超声波流量计在重介质测量上的应用
超声波流量计在重介质测量上的应用
文/蔡根刚
本文简述超声波流量计的工作原理及其特点、在应用中注意
事项和维护要求。然后以 UFM500系列超声波流量计为例，着重介
绍了该流量计在重介质测量中的应用，使用后计量情况的改善，
说明在重介质测量方面，超声流量计具有优越的测量性能。
【关键词】超声波 流量计 重油 测量 应用
1 UFM500超声波流量计的组成及工作原理
1.1 UFM500超声波流量计的组成UFM500 型超声波流量计是一种利用流体
对超声束在流体中传播速度的变化，以测量满管液体体积流量的仪表，它主要由安装在管道
上的超声换能器、转换器以及专用电缆（仅分体型）组成。
1.2 UFM500超声波流量计的工作原理目前，超声波流量计的测量方法主要有
两种，即时差法和多普勒法，UFM500 型超声波采用了时差法。时差法即当声波在流体中传
播，如果是顺流方向，传播速度会加快；而如果是逆流方向，传播速度将变慢。这样同样的
距离，传播时间就会有不同，而传播时间的差异与被测流体的流动速度有关，因此，只要测
量出时间的差异，就可得出流体的流速，根据流体的流量（Q）为流速与管道截面积之积，就可计算出流体的流量。
2 UFM500超声波流量计的特点UFM500 超声波流量计和其它类型的流量
计比较起来，具有其独特的优点，主要表现在：
（1）具有明显的节能效果。属非接触式测量，测量管为直通管，无内部凸出物，对管
道内的流场无干扰，不会造成任何外加的压力损失。
（2）使用寿命长。由于是管外测量，且无可动部件，对管道的震动影响也不敏感，因此使用寿命长。
（3）基于其独特的测量原理，仪表的价格与测量口径无关。口径越大，采用超声波流量计所节省的费用越多。
（4）测量精确度与介质特性无关，如电导率、密度、黏度、温度等。
（5）具有较低的前、后直管段要求，具有较大的量程比。
（6）超声波流量计的仪表系数是实测管道及声道的参数而得出的，一般不需要做实流校准，这在用于大管径测量时尤为方便。
（7）能在工作条件下（不停流）更换换能器，维护方便。
（8）互换性好。由于测量原理决定了与测量口径无关，使得用户的备品备件减少 , 一定程度上节省了费用。
（9）智能转换器具有：微处理器控制；数字信号处理和顺序控制；电流及脉冲输出作为连续流量和累积流量测量，亦可作为测量超
声波的传播时间（用以识别被测介质成分）；正 / 反向流量测量；小信号切除；可选状态输
出（脉冲信号输出 / 模拟信号输出）；所有工作数据和参数的设置无需手操终端可就地设
置；液晶显示器；多种物理单位可供选用等先进功能。
3 超声波流量计应用中的注意事项
3.1 超声波流量计直管段为保证流场的均匀性，避免产生涡流，
提高测量的重复性和可靠性，应保证测量点的前后直管段，流量计最好安装在阻流元件的上
游。如若安装在下游应保证：上游侧泵出口为15DN，其余均为 10DN，下游侧为 5DN。但
在直管段不能满足上述要求时，其测量的重复性、可靠性不受影响，测量精度略有下降。
3.2 换能器安装位置的选择
换能器所在的测量管段应保证流体处于层流和紊流状态，因为当Re（雷诺数）>4000（紊
流）、Re（雷诺数）<1000（层流）对测量精度没有影响，当 1000<Re（雷诺数）<4000 时，
Re 每变化 100，最大的附加误差为测量值的±0.1%。
3.3 管道要求流量计安装前，应将传感器安装处的管
壁表面清理干净，安装管段的管道内壁也应清理干净，以减少超声波信号的衰减。
3.4 定期维护超声波流量计的维护量是比较小的。对于
UFM500 系列超声波流量计，平时巡检时只要检查仪表供电是否正常、转换器内电子板防雨、
防潮、检查换能器处的环境温度；装置停车检修期，清洗换能器上的污垢。
4 应用实例
4.1 扬子炼油厂常减压装置冷渣流量测量一套常减压装置冷渣测量，原设计采用
的是孔板与变送器配套测量，由于装置是间断送料（根据物料平衡要求，装置有时出热渣，
有时出冷渣），测量介质粘度高，存在孔板取压管容易堵塞现象，造成仪表测量故障率较高，
同时仪表的维护量增大（尤其在寒冷季节），影响了装置物料的计量，不利于安全生产。该
测量系统改为 UFM500 超声波流量计测量后，不仅满足了装置间物料计量要求（达 0.5%），
解决了孔板取压管易堵的问题，且使仪表维护量大大降低，该流量计自投用以来运行稳定可
靠，完全能满足计量的要求 , 收到较好的效果。
4.2 扬子炼油厂催化装置蜡油流量测量催化装置蜡油测量系统，原设计采用腰
轮流量计，使用一段时间后，由于仪表存在机械磨损，造成计量精度降低，仪表故障率提高，
使得仪表的备件费、维修费逐年提高。为此，在检修中将测量仪表更换为 UFM500 超声波
流量计，解决了腰轮流量计测量中的弊端，保证了测量系统长周期稳定运行。
5 结束语
超声波流量计，它不仅解决了重油介质以及流速分布不理想的大管径介质的测量问题，
而且减少了仪表维护量，降低了检修及备件费用，从而降低了生产成本，提高了经济效益。
目前，超声波流量计在炼油、化工装置上正得以实用化和广泛推广应用。
参考文献
[1] 陆德民 . 石油化工自动控制设计手册 [M].北京 : 化学工业出版社 ,2000.
[2] 王森 . 仪表常用数据手册 [M]. 北京 : 化学工业出版社 ,1998.
[3] 梁国伟 . 测量技术及仪表 [M]. 北京 : 机械工业出版社 ,2002.
[4]UFM500 系列超声波流量计用户手册 [Z].UFM500 系列超声波流量计安装指导说明 ,2005.
作者单位中石化工程部南京项目管理中心 江苏省南京市 210048
