福建工程學院信息科學與工程學院

基于超聲波流量計的管道原油流量泄漏檢測系統(tǒng)

王亞林福建工程學院信息科學與工程學院

隨著原油管道的逐步加長，由于腐蝕與磨損，以及管道輸送介質(zhì)自身帶有的污染性和危險性，一旦發(fā)生管道泄漏，將會對生態(tài)環(huán)境帶來嚴重的破壞，給人類的生命財產(chǎn)造成重大損失?；诖?，設計一套UFM 3030型超聲波流量計管道流量泄漏檢測系統(tǒng)。UFM 3030型超聲波流量計是一種節(jié)能型的非接觸式流量測量儀表，在流體流動過程中，不會對流體流速產(chǎn)生阻力，無壓力損失，具有高精度、多功能、智能化、響應速度快、安裝維修方便等性能，能夠與長輸管道管理配套使用，確保管道輸油作業(yè)安全、穩(wěn)定地進行。

原油管道；工作原理；超聲波流量計；泄漏；定位

隨著原油管道的逐步加長，由于腐蝕與磨損，以及管道輸送介質(zhì)自身帶有的污染性和危險性，一旦發(fā)生管道泄漏，將會對生態(tài)環(huán)境帶來嚴重的破壞，給人類的生命財產(chǎn)造成重大損失。基于此，對管道流量泄漏檢測技術(shù)的研究顯得尤為重要，在管道發(fā)現(xiàn)泄漏的第一時間檢測出來，準確定位泄漏點位置，并將泄漏信息及時傳回指揮中心。通過對管道原油流量泄漏檢測方法進行研究，結(jié)合我國實際管道運輸情況，有針對性地設計一套UFM3030型超聲波流量計管道流量泄漏檢測技術(shù)，該技術(shù)能夠精確定位管道泄漏點位置。

1 超聲波流量計工作原理與特點

1.1工作原理

UFM3030型超聲波流量計的工作原理：超聲波在流動介質(zhì)中的傳播，其傳播速度與被測介質(zhì)的平均流速相等。伴隨著流體的流動，超聲波攜帶了流體流速的信息，通過對超聲波接收的信息進行分析，可以檢測出流體流速，再根據(jù)公式可以計算出流量大小。隨著集成電路和檢測技術(shù)的發(fā)展，超聲波流量計應運而生，其檢測方法有很多，主要分為波束偏移法、多普勒法、傳播速度差法、噪聲法及相關(guān)法等。其具有非接觸型式特征，不會對流體流速產(chǎn)生擾動。UFM3030型超聲波流量計節(jié)能效果良好，具有廣闊的應用前景。

1.2UFM3030型超聲波流量計特點

（1）UFM3030型超聲波流量計是一種節(jié)能型的非接觸式流量測量儀表，在流體流動過程中，不會對流體流速產(chǎn)生阻力，無壓力損失。對于大口徑管道（管徑達15m），在流體流量檢測過程中有良好的節(jié)能效果。

（2）UFM3030型超聲波流量計測量范圍廣泛，可測量介質(zhì)包括液氣兩相介質(zhì)、非導電介質(zhì)、含雜質(zhì)污物介質(zhì)、強腐蝕性介質(zhì)，在測量流量過程中不受流體溫度、黏度、密度、壓力的影響，測量結(jié)果準確。

（3）適用廣泛，一臺超聲波流量計可對不同口徑管道內(nèi)的介質(zhì)流量進行測量，并且安裝和維修方便，安裝不需要法蘭、旁通等工具，無需停流維修，可在線維修而不影響流體正常流動。

（4）超聲波流量計工作時采用的是計量專用程序，計量精度可達0.15%，可在1～60 s內(nèi)對響應速度進行調(diào)整，具有0.000 3m/s的靈敏度，也可以對外部參數(shù)進行校正。

2 原油流量泄漏檢測

2.1原油長輸管道特點

原油長輸管道具有如下特點：①較長管段；②大輸油量；③較高輸油壓力；④大口徑；⑤沿線地形、地貌較為復雜。為了保障原油管道正常運行，需要對管道進行檢測，避免原油泄漏。在原油管道流量泄漏方面不能漏報一起事故，對檢測儀的要求是越精確越好，這樣才能快速準確地找到泄漏點，及時進行補救。

2.2UFM3030型超聲波流量泄漏檢測

國內(nèi)外在管道流體流量泄漏方面的研究有很多，隨著計算機技術(shù)在流體流量泄漏方面的應用，對動態(tài)泄漏檢測技術(shù)的研究逐步增多。表1給出了各種泄漏檢測方法，并對各種檢測方法的性能進行對比分析。

（1）UFM3030型超聲波流量計泄漏檢測與定位框架。根據(jù)UFM3030型超聲波流量計特點和原理，設計超聲波流量計用于原油管道流量泄漏檢測的總框架（如圖1所示），充分發(fā)揮UFM3030型超聲波流量計的性能，維護原油管道日常輸油正常運行。

圖1 管道原油流量泄漏與定位系統(tǒng)

（2）UFM3030型超聲波流量計泄漏檢測與定位原理。原油管道發(fā)生流量泄漏時，管道泄漏點產(chǎn)生一定的壓差，里面的液流會隨著泄漏點溢出，原有的水力平衡系統(tǒng)被打破，管道管段兩端隨著壓力的下降，瞬態(tài)流量會產(chǎn)生波動。根據(jù)瞬態(tài)壓力波傳播的時間差，以及管道內(nèi)壓力波傳播速度便可計算得到泄漏點信息，響應速度快并且定位準確。泄漏點定位表達式如下

式中X為泄漏點距首端測壓點距離（m）；L為管道站間距離（m）；a為管輸介質(zhì)壓力波傳播速度（m/s）；Δt為接收壓力波時間差（s）。

（3）現(xiàn)場應用構(gòu)架。將超聲波流量計安裝在原油管道首末端，結(jié)合管道泄漏檢測與定位思想，利用超聲波實時接收液流瞬態(tài)流量、累計流量，將管道流體流速信息上傳到生產(chǎn)調(diào)度指揮中心，在指揮中心對流體流速信息數(shù)據(jù)進行分析，將原油流體在管道內(nèi)的泄漏點定位。

3 結(jié)論

近幾年管道原油流量泄漏檢測方面的研究增多，隨著電子計算機、網(wǎng)絡、數(shù)字通信等技術(shù)不斷進步，使得原油流量泄漏檢測技術(shù)有了實質(zhì)性的進展。UFM3030型超聲波流量計在長輸管道原油泄漏檢測與定位方面有一定的優(yōu)勢，具有高精度、智能化、多功能、響應速度快和安裝維修方便等性能，能夠與長輸管道管理配套使用，確保管道輸油作業(yè)安全、穩(wěn)定地進行。

（欄目主持 關(guān)梅君）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.1.030