化趋势
3 结论
        孔板流量计应用声学原理对流体在管道内的流速值进行测量,通过一系列的数据处理获得了管道内流体的瞬时体积流量,在此基础上将瞬时流量对时间进行近似积分处理可得管道输油累计值,此数值虽有一定误差,但完全可以满足管道生产需要。以上两种数值可直接供调度员作为指导性数据使用,增加了数据来源的便利性和有效性并大幅提高了工作效率。
 
        孔板流量计在对管道内流体进行流速测量的同时,间接地获得了流体声速值。根据不同烃类由于其密度、弹性模量不同导致声速值也不同的物理学原理,利用站场现有的外夹式西门子孔板流量计,在不增加其他附属装置的前提下,成功实现了柴汽界面的识别,且其识别精度与使用在线密度计方式相同。即便在密度计设备发生故障而失效的情况下,此系统仍可以独立工作,帮助调度员进行柴汽混油界面的识别。
 
        在以上技术保障的前提下,站场密度计检测装置由之前的连续运行,改为在批次界面通过时站场时间歇运行,这不仅可大幅降低维护人员劳动强度、降低生产运行费用和产生经济效益,还提高了油品质量的保障能力。

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