一 前言
安装在阿尔裨澌山管道公司（TAL）原油管线系统上的超声波流量计(USFM)是一种低成本，高效能的流量测量设备。这种夹装式USFM不仅在安装，维护和运行等方面具有节省成本的优点，并且还可用于批量识别，批量跟踪和泄漏探测。
仪表的重复性优于0.25％，精度优于1％（取决于流速分布的可预测性）。使用带有多个声束的USFM可进一步改善精度，并能发现小于1％流量的泄漏。
二 体积平衡
体积平衡或质量平衡的技术可用于管线泄漏探测。在管线流量恒定不变的情况下，总流入量应等于总流出量，否则便存在泄漏。因为测量段的容积保持不变，两个测量点间可能出现的泄漏可用于流量计的精度的一半来发现。因为流量计的精度决定了泄漏探测的精确性。
然而，管线流量通常不是恒定不变的，特别在多批量操作和大口径管线中，必须考虑到由于温度，压力变化引起的液压变化并用体积调节来校正管线平衡。在101.6cm直径的管线中，100C的温度变化伴随着约0.8％的体积变化及1bar（巴）的压力变化，这使得在99.758km的一段管线中产生了大约10m3的体积变化。即使具有完善的管线模拟软件，也很难精确的预测出两测量点间的一长段体积。因为，为了保证两个流量计之间体积预算的精确度，两流量计之间的距离一定不要太长。在一定长度的管线中，流量计越多，管线平衡系数越精确,也越容易发现泄漏点的位置。所以在用流量计测漏的技术中遇到两个关键难题，增加精度，降低安装，运行及维护费用。
三 超声波流量计
USFM由一级设备和二级设备组成，一级设备是一对或多对传感器。二级设备是控制传感器及显示流量数据的计算机。由于传感器是夹装在管线上，不影响管线运行及输送。因此一天内便可安装完毕。
因为USFM不与流体接触，不产生压力降，使其节省能量，1bar的压力降为5000m3/h的流量和60cS的动力粘度下消耗170万 kWh的能量。因为USFM连续测量液体的声速，可用于介面检测，批量跟踪，液体识别或质量控制。流量检查范围宽，双向检测，灵敏度高，即使最小的流量也能检查到。
功能：具有能表明地点，时间的内置式数据记录器；9600波特（Baud），RS－2321I/)串行数据通信，用于液体及系统状态的内置式诊断报警器，内置式金属淀块检测。
就维护来说，USFM不受管线中蜡或其他沉淀物的影响，没有必须被周期性调节和控制的机械部分，维护不需很多时间，通常更换一块电子电路板便足够了，不必关闭管线或接触管线内的东西。
但USFM的精度很大程度上取决于流速的分布及流体特征，这需要适当的补偿技术来解决。
四 超声波流量计工作原理
通常降频率高于20kHz的声波叫做超声波。利用超声波测量流量主要是因为声波具有以下声学特征：
（1）声波在一定介质中具有一定的传播速度C（受温度，密度的影响），例如声波在空气中的传播速度为331.5+0.6t(m/s);在水中的传播速度为1482.66m/s,在铁中的传播速度为5850m/s；
（2）声波频率越高，其定向束射性能越好，但衰减越大；
（3）声波在气体中的衰减最大，液体次之，固体最少；
（4）声波在不同的介质的分界面上产生反射，折射。
声波由振动产生，超声波流量计的传感器通常用逆压电效应发出声波，用压电效应来接收声波，因为也有人将这种电能与机械能之间转换器称作换能器。
超声波流量计的测量原理是是基于由传感器射入管线的任何声信号都将被管线中输送的液体所传递，声信号在两传感器的传播时间取决于管线中流动介质的流速。横穿管线的声信号逆流传播时间比顺流长。
五 TAL的误差
TAL有10种USFM用在管径为40.64～101.6cm,流量为1200～5600m3/h的管线上，全部性能都能令人满意，光照引起的莫些问题也被适当的防护措施所解决。
安装精确的仪表可达到99.9％，只是在大的压力波动，金属淀块介质及不同原油间的界面有时造成几秒钟的流量测量中断，这时，仪表会送来一个报警信号给控制中心。有时，原油批量传输中会产生达的水柱，由于水柱对超声波束的吸收和反射会产生稍长时间的测量中断，将传感器安装在非常水平的平面上，使传感器与管壁达到最佳耦合，会使这一问题得到明显改善。
六 稳定性 重复性
TAL进行了两项试验以确定流量计的稳定性和重复性。在向炼厂输油期间，流量计读数与储罐液位数据及来自20.917km长，66.04cm管径管线始末喘流量计的读数相比较，在试验期间安原油种类不变化，静压恒定不变，流量计数据与储罐液位数据间的偏差小于+-0.25％，这一数据被流量计30多次对储罐液位的试验所证实。流量计与流量计的比较液提供了类似的结果。管线关闭后由仪表的开关引起的短暂的测量中断后，记录的流量数据同以前的读数相比，其偏差不高于0.25％。
考虑到在试验期间储油罐液位读数可能会有不确定度及两个流量计之间的流量可能会有些微小变化，可以说USFM所表示的稳定性与重复性好于+-0.25％，因此在静态管线中，在流量测量点原油种类不变化的条件下，泄漏探测极限等于+-0.25％。
七 精度
为了确定USFM的精度，对不同原油，不同流速的流量数据同储油罐的液位数据进行了比较。
实验是在一个101.6cm的管线上对具有2cS到80cS动力粘度的69种不同批量和一个40.64cm的管线上对具有更小动力粘度的16种批量进行的，批量规格从10000到3000m3。根据原油种类及不同原油的特征，没经校正的流量计数据同储罐液位测量结果相比较，仪表精度约为+-0.25％。第二步，对每种原油，每个批量的粘度及安装现场那个特点采用了一个适当的补偿系数f，对偏差进行校正（f是雷诺数家阿安装现场的特定参数的函数），除五种以外，USFM的精度可改善到+-1％。
应用标准回归算法可求出适用于各种原油的补偿系数f，使流量计精确约可达到0.5％。
40.64cm管线的数据好于101.6cm管线，这一现象的确切答案目前还没找到，但有一点是肯定的，即40.64cm管线的流速分布特性更接近预测的分布。因此一个可能的解释是管线越小，所提供的流速分布条件越好，101.6cm管线中心有更大的空间流体迂回行进而可能一直未被超声波束所：“看见“，使用具有更多超声波束的USFM可改进其在大直径管线上的性能。
八 结论
TAL的经验表明，根据管道直径和气其他限制流速分布预测的因素，当采用适当的补偿系数后，对很多种类原油其USFM的精度可达到0.5％～1％，重复性好于0.25％，使用多超声波束的USFM能进一步改善精度并可发现小于流量1％的泄漏。

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