超声波流量计在输油管道泄漏监测系统中的应用

为提高负压波法管道泄漏监测系统的报警可靠性，有必要将超声波流量信息引入管道泄漏监测系统。为保证管道泄漏监测系统中超声波流量计的应用效果，分析了超声波流量计的测量原理和测量精度影响因素，总结了输油管道超声波流量计在选型设计、现场安装及运行维护等方面的应用经验。开展了基于超声波流量计的管道泄漏监测技术的现场应用测试和结果分析，测试结果表明超声波流量计对提升管道泄漏监测系统报警可靠性具有显著作用。

0.引言

负压波法管道泄漏监测技术具有系统原理简单、定位精度高和报警响应快等优点，对于管道突发泄漏有较好的检测效果 。负压波法管道泄漏监测系统仅依靠压力信号检测泄漏，压力波动频繁时系统易产生误报警，对于缓慢增大的泄漏，系统可能产生漏报警。为提高管道泄漏监测系统的报警可靠性，有必要将超声波流量信息引入管道泄漏监测系统，采用负压波结合流量平衡法的管道泄漏监测技术。

为提高超声波流量计在输油管道的应用效果，本文总结了输油管道应用中超声波流量计的选型设计、现场安装和运行维护等方面的注意事项; 通过开展现场放油测试，验证了超声波流量计对提升管道泄漏监测系统报警可靠性具有显著作用。

1.超声波流量计测量精度影响因素

受管道内流体流速的影响，顺流方向与逆流方向上的超声波束传播时间会出现微小的偏差，根据逆流与顺流方向上的超声波束传播时间差和流体中超声波传播速度即可计算出超声波束方向上的平均流速，利用流速修正系数即可得到管道截面上的平均流速，即为时差法超声波流量计测量原理 。

流体中超声波传播速度和逆流与顺流方向上的超声波束传播时间差的精确检测是准确计算管道流量的基础 。流体介质中的含气量或固态杂质含量、流体流态、超声波流量计的测量状态( 如信号强度、管

道内径和管壁厚度等) 变化，都会影响超声波流量计的测量精度 。

对于时差法超声波流量计，当超声波流量计安装位置处流体介质中含有大量气泡时，会造成超声波流量计测量值的不准确和较大范围波动。当流体介质中含有固体颗粒或杂质时，流量计检测的超声波传播速度、逆流与顺流方向上的超声波传播时间差会出现较大的偏差，甚至影响到流速修正系数，导致超声波流量计流量测量的不准确或异常。在输油管道清管过程中发现，由于清管器将管壁沉积的固体颗粒杂质或凝析物刮刷下来并混入油品中，在短时间内超声波流量计可产生高达 10% 的流量测量偏差。

管道内流体流态不稳定，如流量计前后的直管段不够长造成管道内流体流态不是充分的紊流，会造成流量测量值的不稳定。

管道内径与管道壁厚的变化也会造成流量测量误差，如输油管道长时间运行后，管壁结蜡或腐蚀引起管道壁厚和内径的变化，导致超声波流量计的测量误差增大。

超声波流量计长时间运行后，由于信号耦合剂失效或超声波探头松动造成超声波信号强度降低，会造成流量计测量精度下降，甚至无法正常工作。

2.超声波流量计在输油管道现场应用中的注意事项

由于超声波流量计的测量精度和稳定性直接影响到管道泄漏监测系统的检测灵敏度和可靠性，因此输油管道现场应用中必须做好超声波流量计的选型设计、安装调试和运行维护等工作，确保超声波流量

计准确、稳定地获取管道流量。

2． 1 超声波流量计的选型设计

综合考虑输油管道的现场安装条件、测量介质物性和测量精度要求，宜采用安装简便、测量精度较高的外夹式超声波流量计，同时应尽量选用双声道或多声道型流量计，减少紊流流态对流量计测量精度的影

头一般宜采用 V 形安装，超声探头接收到的信号强度较好，同时顺流与逆流方向上的超声波束传播时间差

超声波流量计一般应水平安装在输油管道上，并保证油品充满管道。流量计安装处应具有足够长的直管段，应满足至少前 10 倍管径、后 5 倍管径的直管道要求，并尽量远离输油泵、调节阀、弯头、变径等流态改变的部位，同时应避开具有强烈机械振动、电磁干扰和环境噪声干扰的位置由于安装超声波探头处的管道相当于流量计表体，因此流量计上、下游直管段范围内，管道内壁应光滑无锈蚀，内壁粗糙度和圆度应符合流量计安装要

反射处应避开管道焊缝位置，根据现场信号强度情况调整确定超声波探头的安装间距。通过对管道表面抛光打磨光滑并涂抹耦合剂，保证超声波探头与管道的紧密贴合与良好耦合。现场调试时，应将准确的管道直径、壁厚、内壁粗糙度、探头安装间距、管道材质、流体类型等参数输入流量计。

2． 3 超声波流量计的运行维护

超声波流量计在长期运行过程中应做好日常检查维护，平时主要检查超声波流量计的信号强度、介质含气率、声波速度以及测量偏差等是否正常或在合理范围内。

当流量计测量值异常或测量偏差变大时，应分析查明原因并及时维修，如流量计测量值波动范围较大时则应通过流量计查看信号强度、含气率和声波速度等参数是否异常，如信号强度太弱时应更换耦合剂并重新安装超声波探头。

超声波流量计在长期运行过程中应按照 JJG1030－ 2007《超声波流量计检定规程》，根据实际情况选择合适的检定方法，进行周期性的现场检定或使用中检

3 负压波结合流量平衡法的管道泄漏监测技术现场测试

石兰线原油管道各站均配备有超声波流量计，全线安装了负压波结合流量平衡法的管道泄漏监测系统。为测试超声波流量计在管道泄漏监测系统中的作用和应用效果，在“石空首站 － 沙坡头站”管段的 1#阀室，通过阀室旁通管线连接泄放装置放油模拟管道泄漏。“石空首站 － 沙坡头站”管段里程为 59 km，1#阀室距石空首站约 29． 1 km。测试期间共进行了 7 次不同孔径球阀( 1 /4″、1 /2″和 3 /4″，1″ = 2. 54 cm) 的快开和慢开阀门放油试验，分别模拟不同泄漏速率下的突发泄漏和缓慢增大的泄漏。测试结果如表 1 所示。为了比较负压波法与流量平衡法的检测效果，负压波法与流量平衡法的报警信息分别记录。

7 次放油测试中，流量平衡法准确给出了 6 次泄漏报警，第 1 次测试因泄漏速率低于系统检测灵敏度未报警。7 次放油测试中有 5 次测试满足负压波法检测灵敏度要求，负压波法准确给出了 2 次泄漏报警，产生 3 次漏报警，其中 2 次漏报原因为开阀速度缓慢，1次漏报原因为石空首站压力扰动。

本次放油测试期间，石空站和沙坡头站的进出站压力和流量曲线如图 1 所示，图 1 上部为石空站出站的压力和流量曲线，图 1 下部为沙坡头站进站的压力和流量曲线，图 1 中间为管段上下游的瞬时流量输差曲线，流量输差曲线上的 7 个方框表示 7 次放油测试的起止时段范围。放油测试过程中，管段两端的流量输差有较明显的变化。

部特征和泄漏变化过程无关，因此流量平衡法泄漏报警具有较好的可靠性，同时响应时间相对较长。负压波法结合流量平衡法则可以较好地检测管道泄漏，提高系统报警可靠性。

4 结束语

超声波流量计在现场应用中应做好安装调试和运行维护等工作，确保超声波流量计的测量精度和长期稳定性。基于超声波流量计的负压波结合流量平衡法管道泄漏监测系统，能够有效地检测管道的突发泄漏和缓慢增大泄漏，提高管道泄漏监测系统的报警可靠性。