孔板具有方向性好，穿透能力強的優(yōu)點，且易于獲得較集中的聲能，傳播距離遠，在農(nóng)業(yè)、醫(yī)學、工業(yè)、軍事等領(lǐng)域有著廣泛的使用，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、無損等優(yōu)點因而得到了廣泛的應(yīng)用。我國某長輸成品油管道成功運用孔板技術(shù)實現(xiàn)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)，線路西起甘肅蘭州，東行河南鄭州，南抵湖南長沙，干線全長2086km。管道采用常溫密閉順序輸送工藝，輸送多種油品[3]。管道干線設(shè)有16座工藝站場，每座站場內(nèi)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系統(tǒng)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(jù)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，其時間差Δt與介

質(zhì)速度成正比，介質(zhì)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(nèi)介質(zhì)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(xù)性方程可知：任意時間段通過管道內(nèi)某截面的流體體積等于該截面面積乘以介質(zhì)通過該截面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系列孤立的、不連續(xù)的數(shù)據(jù)點，在采集到瞬時流量數(shù)據(jù)點后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(shù)與時間間隔相乘并將乘積累加求和。

 

        圖2為SCADA系統(tǒng)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(xiàn)階躍，累計流量曲線變得陡峭，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流量值在一定范圍內(nèi)波動，并且與管道內(nèi)實際值有一定的偏差，但這并不影響調(diào)度員對管道運行狀態(tài)的整體把握，其精度完全可滿足管道調(diào)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(jié)算數(shù)據(jù)，但是可作為生產(chǎn)的指導(dǎo)性數(shù)據(jù)，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行生產(chǎn)數(shù)據(jù)計算相比，孔板流量計數(shù)值獲取更加方便快捷，提高了調(diào)度員的工作效率。

 

        使用在線密度計對管道內(nèi)流體密度值進行測量，從而達到批次跟蹤、混油界面檢測和識別不同油品的目的。密度計法實現(xiàn)簡單方便，密度檢測裝置運行可靠，該方法是成品油管道應(yīng)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，將某一時段批次界面通過某站場時油品聲速值與密度值在 SCADA 系統(tǒng)所采集到的數(shù)據(jù)繪制在同一圖示內(nèi) （圖 3）。密度值由密度計撬座裝置連續(xù)循環(huán)取樣測得，聲速值由孔板流量計測得。

 

        由圖 3 可知，當混油界面通過該站場時，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(shù)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、聲速曲線也都趨于平緩，并非常終穩(wěn)定不變。在整個過程中站內(nèi)油品由汽油逐漸變?yōu)椴裼停�管道�?nèi)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：在進行批次界面檢測時，聲速值與密度值兩種手段是等效的。

3 結(jié)論

        孔板流量計應(yīng)用聲學原理對流體在管道內(nèi)的流速值進行測量，通過一系列的數(shù)據(jù)處理獲得了管道內(nèi)流體的瞬時體積流量，在此基礎(chǔ)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(shù)值雖有一定誤差，但完全可以滿足管道生產(chǎn)需要。以上兩種數(shù)值可直接供調(diào)度員作為指導(dǎo)性數(shù)據(jù)使用，增加了數(shù)據(jù)來源的便利性和有效性并大幅提高了工作效率。

 

        孔板流量計在對管道內(nèi)流體進行流速測量的同時，間接地獲得了流體聲速值。根據(jù)不同烴類由于其密度、彈性模量不同導(dǎo)致聲速值也不同的物理學原理，利用站場現(xiàn)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(xiàn)了柴汽界面的識別，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(shè)備發(fā)生故障而失效的情況下，此系統(tǒng)仍可以獨立工作，幫助調(diào)度員進行柴汽混油界面的識別。

 

        在以上技術(shù)保障的前提下，站場密度計檢測裝置由之前的連續(xù)運行，改為在批次界面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(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。