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摘要:孔板流量計通過測量差壓穿過管道內(nèi)流體時所用時長，得到管輸介質(zhì)瞬時流速值，并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(chǎn)需求,提高了生產(chǎn)效率。此外，孔板流量計還采集了管道內(nèi)流體的聲速值，通過后期改造將該數(shù)據(jù)傳送至站PLC,可以得到油品聲速值的實時數(shù)據(jù)。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面檢測，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并節(jié)省運行費用。
     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(xué)、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孔板流星計工作原理
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(xué)原理、熱學(xué)原理、光學(xué)原理、學(xué)原理、原子物理學(xué)原理等。孔板流量計即為利用聲學(xué)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Ot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-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，20:1 2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，-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*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- -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。
       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?，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(xué)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*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、彈性模不同導(dǎo)致聲速值也不同的物理學(xué)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。