摘要(yao):利用鋼(gang)管進行(hang)一定壓(ya)力和速(su)度的流(liu)體輸送(song)廣泛應(ying)用于石(shi)油化I、機(ji)械裝備(bei)、航空航(hang)天、汽車(che)、兵器🌐裝(zhuang)備、發電(dian)與核💚電(dian)裝⛷️備船(chuan)舶、冶金(jin)等多個(ge)領域,這(zhe)些🌈領域(yu)均需要(yao)對🌈管道(dao)内-定壓(ya)力💋和速(su)度的液(ye)體進行(hang)流量性(xing)能✔️、精度(du)高測試(shi)。爲此,本(ben)文分析(xi)了目前(qian)管道内(nei)流動液(ye)體的流(liu)量測試(shi)的不同(tong)方法的(de)基本原(yuan)理、技術(shu)優缺點(dian)、應用範(fan)圍,進-步(bu)探讨了(le)管道内(nei)流動液(ye)體的流(liu)量測試(shi)發展趨(qu)勢✊。
　　管道(dao)運輸已(yi)經成爲(wei)五大運(yun)輸體系(xi)之一，管(guan)道内不(bu)止可以(yi)運輸🔅水(shui)、氣、油等(deng)液體物(wu)質,也可(ke)以運輸(shu)固體物(wu)質。中國(guo)的油氣(qi)長輸管(guan)道裏程(cheng)數僅次(ci)于美國(guo)及俄羅(luo)斯,但是(shi)占比僅(jin)爲美國(guo)的五分(fen)之一，爲(wei)解決我(wo)國油氣(qi)管網基(ji)建規⭐模(mo)落後、管(guan)道間互(hu)聯互通(tong)程度🈲較(jiao)低的問(wen)題，我國(guo)将成立(li)♈國家油(you)氣管♉網(wang)公司對(dui)國🈲内油(you)氣管網(wang)進行統(tong)籌規劃(hua)。.
　　在油氣(qi)生産過(guo)程中，流(liu)量計 作(zuo)爲原油(you)輸送計(ji)量系統(tong)的核心(xin)裝置，其(qi)測量的(de)精度🔴将(jiang)直接🍓影(ying)響我國(guo)成品油(you)的經濟(ji)效益。本(ben)文在分(fen)析各種(zhong)流量計(ji)基礎原(yuan)理的基(ji)礎上，對(dui)不同流(liu)量計的(de)優缺點(dian)進行💞了(le)對比♊分(fen)析，并展(zhan)望了原(yuan)油流量(liang)計✨未來(lai)的發展(zhan)趨勢。
1.原(yuan)油流量(liang)計的工(gong)作原理(li)及特點(dian)
　　在原油(you)集輸系(xi)統中,采(cai)油井場(chang)、分井計(ji)量站與(yu)轉接站(zhan)主要起(qi)到完成(cheng)對油田(tian)生産的(de)原油、天(tian)然氣等(deng)混🧡合物(wu)進行收(shou)集、計量(liang)、以及輸(shu)往集中(zhong)處理站(zhan)進行處(chu)理的作(zuo)用，所以(yi)原油流(liu)量計的(de)選擇是(shi)否合理(li)将嚴重(zhong)影響原(yuan)油生産(chan)的經濟(ji)效益。
1.1孔(kong)闆流量(liang)計
 
　　如圖(tu)1所示爲(wei) 孔闆流(liu)量計 原(yuan)理圖，該(gai)流量計(ji)屬于 差(cha)壓式流(liu)量計 ，工(gong)作時，充(chong)滿管道(dao)的原油(you)流經管(guan)道内的(de)節流件(jian)後會在(zai)節流✉️件(jian)附近造(zao)成局部(bu)收縮，流(liu)速增加(jia),從而在(zai)😍其上、下(xia)遊兩側(ce)産生靜(jing)壓力差(cha)四。節流(liu)件兩側(ce)産生的(de)靜壓力(li)差即就(jiu)是孔闆(pan)前後流(liu)體的壓(ya)力變化(hua)可🈲通過(guo)U型管壓(ya)差計内(nei)指示液(ye)的☎️高度(du)變化🐪R來(lai)反應，再(zai)✏️根據高(gao)度差R即(ji)可推算(suan)出流量(liang),如式(1)所(suo)示。此外(wai)，也可通(tong)過安裝(zhuang)差壓變(bian)送器 測(ce)量得到(dao)節流件(jian)兩側的(de)壓差,進(jin)而推算(suan)出流量(liang)。
 
式中:qv一(yi)待測流(liu)體流量(liang),m³/s;co一孔流(liu)系數,一(yi)般選用(yong)0.6~0.7;Ao一孔🔱口(kou)截面積(ji),m²;ρi一U型管(guan)内指示(shi)液的密(mi)度，kg/m³;ρ一待(dai)測流體(ti)的密度(du)，kg/m³;R一U型🈲管(guan)高度差(cha)讀數,m。
　　孔(kong)闆流量(liang)計的優(you)點是:結(jie)構簡單(dan)、安裝方(fang)便、價格(ge)低廉、應(ying)用範圍(wei)♻️廣泛，在(zai)我國早(zao)期的成(cheng)品油長(zhang)輸管道(dao)中應用(yong)較🍓多。但(dan)該流🈲量(liang)計‼️存在(zai)以下缺(que)點:①測量(liang)精度普(pu)遍偏低(di);②因需經(jing)過節👉流(liu)裝置導(dao)緻流體(ti)能量損(sun)失較大(da)，故不适(shi)宜在流(liu)量變化(hua)較大的(de)成品油(you)長輸管(guan)👉道中使(shi)用;③自💋動(dong)化程度(du)低,對安(an)裝現場(chang)施工條(tiao)件要求(qiu)高，且易(yi)受⚽人爲(wei)主觀因(yin)素的💛影(ying)響,所以(yi)該流量(liang)計無法(fa)滿足當(dang)前原📐油(you)計量精(jing)度、效率(lü)高的要(yao)求圖。
1.2浮(fu)子流量(liang)計.
　　如圖(tu)2所示爲(wei)浮子流(liu)量計，主(zhu)要包括(kuo)錐形管(guan)、浮子以(yi)🏃及刻度(du)(顯示等(deng)零部件(jian)回。工作(zuo)時，當流(liu)體自下(xia).而.上🐅經(jing)錐形管(guan)時,在轉(zhuan)子上下(xia)之間産(chan)生壓差(cha),轉子在(zai)此差壓(ya)作❤️用下(xia)，上升。當(dang)此♋上升(sheng)的♉力、浮(fu)子所受(shou)的浮力(li)及粘性(xing)升力與(yu)浮子☂️的(de)重力相(xiang)等時，浮(fu)子處于(yu)平衡位(wei)置。因此(ci),流經 浮(fu)子流量(liang)計 的流(liu)體流量(liang)與浮子(zi)上升高(gao)度，即與(yu)浮子流(liu)量計的(de)流通面(mian)🤟積之間(jian)存在着(zhe)一定的(de)比例關(guan)系,浮子(zi)的位置(zhi)高🔞度可(ke)作爲流(liu)量量度(du)。
 
　　浮子流(liu)量計主(zhu)要被用(yong)來測量(liang)單相非(fei)脈動液(ye)體或氣(qi)✍️體的流(liu)量,也可(ke)用于腐(fu)蝕性流(liu)體的測(ce)量，具有(you)壓力損(sun)失小、性(xing)能可靠(kao)💋、價格便(bian)宜、結構(gou)簡單,且(qie)便于安(an)裝等優(you)勢。但是(shi)存在測(ce)量精度(du)普遍偏(pian)低的缺(que)點，此外(wai)，測量結(jie)果容易(yi)受到被(bei)測介質(zhi)密度、粘(zhan)度、溫度(du)和壓力(li)等因素(su)的影響(xiang)。
1.3渦輪流(liu)量計
　　如(ru)圖3所示(shi)爲 渦輪(lun) 流量計(ji) 結構示(shi)意圖，該(gai)流量計(ji)屬于速(su)度式流(liu)量計，主(zhu)要包括(kuo)感應線(xian)圈、渦輪(lun)葉片、倒(dao)流架導(dao)流葉片(pian)、管道殼(ke)體🏃‍♀️等部(bu)件。
 
　　工作(zuo)時，當原(yuan)油流經(jing)渦輪流(liu)量計管(guan)道殼體(ti)内部時(shi)，油液會(hui)沖擊渦(wo)輪葉片(pian),從而促(cu)使渦輪(lun)進行旋(xuan)轉，且在(zai)一👌.定的(de)條件下(xia)，渦輪葉(ye)片轉速(su)與原油(you)流速成(cheng)正比"。此(ci)外,渦輪(lun)葉片具(ju)有導磁(ci)性,處于(yu)信号檢(jian)測器磁(ci)🌈場中時(shi),旋轉的(de)葉片切(qie)割磁力(li)線,促使(shi)線🌈圈兩(liang)端感應(ying)出電脈(mo)沖信号(hao)，對電脈(mo)沖信号(hao)進行處(chu)理即可(ke)獲得流(liu)經渦輪(lun)計量器(qi)的原油(you)的🌏瞬時(shi)流量或(huo)總量。在(zai)一定的(de)流量範(fan)圍内,脈(mo)沖頻率(lü)
f與流經(jing)渦輪計(ji)量器的(de)原油的(de)瞬時流(liu)量Q成正(zheng)比,其流(liu)量方🌈程(cheng)如下:
 
　　式(shi)中:f-脈沖(chong)頻率,Hz;K一(yi)渦輪計(ji)量計的(de)儀表系(xi)數,由産(chan)品性能(neng)決定💯;Q一(yi)原油的(de)瞬時流(liu)量,m/h。
　　渦輪(lun)流量計(ji)的優點(dian):①測量精(jing)度高;②無(wu)零點漂(piao)移,抗幹(gan)擾能力(li)強🌂;③适用(yong)于潔淨(jing)氣體與(yu)粘度較(jiao)低的潔(jie)淨流體(ti)。但🌂是該(gai)流量計(ji)必須遠(yuan)🥰離外界(jie)電場、磁(ci)場，必要(yao)時🈲還需(xu)要采取(qu)有🥵效的(de)屏♻️蔽措(cuo)施，以避(bi)免💛外界(jie)幹擾。當(dang)然,也存(cun)在以下(xia)缺點:①測(ce)量正确(que)率不能(neng)長期保(bao)持，需要(yao)定期校(xiao)準;②對于(yu)流體物(wu)💃性具有(you)依賴性(xing)。
1.4容積式(shi)流量計(ji)
 
　　容積式(shi)流量計(ji)屬排量(liang)式流量(liang)計，其主(zhu)要采用(yong)機械檢(jian)測元件(jian)将🏃🏻原油(you)連續不(bu)斷分割(ge)成單個(ge)已知體(ti)積部分(fen)，再根據(ju)計量室(shi)逐次、重(zhong)複充滿(man)和排放(fang)該體積(ji)部分流(liu)體的次(ci)🔱數來測(ce)👄量流體(ti)體積總(zong)量F。作爲(wei)典型的(de)容積式(shi)流量計(ji)，橢圓齒(chi)輪式流(liu)量計(如(ru)圖4所示(shi))的測量(liang)部分主(zhu)要由兩(liang)個相互(hu)齧合的(de)橢圓形(xing)齒輪、軸(zhou)以及殼(ke)體等組(zu)成。其測(ce)量原理(li)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻爲:當被(bei)測原油(you)經管道(dao)進入流(liu)量計時(shi)，由于進(jin)口處産(chan)生的壓(ya)力差推(tui)動橢圓(yuan)齒輪連(lian)續旋轉(zhuan)😄,橢圓齒(chi)輪每旋(xuan)轉一-周(zhou)，就有一(yi)定數量(liang)的原油(you)流過該(gai)🍓流量計(ji)🐅，所以隻(zhi)需獲得(de)橢圓齒(chi)輪的轉(zhuan)數,就能(neng)推算出(chu)被測原(yuan)油流量(liang)的總量(liang),其流量(liang)計算公(gong)🤞式如下(xia):
V=NU(3)
　　式中:V一(yi)原油體(ti)積,m³;N一确(que)定時間(jian)内橢圓(yuan)齒輪轉(zhuan)數,r;U一橢(tuo)圓🔆齒輪(lun)旋轉--周(zhou)排出原(yuan)油體積(ji)，m³/r。
　　容積式(shi)流量計(ji)具有以(yi)下優點(dian):①測量精(jing)度高;②對(dui)安裝管(guan)道條👣件(jian)🔴要求低(di);③測量範(fan)圍寬、且(qie)可用于(yu)高粘度(du)原油。但(dan)存在以(yi)下缺點(dian)🐇:①轉子存(cun)在被原(yuan)油中雜(za)質卡住(zhu)的風險(xian)，所以需(xu)要加裝(zhuang)過濾器(qi);②結構複(fu)❤️雜、體積(ji)龐大;③不(bu)适用于(yu)高、低溫(wen)場合;④易(yi)産生噪(zao)聲及振(zhen)動等。所(suo)以，如果(guo)在油、水(shui)混輸，且(qie)含有泥(ni)沙雜質(zhi)的原油(you)長輸管(guan)道上采(cai)用容積(ji)式流量(liang)計，将會(hui)給現場(chang)帶來較(jiao)大的⁉️工(gong)作量,且(qie)會提高(gao)運維成(cheng)本。
1.5超聲(sheng)波流量(liang)計
 
　　超聲(sheng)波流量(liang)計 是通(tong)過檢測(ce)流體流(liu)動對超(chao)聲脈沖(chong)的作用(yong)來測量(liang)㊙️流量的(de)🌐一種非(fei)接觸式(shi)流量計(ji)。圖5所示(shi)爲采用(yong)時差法(fa)測量原(yuan)理的超(chao)聲波流(liu)🔞量計,當(dang)超聲波(bo)在成品(pin)油長輸(shu)管道中(zhong)傳輸時(shi),探頭A與(yu)探頭B分(fen)别🔅檢測(ce)接收對(dui)方發射(she)的超聲(sheng)波脈沖(chong),由于順(shun)流方向(xiang)聲波傳(chuan)播速度(du)大于逆(ni)流方向(xiang)聲波傳(chuan)播速度(du),則相同(tong)傳播距(ju)離📐下就(jiu)會得到(dao)👉不同的(de)傳播時(shi)間,利用(yong)傳播時(shi)間♍之差(cha)即可計(ji)算🏃🏻原油(you)的流速(su)與流量(liang),計算公(gong)式如下(xia):
 
　　式中:Q一(yi)原油的(de)流量,m³/s;ts一(yi)超聲波(bo)順流傳(chuan)播時間(jian),s;tn一超聲(sheng)波逆流(liu)傳㊙️播時(shi)間,s;L一超(chao)聲波在(zai)傳感器(qi)之間的(de)聲道長(zhang)度,m;D-管道(dao)内徑,m;θ一(yi)管軸線(xian)與傳感(gan)器聲道(dao)之前的(de)夾角,°;K一(yi)速度分(fen)布剖面(mian)的修正(zheng)系數。
　　超(chao)聲波流(liu)量計的(de)優點嗎(ma):①可以實(shi)現非接(jie)觸式測(ce)量，對原(yuan)💚有管道(dao)不需要(yao)進行任(ren)何加工(gong)就可以(yi)進行測(ce)量;②應用(yong)範🌈圍廣(guang),可以✍️測(ce)量🤞水、氣(qi)或油等(deng)多種液(ye)體的流(liu)量;③測量(liang)精度不(bu)會受到(dao)被測原(yuan)油流體(ti)粘度及(ji)電導率(lü)的影響(xiang);④高性價(jia)🌏比，尤其(qi)是⁉️對大(da)管徑流(liu)量的測(ce)量成本(ben)較低;⑤其(qi)機械結(jie)構相對(dui)簡單，可(ke)維護性(xing)好。⑥流量(liang)監測過(guo)程💋中不(bu)存在壓(ya)損和能(neng)量損失(shi)，在節能(neng)方面優(you)勢明顯(xian)。但是常(chang)規超聲(sheng)波計量(liang)計用于(yu)測量粘(zhan)稠🤞介質(zhi)時存在(zai)信号🔅衰(shuai)減、漂移(yi)以及精(jing)度下降(jiang)的問題(ti),且測量(liang)精度會(hui)受到被(bei)檢測原(yuan)油清潔(jie)度的影(ying)響。
2原油(you)集輸用(yong)流量計(ji)發展趨(qu)勢分析(xi)
　　 孔闆流(liu)量計與(yu)浮子流(liu)量計具(ju)有結構(gou)簡單、價(jia)格低廉(lian)、便于💛安(an)裝等優(you)勢，所以(yi)在我國(guo)早期的(de)成品油(you)長輸管(guan)道中被(bei)廣泛應(ying)🥰用，但🐪是(shi)這兩種(zhong)流量傳(chuan)感器存(cun)在測量(liang)精度普(pu)遍偏低(di)的缺點(dian)㊙️,已經逐(zhu)漸被淘(tao)汰。
　　 渦輪(lun)流量計(ji)與容積(ji)式流量(liang)計都具(ju)有測量(liang)精度高(gao)的優勢(shi),但前🔞者(zhe)存在測(ce)量正确(que)率不能(neng)長期保(bao)持、需要(yao)定期校(xiao)準的缺(que)點。盡管(guan)後者對(dui)安裝管(guan)道條件(jian)要求低(di)、且可用(yong)于🚶高粘(zhan)度原油(you)計量，但(dan)其轉子(zi)存在被(bei)🍉原油中(zhong)雜質卡(ka)住的風(feng)險，不适(shi)⛷️用于油(you)、水混輸(shu)，且含㊙️有(you)泥沙雜(za)質的原(yuan)油長輸(shu)⭕管道工(gong)況。目前(qian)這兩種(zhong)流量傳(chuan)感器在(zai)原油集(ji)輸管道(dao)領域的(de)應用己(ji)處于普(pu)🌏及階段(duan)，但其價(jia)格競争(zheng)日❗益激(ji)烈、導🔅緻(zhi)利潤空(kong)間日益(yi)⭐減小,所(suo)以這兩(liang)種✂️傳感(gan)器都面(mian)臨着嚴(yan)峻的挑(tiao)戰。
　　超聲(sheng)波流量(liang)計的優(you)勢是可(ke)實現非(fei)接觸式(shi)測量，機(ji)械結構(gou)㊙️簡💰單，可(ke)維護性(xing)好，此外(wai)，由于該(gai)流量計(ji)是利用(yong)電氣原(yuan)理工🧡作(zuo),所以避(bi)免了孔(kong)闆流量(liang)計、浮子(zi)流量計(ji)、渦輪流(liu)量🔞計以(yi)及容積(ji)式💘流量(liang)計👈等傳(chuan)統機械(xie)流量計(ji)工作中(zhong)需要更(geng)換運動(dong)部件的(de)問題。盡(jin)管常規(gui)超聲波(bo)流量計(ji)也存在(zai)其不足(zu)之處🔞,例(li)如，其測(ce)量精度(du)會受到(dao)被檢測(ce)原油清(qing)潔度的(de)影響。但(dan)是,超聲(sheng)波流量(liang)計的“非(fei)接觸式(shi)測量”、“體(ti)積小”及(ji)“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。
　　今後(hou)原油集(ji)輸用流(liu)量計将(jiang)朝着以(yi)下幾個(ge)方面快(kuai).速發展(zhan):①全面傳(chuan)感檢測(ce)智能化(hua)。一方面(mian),可以在(zai)流量💁計(ji)系😍統中(zhong)安裝微(wei)處理芯(xin)片實現(xian)通訊功(gong)能，從而(er)能🔞夠更(geng)好地與(yu)油田生(sheng)産基地(di)的控制(zhi)中㊙️心實(shi)現實時(shi)✔️通信。另(ling)一方面(mian),通過添(tian)加相關(guan)的傳感(gan)器㊙️以實(shi)現對原(yuan)油流體(ti)密度、組(zu)分及熱(re)能等的(de)測量,最(zui)終實現(xian)流量計(ji)的傻瓜(gua)化和智(zhi)能化。②決(jue)策優化(hua)傳遞快(kuai)速化。可(ke)以将自(zi)診斷、自(zi)修正等(deng)相關智(zhi)能控制(zhi)算法引(yin)入流量(liang)計系統(tong)，使得流(liu)量計不(bu)再僅是(shi)傳統的(de)計量工(gong)具，還能(neng)夠實現(xian)系統維(wei)護的目(mu)的，具有(you)更正确(que)的計量(liang)精度,對(dui)于不同(tong)粘度原(yuan)油介質(zhi)的适應(ying)性㊙️和成(cheng)品油輸(shu)送複雜(za)環💰境的(de)适應性(xing)得到改(gai)善和提(ti)高。③安裝(zhuang)執行可(ke)靠簡單(dan)化。随着(zhe)科技發(fa)展,流♉量(liang)計的機(ji)械結構(gou)越來越(yue)簡單,逐(zhu)漸減少(shao)或取消(xiao)運動部(bu)件,并采(cai)用精度(du)高、性能(neng)好的傳(chuan)感器和(he)電子元(yuan)器件,使(shi)得流量(liang)計的執(zhi)行可靠(kao)性越來(lai)越好，且(qie)自💋動化(hua)程度越(yue)來越高(gao)💋。
3結論
(1)孔(kong)闆流量(liang)計與浮(fu)子流量(liang)計雖然(ran)結構簡(jian)單、價格(ge)低💞廉,但(dan)☁️是存在(zai)測量精(jing)度普遍(bian)偏低的(de)缺點，已(yi)經逐漸(jian)被淘汰(tai):渦輪流(liu)量計與(yu)容積式(shi)流量計(ji)都具有(you)測量☔精(jing)度高💃的(de)優勢，在(zai)原油集(ji)輸管道(dao)領域的(de)應用已(yi)處💚于普(pu)及階♌段(duan)，但其價(jia)格競争(zheng)日益激(ji)烈、導🔴緻(zhi)利潤空(kong)🏃🏻‍♂️間日.益(yi)減小，所(suo)以面臨(lin)嚴峻的(de)挑戰。
(2)超(chao)聲波流(liu)量計的(de)“非接觸(chu)式測量(liang)”、“體積小(xiao)”及“成本(ben)低”等☔顯(xian)🔴著優勢(shi)使其具(ju)有廣泛(fan)的應用(yong)前景。此(ci)外，未來(lai)👣原油集(ji)輸用流(liu)量計将(jiang)朝着全(quan)面傳感(gan)檢測智(zhi)能化、決(jue)策優化(hua)傳遞👣快(kuai)速化以(yi)及安㊙️裝(zhuang)執行可(ke)靠簡單(dan)化三個(ge)方面快(kuai)速發展(zhan)。

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