摘要:利用(yòng)鋼管進行一(yī)定壓力和速(sù)度的流體輸(shu)送廣泛應用(yong)于石油化I、機(jī)械裝備、航空(kōng)航天、汽車、兵(bing)器裝備、發電(diàn)與核電裝🐕備(bèi)船舶、冶金等(deng)多個領域,這(zhè)些領域均需(xū)要對管道内(nei)-定壓力和速(sù)度的液體進(jin)行流量性能(néng)、精度高測試(shì)。爲此,本文分(fen)析了目前管(guǎn)道🌐内流動液(ye)體的流量測(ce)試的不同方(fang)法的基本原(yuan)理🔴、技術優缺(que)點、應用範圍(wéi),進-步探讨了(le)管道内流動(dòng)液體的流量(liang)測試發展趨(qū)勢。
　　管道運輸(shū)已經成爲五(wǔ)大運輸體系(xi)之一，管道内(nèi)不止可以☔運(yun)輸水、氣、油等(děng)液體物質,也(ye)可以運輸固(gu)體物質。中國(guó)的油氣長✔️輸(shu)管道裏程數(shù)僅次于美國(guo)及俄羅斯,但(dàn)是占比僅爲(wèi)美國的🐆五分(fen)之一，爲解決(jue)我國油氣管(guan)網基建規模(mó)落後、管🔅道間(jiān)互聯互通程(cheng)度較低的問(wen)題，我國将成(cheng)立國家油氣(qì)管網公司對(dui)國内油氣管(guan)網進行統籌(chou)規劃。.
　　在油氣(qi)生産過程中(zhōng)，流量計 作爲(wèi)原油輸送計(ji)量系統的核(hé)心裝置，其測(cè)量的精🈲度将(jiang)直接影⭐響我(wǒ)國成品油的(de)經濟效益。本(ben)文在分析各(ge)種流😍量計基(jī)礎原理的基(ji)礎上，對不同(tong)流量計的優(you)缺點進行了(le)對比分析，并(bing)展望了原油(yóu)流量計未來(lái)的發展趨勢(shi)。
1.原油流量計(jì)的工作原理(lǐ)及特點
　　在原(yuán)油集輸系統(tong)中,采油井場(chang)、分井計量站(zhan)與轉接💋站主(zhu)要起到完成(chéng)對油田生産(chan)的原油、天然(rán)氣等混合物(wù)進行收集、計(jì)量❗、以及輸往(wǎng)集中處理站(zhàn)進行處理的(de)作用，所以原(yuán)油流量計的(de)選擇是🆚否合(he)理将嚴重影(yǐng)響原油生産(chǎn)的經濟效益(yi)。
1.1孔闆流量計(jì)
 
　　如圖1所示爲(wei) 孔闆流量計(jì) 原理圖，該流(liu)量計屬于 差(cha)壓式流量計(jì) ，工作時，充滿(man)管道的原油(you)流經管道内(nei)的節流件後(hòu)會在節流件(jiàn)附近造成局(jú)部收縮，流速(sù)增加,從而在(zài)其上、下遊兩(liang)側産生靜壓(yā)力差四。節流(liú)件兩側産生(sheng)的靜壓力差(chà)即就是孔闆(pǎn)前後流體的(de)💋壓力變化可(ke)通過U型管壓(ya)差計内指示(shì)液的高度變(bian)化R來反應，再(zài)🥰根據高度差(cha)R即可推算出(chū)流量,如式(1)所(suǒ)示。此外，也可(ke)通過安裝差(chà)壓變送器 測(cè)量得到節流(liu)件兩側的壓(ya)差,進而推算(suan)出流量。
 
式中(zhong):qv一待測流體(tǐ)流量,m³/s;co一孔流(liu)系數,一般選(xuǎn)用0.6~0.7;Ao一孔口截(jié)面⭐積,m²;ρi一💞U型管(guan)内指示液的(de)密度，kg/m³;ρ一待測(ce)流體的密度(du)，kg/m³;R一U型管高度(du)差讀數,m。
　　孔闆(pǎn)流量計的優(yōu)點是:結構簡(jian)單、安裝方便(bian)、價格低廉、應(yīng)用範圍廣泛(fan)，在我國早期(qī)的成品油長(zhǎng)輸管道中應(ying)用較多。但該(gai)流量計存在(zai)以下缺點:①測(ce)量精度普遍(biàn)偏低;②因需經(jīng)過節流裝置(zhì)☔導緻流體能(néng)量損失較大(dà)，故不适宜在(zài)流量變化較(jiào)大的成品油(yóu)長輸管道中(zhōng)使用;③自動化(hua)程度低,對安(an)裝現場施工(gong)條件要求高(gao)，且易受🐉人爲(wei)主觀因素的(de)影響,所以該(gāi)流量計無法(fǎ)滿足⚽當前原(yuán)❤️油計量♋精度(du)、效率高的要(yao)求圖。
1.2浮子流(liu)量計.
　　如圖2所(suo)示爲浮子流(liu)量計，主要包(bao)括錐形管、浮(fú)子以及❤️刻度(dù)🐉(顯❓示等零部(bù)件回。工作時(shí)，當流體自下(xia).而.上✍️經錐形(xing)管時,在轉子(zǐ)上下之間産(chǎn)生壓差,轉子(zǐ)在此差壓作(zuo)用下，上⭐升。當(dang)此上升的⭐力(li)、浮子所受的(de)浮力㊙️及粘性(xing)升力與浮子(zi)的重力相等(děng)時，浮子處于(yú)平衡位置。因(yīn)此,流經 浮子(zǐ)流量計 的流(liú)體流量與浮(fu)子上升高度(dù)，即與浮子流(liú)量計的流通(tong)面積之間存(cun)在着一定的(de)比例關系,浮(fú)子的位👣置高(gao)度可作爲流(liú)量💔量度。
 
　　浮子(zi)流量計主要(yào)被用來測量(liang)單相非脈動(dòng)液體或氣體(tǐ)的流量,也可(ke)用于腐蝕性(xing)流體的測量(liàng)，具有壓力損(sǔn)失小、性能可(kě)靠、價格🚶‍♀️便宜(yi)、結構簡單,且(qiě)便于安裝等(deng)優勢。但是存(cun)在測量精度(du)普遍偏低的(de)缺點，此💰外，測(ce)量結果容易(yì)受⭕到被測介(jie)質密度、粘🔞度(du)、溫度和🔴壓力(lì)等因素的影(yǐng)響。
1.3渦輪流量(liang)計
　　如圖3所示(shì)爲 渦輪 流量(liang)計 結構示意(yì)圖，該流量計(jì)屬于速度式(shi)流量計，主要(yào)包括感應線(xiàn)🤩圈、渦輪葉片(pian)、倒流架導流(liú)葉片、管道殼(ke)體等部件。
 
　　工(gong)作時，當原油(yóu)流經渦輪流(liu)量計管道殼(ké)體内部時，油(you)液⭐會沖擊渦(wō)輪葉片,從而(er)促使渦輪進(jin)行旋轉，且在(zài)一.定的條件(jiàn)🈚下，渦輪葉片(pian)轉速與原油(yóu)流速成正🈲比(bi)"。此外,渦輪葉(ye)🌈片具有✉️導磁(cí)性,處于信号(hao)檢測器磁場(chang)中時,旋💋轉的(de)葉片切割磁(ci)力線,促使線(xiàn)圈兩端感應(ying)出電脈沖信(xìn)号，對電脈沖(chong)信号進行處(chù)理即可獲得(de)流經渦輪🔞計(jì)量器的原油(you)的瞬時流量(liàng)或總💯量。在一(yi)定的流量範(fan)圍内,脈沖頻(pín)率
f與流經渦(wō)輪計量器的(de)原油的瞬時(shí)流量Q成正比(bǐ),其流量方程(chéng)如下:
 
　　式中:f-脈(mo)沖頻率,Hz;K一渦(wo)輪計量計的(de)儀表系數,由(you)産品性能決(jue)定🌈;Q一原油的(de)瞬時流量,m/h。
　　渦(wō)輪流量計的(de)優點:①測量精(jīng)度高;②無零點(dian)漂移,抗幹擾(rao)能力強;③适用(yòng)于潔淨氣體(tǐ)與粘度較低(dī)的潔淨流🔞體(ti)。但是該流量(liang)計必須遠離(lí)外界電場、磁(cí)場，必要時✍️還(hai)需要采取有(yǒu)效的屏蔽措(cuo)施，以避免外(wai)界幹擾。當然(rán),也存在以下(xià)缺點:①測量正(zhèng)确率不能長(zhang)期保持，需💞要(yào)定期校準;②對(duì)于流體物性(xing)具有依賴性(xing)。
1.4容積式流量(liang)計
 
　　容積式流(liu)量計屬排量(liang)式流量計，其(qi)主要采用機(jī)械檢🙇🏻測元件(jian)将原油連續(xù)不斷分割成(chéng)單個已知體(ti)積部分，再根(gen)據計量室逐(zhu)次、重複充滿(man)和排放該體(ti)積部分流‼️體(ti)的次數來測(ce)量流體體積(ji)總量F。作爲典(diǎn)型的容積式(shi)流量計，橢圓(yuan)齒輪式流量(liang)計(如圖4所示(shì))的☀️測量部分(fen)主要由兩個(ge)相互齧合的(de)橢圓形齒輪(lún)、軸🌈以及殼體(ti)等組成。其測(ce)量原理爲:當(dāng)被測原油經(jing)管道進入流(liú)量計時💔，由于(yu)進口處産生(shēng)的壓力差推(tuī)動橢圓齒輪(lun)連續旋轉,橢(tuo)圓齒輪每旋(xuan)轉一-周，就有(you)一定數量的(de)原油流過該(gāi)流量計，所以(yǐ)隻需獲得🧑🏾‍🤝‍🧑🏼橢(tuo)圓齒輪的轉(zhuǎn)數,就能推算(suàn)出被測原油(yóu)流量的總量(liang),其流量計算(suan)公🤟式如下:
V=NU(3)
　　式(shì)中:V一原油體(tǐ)積,m³;N一确定時(shi)間内橢圓齒(chǐ)輪轉數,r;U一橢(tuǒ)圓❓齒輪旋轉(zhuǎn)--周排出原油(you)體積，m³/r。
　　容積式(shì)流量計具有(you)以下優點:①測(cè)量精度高;②對(dui)安裝⁉️管道條(tiáo)件要🎯求低;③測(cè)量範圍寬、且(qie)可用于高粘(zhān)度原☀️油。但💚存(cun)在以下缺點(diǎn):①轉子存在被(bei)原油中雜質(zhì)卡住⛱️的風險(xiǎn)❗，所以需要加(jia)裝過濾器;②結(jié)構複雜、體積(ji)龐大;③不适用(yong)于高、低溫場(chǎng)合;④易産生噪(zào)聲及振動等(deng)。所以，如果在(zai)油、水混輸，且(qiě)含有泥沙雜(zá)質的原油長(zhang)輸管♊道上采(cǎi)用容積式流(liú)量計，将會💋給(gei)現場帶來較(jiao)🈲大的工作量(liang),且會提高💘運(yùn)維成本。
1.5超聲(shēng)波流量計
 
　　超(chāo)聲波流量計(ji) 是通過檢測(ce)流體流動對(dui)超聲脈沖的(de)作用來測量(liàng)流♈量的一種(zhong)非接觸式流(liú)量計。圖5所示(shi)爲采用時差(cha)♻️法測量原理(lǐ)的🈚超聲波流(liú)量計,當超聲(sheng)波在成品油(you)💞長輸管道中(zhong)傳輸時,探頭(tou)A與探頭B分别(bie)檢測接收對(duì)📧方發射的✨超(chao)聲波脈沖,由(yóu)于順流方向(xiàng)聲波傳播速(su)♋度大于逆流(liú)方向聲波傳(chuán)播速度,則相(xiàng)同傳播距離(li)下就會得到(dào)🌈不同的傳播(bo)時間,利用傳(chuán)播時間之差(cha)即可計算原(yuan)油的流速與(yǔ)流量,計算公(gong)式如下:
 
　　式中(zhong):Q一原油的流(liú)量,m³/s;ts一超聲波(bō)順流傳播時(shí)間,s;tn一超聲波(bo)逆流傳播時(shí)間,s;L一超聲波(bo)在傳感器之(zhi)間的聲道長(zhang)度,m;D-管道内🚶‍♀️徑(jing),m;θ一管軸線與(yǔ)傳感器聲道(dao)之前的夾角(jiǎo),°;K一速度分⛱️布(bù)剖面的修正(zheng)系數。
　　超聲波(bo)流量計的優(you)點嗎:①可以實(shi)現非接觸式(shi)測量，對💜原有(you)管道不需要(yào)進行任何加(jiā)工就可以進(jin)行測❗量;②應用(yong)範♻️圍廣,可以(yi)✔️測量水、氣或(huò)油等多種液(ye)體的流量;③測(ce)🥰量精度🐕不會(huì)受到被測原(yuan)油流體粘度(du)及電導率的(de)影響;④高性價(jià)👉比，尤其是對(duì)大管徑流量(liang)的測㊙️量成本(běn)較低;⑤其機械(xiè)結構👄相對簡(jian)單，可維護性(xìng)好。⑥流量監測(ce)過程中不存(cun)在壓損和能(neng)量損失，在節(jie)⭐能方面優勢(shi)明顯。但是💯常(chang)規超聲波計(jì)量計用于測(cè)量粘稠介質(zhì)時存在信号(hào)衰減、漂移以(yi)及精♻️度下降(jiang)的問題,且測(cè)量精度會受(shòu)到被檢測原(yuán)油清潔度的(de)影響。
2原油集(jí)輸用流量計(ji)發展趨勢分(fèn)析
　　 孔闆流量(liàng)計與浮子流(liu)量計具有結(jie)構簡單、價格(ge)低廉、便于安(an)🐉裝等優勢，所(suo)以在我國早(zao)期的成品油(yóu)長輸管道中(zhong)被廣泛應🐆用(yong)，但是這兩種(zhǒng)流量傳感器(qi)存在測量精(jing)度普遍偏低(di)的缺點,已經(jīng)逐漸被淘汰(tài)。
　　 渦輪流量計(jì)與容積式流(liu)量計都具有(you)測量精度高(gāo)的優勢☂️,但前(qian)者存在測量(liang)正确率不能(neng)長期保持、需(xu)要定期校準(zhǔn)的缺點。盡管(guan)後者對安裝(zhuāng)管道條件要(yao)求低、且可用(yong)于高粘度原(yuan)油計量，但其(qí)轉子存在被(bèi)原油中雜❄️質(zhi)卡住的風險(xiǎn)，不适用于油(yóu)、水混輸，且含(han)❌有泥沙雜質(zhì)的原油長輸(shu)管道工況。目(mu)♌前這兩種流(liú)量傳感器在(zài)原油集輸管(guan)道領域的應(ying)用己處于普(pu)及階段，但其(qi)價格競争日(ri)益激烈、導緻(zhi)利潤空間日(rì)益減小,所以(yǐ)這兩種♊傳感(gan)器都面臨着(zhe)嚴峻的挑戰(zhan)🔞。
　　超聲波流量(liàng)計的優勢是(shi)可實現非接(jiē)觸式測量，機(ji)械結構☎️簡單(dan)，可維護性好(hao)，此外，由于該(gāi)流量計是利(lì)🔴用電氣原理(li)工💋作,所以避(bì)🤟免了孔闆流(liu)量計、浮子流(liú)量計、渦🐅輪流(liu)量計以及容(rong)積式流量計(ji)等傳統機械(xiè)🏃流量計工作(zuo)中需要更換(huàn)運動部件的(de)問💜題。盡管常(chang)⚽規超聲波流(liú)量計也存在(zài)其不足之處(chu),例如，其測量(liàng)精度會受到(dào)被檢測原油(you)清潔度的影(ying)響。但是,超聲(shēng)波流量計✨的(de)“非接觸式測(cè)量”、“體積小”及(jí)“成本低”等顯(xiǎn)♻️著優勢使其(qi)具有廣泛的(de)應用前景。
　　今(jin)後原油集輸(shū)用流量計将(jiang)朝着以下幾(ji)個方面快.速(sù)發展:①全🙇‍♀️面傳(chuán)感檢測智能(néng)化。一方面,可(ke)以在流量計(ji)系統中🚶‍♀️安裝(zhuāng)微處理芯片(pian)實現通訊功(gōng)能，從而能夠(gou)更好🔱地與油(yóu)🈲田生産基地(di)的控制中🏃🏻心(xin)實現實時通(tōng)信。另一方面(miàn),通過添加相(xiang)關的傳感器(qi)以實現對📧原(yuán)油流體密🧡度(dù)、組分及熱👨‍❤️‍👨能(néng)等的測量,最(zuì)終實現流量(liàng)計的傻瓜♉化(hua)🚶和智能化。②決(jue)策優化傳遞(dì)快速🙇‍♀️化。可以(yi)将自診斷、自(zi)修正等相關(guan)智能控制算(suan)法引入流✌️量(liàng)計系統，使得(de)流量計不再(zai)僅是傳統的(de)計量工具，還(hai)能夠實♊現系(xi)統維護的目(mù)的，具有更正(zhèng)确的計量㊙️精(jing)度,對于不同(tong)粘度原油🧑🏽‍🤝‍🧑🏻介(jie)質的适應性(xing)和成品油輸(shū)送複雜環境(jing)的适應性得(de)🈲到改善和提(ti)高。③安裝執行(háng)可靠簡單化(hua)。随着科技發(fā)展,流量計的(de)機械結構越(yue)來越簡單,逐(zhú)漸減少或取(qǔ)消運動部件(jian),并采用精度(dù)高、性能好的(de)傳感器和電(diàn)子元器件,使(shi)得流量💋計⭐的(de)執行可靠性(xing)越來越好，且(qie)自動化程度(dù)越來越高❌。
3結(jie)論
(1)孔闆流量(liang)計與浮子流(liú)量計雖然結(jié)構簡單、價格(ge)低廉,但是存(cun)在測量精度(dù)普遍偏低的(de)缺點，已經逐(zhu)漸被淘汰:渦(wō)輪流量計與(yǔ)容積式流量(liang)計都具有測(ce)量精度高的(de)優勢，在原油(yóu)集輸管道領(ling)域🐪的應用已(yi)處于普及階(jie)段，但其價格(ge)競争日益激(jī)烈、導㊙️緻利潤(run)空間日.益減(jiǎn)小，所以面臨(lín)嚴🍓峻的挑戰(zhan)。
(2)超聲波流量(liang)計的“非接觸(chu)式測量”、“體積(jī)小”及“成本低(di)”等顯著優💃勢(shi)使其具有廣(guǎng)泛的應用前(qián)景。此外，未來(lái)⛱️原油集輸用(yong)流量計将朝(cháo)着全面傳感(gǎn)檢測智能化(hua)、決策優化傳(chuán)遞快速化以(yi)及安裝執行(háng)🈲可靠簡單化(hua)三個方面快(kuài)速發展。

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