超聲流量計(jì)在原油計(jì)量中的應(yīng)用

張寶坤

摘要：現(xiàn)階段我國(guó)的超聲流量計(jì)大都應(yīng)用于天然氣貿(mào)易計(jì)量上，而對(duì)于在原油計(jì)量的應(yīng)用，我國(guó)還沒有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。針對(duì)超聲流量計(jì)用在原油計(jì)量中的應(yīng)用做了方案的論證：針對(duì)海上平臺(tái)空間有限的特點(diǎn)，相關(guān)工作人員決定采用標(biāo)準(zhǔn)體積管與基準(zhǔn)流量計(jì)共同檢定的方案，，這樣既確保了計(jì)量的精度，又減小了流量計(jì)的重量以及尺寸。既降低了運(yùn)營(yíng)和維護(hù)成本，又避免了能耗，進(jìn)而充分滿足國(guó)內(nèi)對(duì)原油計(jì)量的需求。

關(guān)鍵詞：超聲流量計(jì);原油計(jì)量;應(yīng)用

前言

自20世紀(jì)70年代以來，液體超聲流量計(jì)的作用，主要是為了清污水的測(cè)量，一般來說，利用液體超聲流量計(jì)測(cè)量清污水，其測(cè)量結(jié)果的不確定度會(huì)低于0.5%。也正是由于氣體多聲道超聲流量計(jì)的出現(xiàn)，使得許多公司受到啟發(fā)，開始開發(fā)出可應(yīng)用在原油計(jì)量中的多聲道超聲流量計(jì)，這種多聲道流量計(jì)測(cè)量結(jié)果的不確定度可以達(dá)到0.2%。

測(cè)量準(zhǔn)確度高、無壓力損失、可雙向測(cè)量、測(cè)量范圍寬、自診斷功能強(qiáng)大以及無可動(dòng)部件是多聲道液體超聲流量計(jì)的特點(diǎn)，再加上超聲流量計(jì)在原理上，不會(huì)受到大管徑的限制，與同口徑的其他流量計(jì)相比較，超聲流量計(jì)在大口徑和高壓液體流量測(cè)量方面有著明顯的優(yōu)勢(shì)，因而對(duì)于更高的上限流量，也可進(jìn)行測(cè)量。

一、超聲流量計(jì)的優(yōu)勢(shì)

我國(guó)目前的超聲波技術(shù)相對(duì)而言較為成熟，同現(xiàn)如今常用的原油外輸計(jì)量的容積式流量計(jì)相比較，有著較為明顯的優(yōu)勢(shì)。超聲波流量計(jì)同容積式流量計(jì)相比較，超聲流量計(jì)的流通能力比較大、量程比寬，在相同的流量工況條件下，超聲波流量計(jì)的尺寸和重量會(huì)比容積式流量計(jì)小很多，因而，針對(duì)對(duì)海上平臺(tái)的整體布置而言，十分有利[1]。

再加上超聲流量計(jì)內(nèi)部由于沒有可動(dòng)的部件，因而在實(shí)際的使用過程中，基本上不需要維護(hù)，且維護(hù)成本也很低，致使整體的運(yùn)營(yíng)成本也比較低。但容積式流量計(jì)的運(yùn)營(yíng)成本卻很高，一般來說，容積式流量計(jì)的維修周期是三年一大修，而在維修的過程中還要更換內(nèi)部軸承和轉(zhuǎn)子，且維修費(fèi)用和重新買一臺(tái)容積式流量計(jì)的價(jià)格相差無幾。

除此之外，由于超聲波流量計(jì)不用插入被測(cè)流場(chǎng)中，也就沒有了壓力損失，再加上超聲流量計(jì)本身耗能比較小，尤其是對(duì)大流量的計(jì)量來說，節(jié)能效益更加明顯，這樣不僅極大地降低了泵的運(yùn)營(yíng)成本，又符合當(dāng)前環(huán)保節(jié)能的要求。

二、超聲流量計(jì)的測(cè)量原理

超聲流量計(jì)的主要應(yīng)用方式是時(shí)間差法，是所使用的超聲流在液體中，根據(jù)順流和逆流時(shí)間的不同而計(jì)算出來的結(jié)果。不僅如此，流體的流速也有相應(yīng)的計(jì)算公式，超聲波逆流傳播時(shí)間、超聲波傳播路徑、超聲波順流時(shí)間、流體傳播路徑所呈現(xiàn)的角度以及超聲波傳播路徑等特點(diǎn)，都會(huì)影響流體的流速。

三、超聲流量計(jì)在原油計(jì)量中應(yīng)用

（一）運(yùn)營(yíng)和流體因素的影響

1.聲道和污染故障

通常而言，介質(zhì)中的氣體或者是固化物，有可能會(huì)削弱或是將信號(hào)完全阻斷，一般來說，固化物含量和含氣率是被限制在一定的范圍內(nèi)的，在1%和5%以下。若是要在原油計(jì)量中應(yīng)用超聲流量計(jì)，則再少的含量都會(huì)影響超聲流量計(jì)的性能。

譬如管道中的沉積物以及傳感器斷面上結(jié)垢，又或者是析出結(jié)晶，也會(huì)對(duì)流量計(jì)的準(zhǔn)確度造成影響。流量計(jì)的有效內(nèi)徑會(huì)因邊界層的厚度變化而減小。若是發(fā)現(xiàn)傳感器的端面上出現(xiàn)了沉積物，那么也會(huì)縮短傳播的時(shí)間。另外，剖面平均速度測(cè)量的準(zhǔn)確度，也會(huì)受到流速分布表面粗糙度不同改變的影響。

像是多聲道超流量計(jì)會(huì)對(duì)內(nèi)徑變化進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償，而超聲流量計(jì)則有所不同，不同的生產(chǎn)廠家利用不同的流速積分控制方法，也會(huì)讓超聲流量計(jì)受到不同的安裝影響，進(jìn)而出現(xiàn)不同的結(jié)果。

2.運(yùn)行工況

在超聲換能器的正常工作壓力范圍內(nèi)，壓力的使用變化也會(huì)對(duì)超聲流量計(jì)的性能造成影響。這是由于流體的溫度同流體中的聲速之間存在著函數(shù)關(guān)系，使得流體的溫度也會(huì)產(chǎn)生變化，進(jìn)而對(duì)超聲流量計(jì)的準(zhǔn)確度造成不小的影響。

3.噪音和脈動(dòng)流

倘若脈動(dòng)流同超聲換能器發(fā)射的頻率同步時(shí)，就很容易會(huì)出現(xiàn)誤差結(jié)果。這是由于液體超聲換能器的發(fā)射頻率一般在1～5MHz之間，氣體是在100～300kHz之間，而高頻噪音的頻率一般是在10～100kHz之間。因而，在超聲流量計(jì)的計(jì)量管路中，若是降低靠近超聲流量計(jì)的壓力調(diào)節(jié)閥和半開閥，就很容易出現(xiàn)超聲噪音。就算經(jīng)過了T型彎頭的反射，也還是會(huì)影響超聲流量計(jì)的性能。

（二）安裝因素的影響

影響超聲流量計(jì)的一個(gè)重要問題是安裝因素。這是由于我國(guó)目前針對(duì)超聲流量計(jì)還缺乏明確統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，來確定超聲流量計(jì)管段的長(zhǎng)度，這也就不利于已有計(jì)量工作的規(guī)范化開展。另外，若是超聲流量計(jì)的聲道數(shù)量比較多，且在測(cè)量不同路徑已有的平均流動(dòng)速度時(shí)，也能在一定程度上避免速度分布的影響，但卻很容易受到流動(dòng)速率的影響。

（三）檢定液體超聲波流量計(jì)因素的影響

檢定液體超聲流量計(jì)的要求，是要有更大的檢定容積，且事先不能經(jīng)過動(dòng)能的轉(zhuǎn)換，進(jìn)而有效提高原油計(jì)量的準(zhǔn)確度。但這樣也會(huì)導(dǎo)致不好的結(jié)果，致使液體超聲流量計(jì)的返鄉(xiāng)時(shí)間有所降低，增加了檢定容積的難度，進(jìn)而提高應(yīng)用成本。

結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，超聲流量計(jì)在原油計(jì)量中的應(yīng)用，極大地改善了能源的損耗問題，當(dāng)前原油計(jì)量的精度也已滿足我國(guó)原油計(jì)量的需求，且流速越大，原油計(jì)量的精度就越高[2]。但實(shí)際應(yīng)用過程中，不可控制的干擾因素仍舊存在，像是超聲流量計(jì)的穩(wěn)定性、流速的波動(dòng)性、外部噪音以及震動(dòng)等因素，都有可能增大外輸精度的不確定度，因此，超聲流量計(jì)應(yīng)用在原油計(jì)量中還需要進(jìn)一步的試驗(yàn)。相信在未來，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，超聲流量計(jì)的應(yīng)用范圍會(huì)越來越廣。

參考文獻(xiàn)：

[1]何驍勇，洪毅，高軍，等.液超聲流量計(jì)用于原油貿(mào)易交接計(jì)量跟蹤研究[J].儀器儀表用戶.2018，（7）.1-5.

[2]聶文.影響超聲波流量計(jì)計(jì)量準(zhǔn)確性的因素與對(duì)策[J].石油化工自動(dòng)化.2017，（2）.57-59.doi：10.3969/j.issn.1007-7324.2017.02.015.