[发明专利]一种天然气管道积液测量方法和装置

说明书

所属技术领域

本发明属于液位测量领域，主要涉及对密闭容器内液位进行测量的一种方法和装置，尤其涉及对天然气管道内部积液高度进行测量的一种方法和装置。

背景技术

天然气管道在一定条件下会产生积液，积液占据一部分管道截面，减小了气体的有效输送截面积，导致管输效率降低，在一定温度条件下还有可能会形成水合物，造成冰堵事故。对于高含硫和二氧化碳的气体集输管道，积液的存在还会加速管线腐蚀，造成管线穿孔，引发泄漏，甚至导致中毒事故。定期清管是减少管内积液的有效和通常采用的方法，而确定清管周期和制定清管方案，需要知道管内积液的多少，即需要对管内积液量进行测量。

快关阀法是测量管道积液的最常用的方法，其原理是在测量管段前后两端各安装一个快关阀门，流动稳定时，迅速关闭阀门，通过排出封闭在管道中的液体并测量其体积来确定积液的多少。采用快关阀法时需要对现有管道进行改造，在被测管道上布置快关阀门，测量时需要切断系统，影响管道正常生产。中国发明专利CN100434906C公开了一种电导探针测量系统，可实现对管道内液相含量的实时测量。但探针需要布置在管道内部，为介入式测量方法，会阻碍正常清管作业时清管球的通过，此外，电导探针测量方法还要求被测管段的管壁为不导电的绝缘材料。因此电导探针方法也无法满足正在运行的天然气集输管线内部积液测量要求。中国发明专利CN1155809C公开了一种采用伽马射线测量管道积液量技术。射线方法不足之处在于：射线在钢制管壁中衰减剧烈，需要对管线开孔以布置射线源仓，不能对已建好的集输管线积液量进行非介入式检测，此外，该类方法还存在辐射风险。

超声波广泛应用于储罐等密闭容器液位的检测，传统超声液位液位测量方法工作原理是采用时差法，由超声波发射探头发出超声波，在介质中传播，遇到气液界面后被反射，由接收探头接收反射回波。利用超声波在介质中的传播时间和超声波声速计算其传播距离，从而得到液位高度。当容器内温度、压力发生变化，或容器内气液相介质组分改变时，声速也将发生变化，很难保证液位测量精度。中国发明专利100434906C公开了一种自校正式超声波液位测量装置，为进行声速校正需要在被测容器内部安装一固定反射环，并非真正意义上的非介入式测量方法。

天然气管道压力高、输送介质易燃易爆，高含硫天然气还有剧毒，为保证安全，杜绝介质泄漏隐患，要求采用的积液测量方法不能改变现有管线结构，只能在管外壁进行非介入式测量。综上所述，现有管道积液测量技术，通常为介入式测量方法，需要对现有管道进行改造，无法满足正在运行的天然气管线积液检测的需要。

发明内容

针对上述现有技术存在的缺陷和不足，本发明的目的在于提出一种基于超声波的非介入式管道积液监测装置和方法，无需声速校正，不受管道内气液相组分以及温度、压力等参数影响，且不改变现有管路结构，在管外壁采用单个超声探头即可实现对管内积液高度的快速测量。

为达到上述目的，本发明提供一种天然气管道积液监测方法，包括如下步骤：

(1)在待测管道外壁布置同时具有发送和接受超声信号功能的超声探头，将超声波探头置于被测管线管外壁最底部或最顶部；

(2)采集由超声探头发射的超声波在管内介质和管壁界面处反射的回波信号；

(3)采用积液监测计算机对采集的回波信号进行特征识别，根据其波形特征判断当前超声探头所在位置处与管道内壁接触的是气体还是液体；

(4)在管外壁沿周向方向以顺时针或逆时针移动超声探头的测量位置，直至观察到反射回波特征发生突变，此时将超声探头位置向与前期相反的方向微调，直至准确找到回波发生突变点；

(5)记录超声探头当前位置的周向角；

(6)根据周向角度和被测管道内径，由几何关系计算积液高度。