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孔板流量計在成品油管道的應用

作者: 來源: 發布時間:2017-09-27 16:30:10
        摘要:孔板流量計通過測量差壓穿過管道內流體時所用時長,得到管輸介質瞬時流速值,並通過對瞬時值的近似積分得到過站累計流量。將某運行工況下瞬時流量與累計流量的趨勢變化進行對比,證明了孔板計量準確,精度滿足生產需求,提高了生產效率。此外,孔板流量計還采集了管道內流體的聲速值,通過後期改造將該數據傳送至站PLC,可以得到油品聲速值的實時數據。將密度與聲速隨時間變化的趨勢進行對比得出:使用孔板流量計進行批次界麵檢測,可取代站場密度計檢測裝置從而大幅降低維護人員勞動強度並節省運行費用。
 
        孔板具有方向性好,穿透能力強的優點,且易於獲得較集中的聲能,傳播距離遠,在農業、醫學、工業、軍事等領域有著廣泛的使用,特別是在測量工業領域,由於孔板技術具有精度高、非接觸、無損等優點因而得到了廣泛的應用。我國某長輸成品油管道成功運用孔板技術實現了流量精確測量和混油界麵檢測。該管道於2009年建成投產,線路西起甘肅蘭州,東行河南鄭州,南抵湖南長沙,幹線全長2086km。管道采用常溫密閉順序輸送工藝,輸送多種油品[3]。管道幹線設有16座工藝站場,每座站場內均安裝孔板流量計1台。
 
1孔板流量計工作原理
        目前,工業上測量流量的傳感器種類繁多,檢測手段也多種多樣,按測量原理可分為電學原理、熱學原理、光學原理、聲學原理、原子物理學原理等。孔板流量計即為利用聲學原理通過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係統3部分組成。時差式孔板流量計的測量原理(圖1):孔板穿過流體順流和逆流時間不同,根據孔板脈衝在被測介質的順流和逆流形成的速度差測量流體的流速,其時間差Δt與介
質速度成正比,介質流速越快,時差值就越大。
 
2孔板流量計功能拓展
2.1輸油計量
        管道內介質的流動可以近似看作是定常流,由不可壓縮流體定常流動連續性方程可知:任意時間段通過管道內某截麵的流體體積等於該截麵麵積乘以介質通過該截麵的平均流速對該時間段的積分。流量計算機以秒級為基本時間間隔采集到的是一係列孤立的、不連續的數據點,在采集到瞬時流量數據點後計算機對其深度處理,進行近似積分。即相鄰兩個瞬時流量值取平均數與時間間隔相乘並將乘積累加求和。
 
        圖2為SCADA係統采集到的某中間站場孔板流量計瞬時值與累計值變化趨勢圖。如圖2所示,20:12過站流量由680m3/h增加至800m3/h,瞬時流量曲線出現階躍,累計流量曲線變得陡峭,斜率增大。
瞬時流量與累計流量趨勢
        盡管在曆史趨勢圖中,孔板流量計所測得的瞬時流量值在一定範圍內波動,並且與管道內實際值有一定的偏差,但這並不影響調度員對管道運行狀態的整體把握,其精度完全可滿足管道調控運行的實際需要;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,但是可作為生產的指導性數據,例如可大致計算日輸量、批次輸量、批次界麵位置等。與使用首末站儲罐液位進行生產數據計算相比,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。
 
        使用在線密度計對管道內流體密度值進行測量,從而達到批次跟蹤、混油界麵檢測和識別不同油品的目的。密度計法實現簡單方便,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手段。為驗證使用聲速值檢測混油界麵的可行性與可靠性,將某一時段批次界麵通過某站場時油品聲速值與密度值在 SCADA 係統所采集到的數據繪製在同一圖示內 (圖 3)。密度值由密度計撬座裝置連續循環取樣測得,聲速值由孔板流量計測得。
 
        由圖 3 可知,當混油界麵通過該站場時,油品密度值與聲速值開始同步上升;隨著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,曲線斜率也不斷增加;而當下一批次純柴油油頭進站時,密度曲線、聲速曲線也都趨於平緩,並最終穩定不變。在整個過程中站內油品由汽油逐漸變為柴油,管道內油品密度值由735 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:在進行批次界麵檢測時,聲速值與密度值兩種手段是等效的。
密度-聲速變化趨勢
3 結論
        孔板流量計應用聲學原理對流體在管道內的流速值進行測量,通過一係列的數據處理獲得了管道內流體的瞬時體積流量,在此基礎上將瞬時流量對時間進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,但完全可以滿足管道生產需要。以上兩種數值可直接供調度員作為指導性數據使用,增加了數據來源的便利性和有效性並大幅提高了工作效率。
 
        孔板流量計在對管道內流體進行流速測量的同時,間接地獲得了流體聲速值。根據不同烴類由於其密度、彈性模量不同導致聲速值也不同的物理學原理,利用站場現有的外夾式西門子孔板流量計,在不增加其他附屬裝置的前提下,成功實現了柴汽界麵的識別,且其識別精度與使用在線密度計方式相同。即便在密度計設備發生故障而失效的情況下,此係統仍可以獨立工作,幫助調度員進行柴汽混油界麵的識別。
 
        在以上技術保障的前提下,站場密度計檢測裝置由之前的連續運行,改為在批次界麵通過時站場時間歇運行,這不僅可大幅降低維護人員勞動強度、降低生產運行費用和產生經濟效益,還提高了油品質量的保障能力。

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