摘要:利(li)用鋼管(guǎn)進行一(yi)定壓力(lì)和速度(dù)的流體(tǐ)輸送廣(guǎng)泛應🐅用(yòng)于石油(you)化I、機械(xiè)裝備、航(hang)空航天(tian)、汽車、兵(bīng)器裝備(bèi)、發電與(yu)核電裝(zhuang)備船舶(bó)、冶金等(deng)多個領(ling)域,這些(xiē)🎯領域均(jun)需要對(dui)🤩管道内(nei)-定壓力(lì)和速度(du)的液體(tǐ)進行💋流(liú)量性能(neng)、精度高(gao)測💘試。爲(wei)此,本文(wén)分析了(le)目前管(guan)道内流(liú)動液體(ti)的流量(liang)測試❓的(de)不同方(fāng)法的基(ji)本原理(li)、技術優(yōu)缺點、應(yīng)用範圍(wéi),進-步探(tan)讨了管(guǎn)道内流(liu)動液體(ti)的流量(liang)測試發(fā)展趨勢(shi)。
　　管道運(yùn)輸已經(jīng)成爲五(wu)大運輸(shu)體系之(zhī)一，管道(dào)内不止(zhi)可以運(yun)輸水、氣(qi)、油等液(yè)體物質(zhì),也可以(yǐ)運輸固(gù)體🧡物質(zhì)。中國的(de)油氣長(zhǎng)輸管道(dào)裏程數(shù)僅次于(yú)美國及(jí)俄羅斯(si),但是占(zhan)比僅爲(wei)美國的(de)五分之(zhi)一，爲解(jiě)決我🌂國(guo)油氣管(guan)網基建(jiàn)規模落(luò)後、管道(dao)間互聯(lian)⛱️互通程(cheng)度較低(dī)的問題(tí)，我國将(jiāng)成立國(guo)家油氣(qi)管網公(gong)司對國(guó)内油氣(qì)管網進(jin)行統籌(chou)規劃。.
　　在(zài)油氣生(sheng)産過程(chéng)中，流量(liàng)計 作爲(wèi)原油輸(shū)送計量(liàng)系統的(de)核心裝(zhuang)置，其測(ce)量的精(jing)度将直(zhí)🏃🏻接影🥵響(xiang)我國成(chéng)品油的(de)經濟效(xiào)益。本文(wen)在分析(xī)各種流(liú)量計基(ji)礎原理(li)的基礎(chu)上，對不(bú)同流量(liàng)計☁️的優(you)缺點進(jin)行了對(duì)比分析(xī)，并🐇展望(wang)了原油(you)流量計(ji)未來的(de)發展趨(qu)勢。
1.原油(yóu)流量計(jì)的工作(zuo)原理及(ji)特點
　　在(zai)原油集(ji)輸系統(tong)中,采油(yóu)井場、分(fèn)井計量(liàng)站與轉(zhuan)接站主(zhu)要🔞起到(dào)完成對(dui)油田生(shēng)産的原(yuan)油、天然(rán)氣等混(hun)合物💛進(jìn)行收集(ji)、計量、以(yǐ)及㊙️輸往(wang)集中處(chù)理站進(jìn)行處㊙️理(lǐ)的作用(yong)，所以原(yuán)油流量(liang)計的選(xuǎn)擇是否(fǒu)合理将(jiang)嚴重影(ying)響原油(you)生産的(de)經濟效(xiào)益。
1.1孔闆(pan)流量計(jì)
 
　　如圖1所(suǒ)示爲 孔(kǒng)闆流量(liang)計 原理(lǐ)圖，該流(liú)量計屬(shu)于 差壓(ya)式流量(liang)計 ，工作(zuò)時，充滿(mǎn)管道的(de)原油流(liu)經管道(dào)内的節(jie)流件後(hòu)會在節(jiē)流件附(fù)近造成(chéng)局部收(shou)縮，流速(su)增加,從(cong)而在其(qí)上♉、下遊(yóu)兩側産(chan)生靜壓(ya)力差四(si)。節流件(jian)兩側産(chǎn)生的靜(jìng)壓力差(chà)即就是(shi)孔🤞闆前(qián)後流體(tǐ)的壓力(li)變化可(kě)⭐通過U型(xíng)管壓差(chà)計内指(zhǐ)示液的(de)高度變(biàn)化R來反(fan)應，再✂️根(gēn)據高度(du)差R即可(kě)推算出(chū)流量,如(rú)式(1)所🤞示(shì)。此外，也(ye)可通過(guò)安裝差(chà)壓變送(song)器 測量(liang)得到節(jie)流件兩(liang)側的壓(ya)差,進而(er)推算出(chū)流量。
 
式(shi)中:qv一待(dai)測流體(ti)流量,m³/s;co一(yī)孔流系(xi)數,一般(bān)選用0.6~0.7;Ao一(yi)孔口截(jie)面⛹🏻‍♀️積,m²;ρi一(yi)U型管内(nei)指示液(ye)的密度(dù)，kg/m³;ρ一待測(ce)流體的(de)密度，kg/m³;R一(yī)U型🤩管高(gāo)☀️度差讀(du)數☂️,m。
　　孔闆(pǎn)流量計(jì)的優點(diǎn)是:結構(gòu)簡單、安(an)裝方便(bian)、價格低(dī)廉、應👣用(yong)範☀️圍廣(guǎng)泛，在我(wo)國早期(qi)的成品(pin)油長輸(shu)管道中(zhong)應用較(jiao)多。但該(gai)流✂️量計(jì)存在以(yǐ)下缺點(dian):①測量精(jing)度普遍(bian)偏低;②因(yīn)需經過(guò)節流裝(zhuang)置導緻(zhì)流體能(néng)量損失(shi)較大，故(gu)不适宜(yí)在流量(liàng)變化較(jiao)大的成(cheng)品油長(zhǎng)輸管道(dao)中使用(yong);③自🔅動化(hua)程度低(di)🔴,對安裝(zhuang)現場施(shi)工條件(jiàn)要求高(gāo)，且易受(shou)人爲主(zhu)觀因素(su)的影響(xiang),所以該(gāi)流量計(jì)無法滿(mǎn)足當前(qian)原油計(ji)量精度(du)、效率高(gāo)的要求(qiu)圖。
1.2浮子(zi)流量計(jì).
　　如圖2所(suǒ)示爲浮(fú)子流量(liàng)計，主要(yào)包括錐(zhuī)形管、浮(fú)子以及(jí)刻度✏️(顯(xian)示等零(ling)部件回(hui)。工作時(shí)，當流體(tǐ)自下.而(ér).上經錐(zhuī)形管時(shi),在轉子(zi)❄️上下之(zhi)間産生(sheng)壓差,轉(zhuǎn)子在此(cǐ)差壓作(zuò)用下，上(shang)升。當此(cǐ)上升的(de)力、浮子(zǐ)😄所受的(de)浮力及(ji)粘性升(shēng)力與浮(fu)子的重(zhòng)力相等(deng)時，浮子(zi)㊙️處于平(ping)衡❓位置(zhi)。因此,流(liu)經 浮子(zi)流量計(ji) 的流體(tǐ)流量與(yǔ)浮子上(shang)升高度(du)，即與浮(fu)子流量(liang)計的流(liu)🔞通面積(ji)之間存(cún)在着一(yī)定的比(bǐ)例關系(xì),浮子的(de)位置高(gao)💰度可作(zuo)爲📧流量(liang)🌈量度。
 
　　浮(fu)子流量(liàng)計主要(yào)被用來(lái)測量單(dān)相非脈(mo)動液體(tǐ)或🎯氣體(tǐ)的流🈲量(liang),也可用(yong)于腐蝕(shi)性流體(ti)的測量(liàng)，具有壓(yā)力損失(shi)小、性能(néng)可靠👄、價(jià)格☀️便宜(yi)、結構簡(jian)單,且便(biàn)于安裝(zhuāng)等優勢(shi)。但是🆚存(cun)在測量(liàng)精度普(pu)遍偏低(di)的缺點(dian)，此外，測(ce)量結果(guo)容易受(shòu)到被測(cè)介質密(mi)度、粘🏒度(dù)、溫度和(he)壓力等(deng)因素♍的(de)影響。
1.3渦(wō)輪流量(liàng)計
　　如圖(tu)3所示爲(wei) 渦輪 流(liu)量計 結(jié)構示意(yì)圖，該流(liú)量計屬(shǔ)于速度(du)式流量(liang)計，主要(yào)包括感(gǎn)應線圈(quan)、渦輪葉(ye)片、倒流(liu)架導流(liu)葉片、管(guan)道殼體(ti)等部件(jiàn)。
 
　　工作時(shi)，當原油(yóu)流經渦(wo)輪流量(liàng)計管道(dào)殼體内(nei)部時，油(yóu)液會沖(chòng)擊渦輪(lun)葉片,從(cong)而促使(shǐ)渦輪進(jìn)行旋轉(zhuan)，且在一(yī).定的條(tiao)件下，渦(wo)輪葉片(pian)轉速與(yǔ)原油流(liú)速成正(zheng)⭐比"。此外(wài),渦輪葉(ye)片具有(yǒu)✨導磁性(xìng)🐇,處于信(xìn)号檢測(cè)器磁場(chang)中時,旋(xuán)轉的葉(yè)片切割(ge)磁力線(xian),促使線(xiàn)圈兩端(duān)感應出(chū)電脈沖(chòng)信号，對(dui)電脈沖(chòng)信号進(jìn)行處理(lǐ)即可獲(huò)得流經(jīng)渦輪計(ji)量器的(de)原油的(de)瞬時流(liú)量或總(zǒng)量。在一(yi)定的流(liu)量範圍(wéi)内,脈沖(chòng)頻率
f與(yǔ)流經渦(wō)輪計量(liang)器的原(yuan)油的瞬(shùn)時流量(liàng)Q成正比(bi),其流量(liàng)🐕方程如(ru)下:
 
　　式中(zhong):f-脈沖頻(pin)率,Hz;K一渦(wo)輪計量(liang)計的儀(yí)表系數(shù),由産品(pin)性能決(jue)定;Q一🐪原(yuán)油的瞬(shun)時流量(liang),m/h。
　　渦輪流(liú)量計的(de)優點:①測(ce)量精度(du)高;②無零(ling)點漂移(yi),抗幹擾(rǎo)能力強(qiang);③适用于(yu)潔淨氣(qi)體與粘(zhan)度較低(di)的潔淨(jìng)流體。但(dan)是該流(liu)量🎯計必(bi)須遠離(li)外界電(diàn)場、磁場(chǎng)，必要時(shi)還需要(yao)采取有(you)效的屏(ping)蔽措施(shī)💋，以避免(mian)外界幹(gàn)擾。當🌂然(ran),也存在(zài)以下缺(quē)點:①測量(liang)正确率(lǜ)不能長(zhǎng)期保持(chi)，需要定(dìng)期校準(zhǔn);②對于流(liú)體物💛性(xing)具有依(yī)賴性。
1.4容(rong)積式流(liú)量計
 
　　容(róng)積式流(liu)量計屬(shǔ)排量式(shi)流量計(ji)，其主要(yào)采用機(ji)械檢測(cè)元㊙️件将(jiāng)原油連(lián)續不斷(duàn)分割成(chéng)單個已(yi)知體積(ji)部分，再(zai)根💚據計(jì)量室逐(zhú)次、重複(fú)充滿和(hé)排放該(gai)體積部(bu)分流體(tǐ)的次數(shu)來測量(liang)流體🧡體(tǐ)積總量(liàng)F。作爲典(diǎn)型的容(rong)積式流(liú)量計，橢(tuǒ)圓齒輪(lun)式流量(liàng)計(如💁圖(tú)4所示)的(de)測量部(bù)分主要(yào)由兩個(ge)相互齧(nie)合的橢(tuǒ)🔴圓形齒(chi)輪、軸以(yǐ)及殼體(ti)等組成(chéng)。其測量(liàng)原理爲(wei):當被測(cè)原油經(jīng)管道進(jìn)入流量(liang)計時，由(yóu)于進口(kou)處産生(shēng)的壓力(li)差推動(dòng)橢圓齒(chǐ)輪連續(xù)旋轉,橢(tuǒ)圓齒輪(lún)每旋轉(zhuan)🏃🏻一-周，就(jiu)有一定(ding)數量的(de)原油流(liú)過該流(liú)量計，所(suǒ)以隻需(xu)獲得橢(tuǒ)圓齒輪(lun)的轉數(shù),就能推(tuī)算出被(bèi)測原油(yóu)流量的(de)總量,其(qi)🎯流量計(ji)算公式(shi)如下:
V=NU(3)
　　式(shì)中:V一原(yuan)油體積(ji),m³;N一确定(ding)時間内(nèi)橢圓齒(chi)輪轉數(shu),r;U一橢圓(yuan)齒⛷️輪🏃🏻‍♂️旋(xuán)轉--周排(pái)出原油(you)體積，m³/r。
　　容(róng)積式流(liu)量計具(jù)有以下(xià)優點:①測(ce)量精度(dù)高;②對安(an)裝管道(dao)條件📞要(yào)求低;③測(ce)量範圍(wei)寬、且可(ke)用于高(gao)粘度原(yuan)油。但存(cún)在以下(xia)缺點:①轉(zhuǎn)子存在(zai)被原油(yóu)中雜質(zhi)卡住的(de)風險，所(suǒ)以需要(yào)加裝過(guo)濾器;②結(jié)構複雜(zá)、體積龐(páng)大;③不适(shi)用于高(gāo)、低溫場(chǎng)合;④易産(chan)生噪聲(shēng)及振動(dong)等。所以(yǐ)，如果在(zài)油、水混(hun)輸，且含(hán)有泥沙(shā)雜質的(de)原油長(zhǎng)輸管道(dao)上采用(yòng)容積式(shì)流量計(ji)，将會給(gei)現場帶(dai)來較大(dà)的工作(zuò)量,且會(hui)提高運(yun)維成本(běn)。
1.5超聲波(bo)流量計(ji)
 
　　超聲波(bo)流量計(jì) 是通過(guo)檢測流(liu)體流動(dong)對超聲(shēng)脈沖的(de)作用來(lái)測量流(liu)量的一(yi)種非接(jie)觸式流(liú)量計。圖(tu)5所示爲(wei)采用時(shi)差法測(cè)量原理(li)的超聲(shēng)波流量(liang)計,當超(chāo)聲波在(zai)成品油(you)🌈長輸管(guan)道中傳(chuán)輸時,探(tan)🚩頭A與探(tàn)頭B分别(bié)🛀檢測接(jiē)收對方(fāng)發射的(de)超聲波(bo)脈沖,由(you)于順流(liu)方向聲(sheng)波傳播(bō)速度大(da)于逆流(liu)方向聲(shēng)波傳播(bo)速度,則(zé)相同傳(chuan)播距離(lí)🔞下就會(hui)得到不(bu)同的傳(chuan)播時間(jian)🚶‍♀️,利用傳(chuan)播時間(jian)之差👉即(jí)可計算(suàn)原油的(de)流速與(yu)👨‍❤️‍👨流量,計(jì)算公式(shì)如下:
 
　　式(shi)中:Q一原(yuan)油的流(liu)量,m³/s;ts一超(chao)聲波順(shun)流傳播(bo)時間,s;tn一(yi)超聲波(bo)逆流傳(chuan)播時間(jiān),s;L一超聲(shēng)波在傳(chuan)感器之(zhī)間的聲(sheng)道長☔度(du),m;D-管道内(nèi)㊙️徑,m;θ一管(guan)軸線與(yu)傳感器(qì)聲道之(zhī)前的夾(jia)角,°;K一速(su)度分布(bù)剖面的(de)修正系(xi)數。
　　超聲(sheng)波流量(liang)計的優(you)點嗎:①可(kě)以實現(xian)非接觸(chu)式測量(liang)，對原有(yǒu)管♋道不(bu)需要進(jin)行任何(he)加工就(jiù)可以進(jin)行測量(liang);②應用範(fàn)圍廣,可(kě)以測量(liàng)水、氣或(huo)油等多(duo)種液體(tǐ)的流量(liang);③測量精(jing)度不會(huì)受到被(bei)測原油(yóu)流體粘(zhān)度及電(diàn)導率的(de)影響;④高(gāo)性價比(bǐ)，尤其是(shi)對大管(guan)徑流量(liang)的測量(liàng)成本較(jiào)低💘;⑤其機(ji)械結構(gòu)🌏相對簡(jiǎn)單，可維(wei)護性好(hǎo)。⑥流量監(jiān)測過程(chéng)中不存(cun)在壓損(sun)和🏃‍♂️能量(liang)損失，在(zai)節能方(fāng)面優勢(shi)明顯。但(dàn)是常規(guī)超聲波(bō)計量計(ji)用于測(ce)量粘稠(chóu)介質時(shi)存在信(xìn)号衰減(jian)、漂移以(yǐ)及精🧑🏽‍🤝‍🧑🏻度(dù)🎯下降的(de)問題,且(qie)測量精(jing)度會受(shou)到被檢(jiǎn)測原油(yóu)清潔度(dù)的影響(xiǎng)。
2原油集(ji)輸用流(liu)量計發(fā)展趨勢(shì)分析
　　 孔(kong)闆流量(liàng)計與浮(fu)子流量(liang)計具有(you)結構簡(jiǎn)單、價格(ge)低♋廉㊙️、便(bian)于☁️安裝(zhuāng)等優勢(shì)，所以在(zài)我國早(zǎo)期的成(chéng)品油長(zhang)輸管道(dao)中被廣(guang)泛應用(yong)，但是這(zhè)兩種流(liu)量傳感(gǎn)器存在(zai)測量精(jīng)度普😄遍(biàn)偏低的(de)缺點☁️,已(yǐ)經逐漸(jiàn)被淘汰(tài)。
　　 渦輪流(liu)量計與(yu)容積式(shì)流量計(ji)都具有(yǒu)測量精(jing)度高的(de)優勢,但(dàn)前者存(cún)在測量(liàng)正确率(lǜ)不能長(zhang)期保持(chí)、需要定(dìng)🔴期校準(zhǔn)的缺點(dian)。盡管㊙️後(hòu)者對安(ān)裝管道(dao)條件要(yào)求低、且(qie)可用于(yu)高粘度(dù)原油計(ji)量，但其(qi)轉子存(cun)在被原(yuán)油中雜(za)質卡住(zhu)的風險(xiǎn)，不适用(yòng)于油、水(shuǐ)混輸，且(qiě)含💜有泥(ni)沙雜質(zhi)的原油(you)長輸管(guǎn)道工況(kuang)。目前這(zhe)兩種流(liu)量傳感(gan)器在原(yuán)油集輸(shū)管道領(ling)🌈域的應(ying)用己處(chù)🌍于普及(ji)階段，但(dan)其價格(gé)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼競争日(ri)♻️益激烈(liè)、導緻利(lì)潤空間(jian)日益減(jiǎn)小,所以(yǐ)這兩種(zhǒng)傳感器(qì)都面臨(lin)着🏃嚴峻(jun)的挑戰(zhàn)。
　　超聲波(bō)流量計(ji)的優勢(shì)是可實(shí)現非接(jiē)觸式測(cè)量，機械(xiè)結🌈構簡(jian)♉單，可維(wéi)護性好(hao)，此外，由(you)于該流(liú)量計是(shì)利用電(diàn)🔅氣原🧡理(li)工作,所(suǒ)以避免(miǎn)了孔闆(pan)流量計(jì)、浮子流(liu)❤️量計、渦(wō)輪流量(liang)計以及(ji)容積式(shì)流量計(ji)等傳統(tong)機械流(liu)量計工(gōng)✨作中需(xū)要更換(huàn)運動🔞部(bu)件的問(wen)題。盡管(guan)常🏃規超(chāo)聲波流(liú)量計也(ye)存在其(qi)不足之(zhī)處,例如(ru)，其測量(liang)精度會(hui)受到被(bei)檢測原(yuán)油清潔(jie)⁉️度的影(ying)響。但是(shì),超聲波(bo)流量計(jì)㊙️的“非接(jiē)觸式測(ce)量”、“體積(jī)小”及“成(cheng)本低”等(děng)顯⭐著優(you)勢使其(qí)具有廣(guang)🌂泛的應(ying)用前景(jǐng)。
　　今後原(yuan)油集輸(shū)用流量(liang)計将朝(chao)着以下(xia)幾個方(fang)面快🐕.速(su)發展:①全(quan)面傳感(gǎn)檢測智(zhì)能化。一(yī)方面,可(ke)以在流(liu)量計系(xì)🌈統中安(ān)裝微處(chù)理芯片(pian)實現通(tong)訊功能(neng)，從而能(néng)🏃‍♀️夠更好(hǎo)地與油(you)田生産(chǎn)基地的(de)控制中(zhōng)心實現(xian)實時通(tong)信。另一(yī)方面,通(tong)過添加(jia)相關的(de)傳感器(qì)以實現(xian)對原油(you)流體密(mì)度、組分(fen)及熱能(néng)等的測(cè)量♍,最終(zhōng)實現流(liú)量計的(de)傻瓜化(hua)和智能(neng)化。②決策(cè)優化傳(chuán)遞快速(sù)化。可以(yi)将自診(zhěn)‼️斷、自修(xiu)正等相(xiàng)關智能(neng)控制算(suan)法引入(ru)流量計(ji)系統，使(shǐ)得流量(liàng)計不再(zài)僅是傳(chuan)統🎯的計(ji)量工具(jù)，還能夠(gòu)實現系(xi)統維護(hù)的目的(de)，具有更(gèng)正确的(de)計量精(jīng)度,對于(yú)不同粘(zhan)度原油(you)介質的(de)适應性(xìng)和成品(pǐn)油輸送(sòng)複雜環(huan)境的适(shì)應性得(dé)到改善(shan)和提高(gāo)。③安裝執(zhí)行可靠(kào)簡單化(hua)。随着科(ke)技發展(zhan)🔞,流量計(jì)的機械(xie)結構越(yuè)來越簡(jiǎn)🏃單,逐漸(jiàn)減少或(huò)取消運(yun)動部件(jian),并采用(yong)精度高(gāo)、性能好(hao)的傳感(gǎn)器和電(dian)子元器(qi)件,使得(dé)流量計(jì)的執行(háng)可靠性(xìng)越來越(yue)好，且自(zi)動化程(chéng)度越來(lái)越高。
3結(jié)論
(1)孔闆(pǎn)流量計(jì)與浮子(zǐ)流量計(ji)雖然結(jie)構簡單(dan)、價格低(di)💞廉,但是(shi)存在測(cè)量精度(du)普遍偏(pian)低的缺(quē)點，已經(jīng)逐漸被(bèi)淘汰:渦(wō)⛹🏻‍♀️輪流量(liang)計與容(róng)積式流(liú)量計都(dou)具有測(ce)量精度(dù)高的優(you)勢，在原(yuan)油集輸(shū)管道領(ling)域的應(ying)用已處(chu)于普及(ji)階段，但(dàn)其價格(gé)競争日(rì)益激烈(liè)、導👈緻利(lì)潤空間(jian)日.益減(jiǎn)小，所以(yǐ)面臨嚴(yan)💋峻的挑(tiao)戰。
(2)超聲(sheng)波流量(liàng)計的“非(fēi)接觸式(shi)測量”、“體(ti)積小”及(jí)“成本低(di)”等顯著(zhe)優勢使(shi)其具有(you)廣泛的(de)應用前(qian)景。此外(wài)，未來原(yuan)油集輸(shu)用流量(liàng)計将朝(chao)♊着全面(mian)傳感檢(jiǎn)測智能(néng)化、決策(cè)優化傳(chuán)遞🔞快速(su)化以及(ji)安裝執(zhi)行可靠(kào)簡單化(hua)三個方(fāng)面快速(su)發展🧑🏾‍🤝‍🧑🏼。

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