浅谈超声波流量计的原理与选用..doc

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1、浅谈超声波流量计的原理与选用今年我参与设计了我院第一个相对投资额较大的工程总承包项目“中海油BZ26-2油田开发项目-分离器”。该项目是渤南海上石油平台项目中的4个橇块，其中有关计量仪表部分的一个比较突出的问题在于4处含水原油和含油污水的流量测量上。原油粘度大、易吸附、杂质含量高，计量上比较困难，传统上一般选用容积式流量计进行计量。容积式流量计由于存在转子、轴、轴承、齿轮等机械转动部件，易磨损、维护量大。超声流量计（ULTRASONICFLOWMETER，以下简称USF）是通过检测流体流动时对超声束（或超声脉冲）的作用，以测量体积

2、流量的仪表，因此，对于该项目的工艺状况，超声波流量计是一种较好的解决方案。针对渤南海上石油平台项目，我对超声波原理测量流量作了比以往更细一步的了解，得到了一些粗浅的认识和心得体会，这里我主要想谈一下用于测量封闭管道液体流量的USF的测量原理和一些初步的使用经验。封闭管道用USF按测量原理分类有：①传播时间法；②多普勒效应法；③波束偏移法；④相关法；⑤噪声法。使用较为广泛的是传播时间法和多普勒效应法的超声波流量计。声波在流体中传播，顺流方向声波传播速度会增大，逆流方向则减小，同一传播距离就有不同的传播时间。利用传播速度之差与被测流体

3、流速之关系求取流速，称之传播时间法。多普勒（效应）法USF是利用在静止（固定）点检测从移动源发射声波多产生多普勒频移现象。流量计向被测流体发射固定频率的超声波，该超声波被流体中的悬浮粒子或气泡反射并接收，接收波的频率与被测流体的流速有关，通过测量发射波和接收波的频率差，可以计算出被测流体的流速和流量。多普勒式流量计为反射式流量计，只有当超声波能被流体中的颗粒或气泡反射回来时，才能进行测量。这点和时差式流量计正好相反。实际上多普勒频移信号来自速度参差不一的散射体，而所测得各散射体速度和载体液体平均流速间的关系也有差别。超声波流量计由

4、于其非接触式的测量原理，相对于一些常规的流量测量仪表，有许多优越性。夹装式换能器USF可无需停流截管安装，只要在既设管道外部安装换能器即可，这是USF在工业用流量仪表中具有的独特优点，因此可作移动性（即非定点固定安装）测量，适用于管网流动状况评估测定；USF为无流动阻挠测量，无额外压力损失；流量计的仪表系数是可从实际测量管道及声道等几何尺寸计算求得的，既可采用干法标定，除带测量管段式外一般不需作实流校验；USF适用于大型圆形管道和矩形管道，且原理上不受管径限制，其造价基本上与管径无关。对于大型管道不仅带来方便，可认为在无法实现实流

5、校验的情况下是优先考虑的选择方案；多普勒USF可测量固相含量较多或含有气泡的液体；USF可测量非导电性液体，在无阻挠流量测量方面是对电磁流量计的一种补充；某些传播时间法USF附有测量声波传播时间的功能，即可测量液体声速以判断所测液体类别。例如，油船泵送油品上岸，可核查所测量的是油品还是仓底水。超声波流量计也有它使用的局限性。传播时间法USF只能用于清洁液体和气体，不能测量悬浮颗粒和气泡超过某一范围的液体；反之多普勒法USF只能用于测量含有一定异相的液体；外夹装换能器的USF不能用于衬里或结垢太厚的管道，以及不能用于衬里（或锈层）与

6、内管壁剥离（若夹层夹有气体会严重衰减超声信号）或锈蚀严重（改变超声传播路径）的管道；多普勒法USF多数情况下测量精度不高；国内生产现有品种不能用于管径小于DN25mm的管道。正是基于以上原因，渤南海上石油平台项目中，4个橇块含水原油和含油污水的流量测量选用了超声波流量计，而且不能选用传播时间法原理，只能选用多普勒式。测量液体用USF的选型时，首先考虑测量原理是传播时间法还是多普勒法，其主要判断要素是：液体洁净程度或杂质含量，测量精度要求。基本适用条件如下表所示：条件传播时间法多普勒法适用液体水类(江河水，海水农业用水等)，油类（纯

7、净燃油，润滑油，食用油等），化学试剂，药液等含杂质多的水(下水，污水，农业用水等)，浆类(泥浆，矿浆，纸浆化工料浆等)，油类(非净燃油，重油，原油等)适用悬浮颗粒含量体积含量<1%(包括气泡)时不影响测量准确度浊度>50－100mg/L仪表基本误差带测量管段式±(0。5-1)%R±(3-10)%FS固体粒子含量基本不变时±(0。5-3)%湿式大口径多声道湿式小口径单声道±1。5%R-±3%R夹装式(范围度20：1)信号传输电缆长度100-300m，在能保证信号质量的前提下，可以小于100m<30m价格较高一般较低此外，对于外夹装式

8、仪表还要考虑管壁材料和厚度、锈蚀状况、衬里材料和厚度；对于现场安装换能器式仪表要考虑换能器类型；对于大管径传播时间法仪表要考虑声道数，等等。多普勒法USF要比传播时间法适用悬浮颗粒含量上限高得多，而且可以测量连续混入气泡的液体。但是根据测量原理，被