摘要:利(li)用鋼管(guǎn)進行一(yi)定壓力(li)和速度(dù)的流體(ti)輸送廣(guǎng)泛應用(yong)于❄️石油(you)化I、機械(xie)裝備、航(hang)空航天(tiān)、汽車、兵(bing)器裝備(bei)、發電與(yǔ)核電裝(zhuāng)備船舶(bó)、冶金等(děng)多個領(ling)域,這些(xiē)領域均(jun1)需要對(dui)管道内(nei)-定壓力(lì)和速度(du)的液體(tǐ)進行流(liu)量性能(néng)、精度高(gao)測💚試。爲(wèi)此,本文(wén)分析了(le)🔞目前管(guan)道🧑🏽‍🤝‍🧑🏻内流(liu)動液體(ti)的流量(liàng)測試的(de)不同方(fang)法的基(ji)本原理(lǐ)⁉️、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(tǐ)的流量(liàng)測試發(fā)展趨勢(shì)。
　　管道運(yùn)輸已經(jing)成爲五(wǔ)大運輸(shū)體系之(zhi)一，管道(dao)内不止(zhi)可💘以運(yùn)輸水、氣(qi)、油等液(ye)體物質(zhì),也可以(yi)運輸固(gù)體😄物質(zhì)。中國的(de)油氣長(zhang)輸管道(dào)裏程數(shu)僅次于(yú)美國及(ji)俄羅斯(sī),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(luo)後、管道(dào)間互聯(lian)互通程(cheng)度🙇🏻較低(di)的問題(ti)，我國将(jiāng)成立國(guo)家油氣(qi)管網公(gōng)司對國(guo)内油氣(qi)管網進(jìn)行統籌(chou)規劃。.
　　在(zài)油氣生(sheng)産過程(chéng)中，流量(liang)計 作爲(wèi)原油輸(shu)送計量(liang)系統的(de)核心裝(zhuāng)置，其測(cè)量的精(jing)度将直(zhi)接影響(xiǎng)我國成(cheng)品油的(de)經濟效(xiào)益。本文(wen)在分析(xī)各種流(liu)量計基(ji)礎原理(lǐ)的基礎(chǔ)上，對不(bú)同流量(liang)計的優(yōu)缺🔞點進(jin)行了對(dui)比分析(xī)，并展望(wang)了原油(yóu)流量計(ji)未來的(de)發展趨(qu)勢。
1.原油(yóu)流量計(ji)的工作(zuo)原理及(jí)特點
　　在(zai)原油集(jí)輸系統(tǒng)中,采油(yóu)井場、分(fèn)井計量(liang)站與轉(zhuǎn)接站主(zhu)要起♍到(dao)完成對(duì)油田生(sheng)産的原(yuan)油、天然(rán)氣等混(hùn)合物進(jin)行收集(ji)、計量、以(yǐ)及輸往(wang)集中處(chu)理站進(jin)行處理(li)的作用(yòng)，所以原(yuan)油流量(liàng)計的選(xuan)擇是否(fou)合理将(jiang)嚴重影(ying)響原🏒油(yóu)生産的(de)經濟效(xiao)益。
1.1孔闆(pan)流量計(ji)
 
　　如圖1所(suo)示爲 孔(kong)闆流量(liàng)計 原理(li)圖，該流(liú)量計屬(shu)于 差壓(ya)式流量(liàng)計 ，工作(zuo)時，充滿(mǎn)管道的(de)原油流(liú)經管道(dao)内的節(jie)流件後(hòu)會😘在節(jiē)流件💘附(fù)近造成(cheng)局部收(shōu)縮，流速(sù)增加,從(cóng)而在👈其(qi)上、下遊(you)兩側産(chan)生靜壓(ya)⛷️力差四(sì)。節流件(jiàn)兩側産(chan)生的靜(jing)壓力差(chà)即🚩就是(shì)孔闆前(qian)後流體(ti)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(gen)據高度(dù)差R即可(kě)推算出(chū)流量,如(ru)式(1)所示(shi)。此外，也(ye)可通過(guò)安裝差(chà)壓變送(song)器 測量(liàng)得到節(jie)流件兩(liang)側的壓(ya)差,進而(er)推算出(chū)流量。
 
式(shì)中:qv一待(dai)測流體(tǐ)流量,m³/s;co一(yī)孔流系(xi)數,一般(ban)選用0.6~0.7;Ao一(yī)孔口🍉截(jie)面積🥰,m²;ρi一(yī)U型管内(nei)指示液(yè)的密度(du)，kg/m³;ρ一待測(ce)流體的(de)密度❌，kg/m³;R一(yi)U型管高(gao)度差🚶‍♀️讀(du)數,m。
　　孔闆(pǎn)流量計(ji)的優點(dian)是:結構(gou)簡單、安(an)裝方便(bian)、價格低(dī)廉、應用(yong)範圍廣(guǎng)泛，在我(wǒ)國早期(qī)的成品(pǐn)油長輸(shu)管道中(zhong)應用較(jiào)多。但該(gāi)流量計(ji)存在以(yǐ)下缺點(dian):①測量精(jing)度♍普遍(biàn)偏低;②因(yīn)需🈲經過(guo)節流裝(zhuāng)置☂️導緻(zhi)流體能(neng)量損失(shī)較大，故(gù)不适宜(yí)在流量(liàng)變化較(jiao)☀️大的成(cheng)品✉️油長(zhang)輸管道(dao)中使用(yòng);③自動化(huà)程度低(dī),對安裝(zhuang)現場施(shi)工條件(jiàn)要求高(gao)，且易受(shòu)🥰人爲主(zhǔ)觀因素(sù)的🛀🏻影響(xiǎng),所以該(gai)流量計(jì)🏃‍♂️無法滿(man)足🔴當前(qián)原油計(jì)量精度(dù)、效率📐高(gao)的要求(qiu)圖。
1.2浮子(zǐ)流量計(jì).
　　如圖2所(suo)示爲浮(fú)子流量(liang)計，主要(yào)包括錐(zhui)形管、浮(fú)子以及(ji)刻💛度(顯(xian)示☁️等零(ling)部件回(hui)。工作時(shi)，當流體(tǐ)自下.而(er).上經錐(zhuī)形管時(shi),在🐪轉子(zǐ)上下之(zhi)間産生(sheng)壓差,轉(zhuan)子在此(ci)差壓作(zuo)用下，上(shàng)升。當此(cǐ)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼上升的(de)力、浮子(zi)所受的(de)浮力及(jí)粘性升(sheng)💃力與浮(fu)子的重(zhòng)力相等(deng)時，浮子(zǐ)處于平(ping)衡位置(zhì)。因此,流(liú)經 浮子(zi)流量計(ji) 的流體(ti)流量與(yu)浮子上(shàng)升高度(dù)，即與浮(fú)子流量(liang)計的🔞流(liú)通面積(jī)之間存(cun)在着一(yī)定的比(bǐ)例關系(xi),浮子的(de)位🔞置高(gao)度可作(zuo)爲👣流量(liang)量度。
 
　　浮(fu)子流量(liang)計主要(yào)被用來(lái)測量單(dān)相非脈(mò)動液體(ti)或氣體(tǐ)的流量(liang),也可用(yong)于腐蝕(shí)性流體(tǐ)的測量(liang)，具有壓(yā)力損失(shī)小、性能(neng)可靠、價(jia)格便宜(yi)、結構簡(jian)單,且便(bian)于安裝(zhuang)等優勢(shì)。但是🎯存(cún)在測量(liàng)精度普(pǔ)遍偏低(dī)的缺點(diǎn)，此外，測(ce)量結果(guǒ)容易受(shòu)到被測(ce)介質密(mi)度、粘度(dù)、溫度和(hé)壓力等(děng)因素的(de)影響。
1.3渦(wō)輪流量(liàng)計
　　如圖(tú)3所示爲(wèi) 渦輪 流(liu)量計 結(jie)構示意(yì)圖，該流(liu)量計屬(shǔ)于速度(du)式流量(liang)計，主要(yào)包㊙️括感(gan)🏃‍♀️應🍉線圈(quan)㊙️、渦輪葉(ye)片、倒流(liu)架導流(liu)葉片、管(guǎn)道殼體(tǐ)等部件(jiàn)。
 
　　工作時(shí)，當原油(you)流經渦(wō)輪流量(liàng)計管道(dào)殼體内(nèi)部時🤟，油(you)🔱液會沖(chong)擊🥰渦輪(lún)葉片,從(cong)而促使(shǐ)渦輪進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，且在一(yī).定的條(tiao)件下，渦(wo)輪葉片(piàn)轉速與(yǔ)原油流(liu)速成正(zhèng)比"。此外(wai),渦輪葉(yè)片具有(yǒu)導磁性(xing),處于信(xìn)号檢測(ce)器磁場(chǎng)中時,旋(xuan)轉的葉(ye)片切割(gē)磁力線(xiàn),促使線(xian)圈兩端(duan)感應出(chu)電脈沖(chong)信号，對(duì)電脈沖(chong)信号進(jìn)行處理(li)即可獲(huò)得流經(jing)渦輪🙇🏻計(ji)㊙️量器的(de)原油的(de)瞬時流(liu)量或總(zǒng)🛀🏻量。在一(yi)定的流(liú)量範圍(wéi)内,脈沖(chòng)頻率
f與(yu)流經渦(wō)輪計量(liàng)器的原(yuan)油的瞬(shùn)時流量(liàng)Q成正比(bǐ),其🈲流量(liang)方程如(ru)下:
 
　　式中(zhong):f-脈沖頻(pin)率,Hz;K一渦(wo)輪計量(liàng)計的儀(yí)表系數(shu),由産品(pin)性能🔱決(jué)定;Q一原(yuán)油的瞬(shùn)時流量(liàng),m/h。
　　渦輪流(liu)量計的(de)優點:①測(ce)量精度(du)高;②無零(líng)點漂移(yi),抗幹擾(rao)能☔力強(qiang)👈;③适用于(yú)潔淨氣(qì)體與粘(zhan)度較低(dī)的潔淨(jing)流體。但(dan)❄️是該🥵流(liú)量😄計必(bi)📐須遠離(lí)外界電(dian)場、磁場(chǎng)，必要時(shí)還需要(yào)采取有(yǒu)效的屏(píng)蔽措施(shi)，以避免(mian)✨外界幹(gàn)擾。當然(ran),也存在(zai)以下缺(que)點:①測量(liàng)正确率(lǜ)不能長(zhang)👣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(róng)積式流(liú)量計
 
　　容(róng)積式流(liú)量計屬(shǔ)排量式(shì)流量計(ji)，其主要(yao)采用機(ji)械💛檢測(ce)元💚件将(jiāng)原油連(lian)續不斷(duàn)分割成(chéng)單個已(yǐ)知體積(jī)部分，再(zai)根據計(jì)❄️量室逐(zhu)次、重複(fú)充滿和(he)排放該(gāi)體積部(bù)分流體(tǐ)的次數(shù)來測💔量(liàng)流體體(tǐ)積總量(liàng)F。作爲典(diǎn)型的容(róng)積式流(liu)量計，橢(tuǒ)圓齒輪(lún)式流量(liàng)計(如圖(tu)4所示)的(de)測量部(bù)分主要(yào)由兩個(ge)相互齧(niè)合的橢(tuo)圓形齒(chǐ)輪、軸以(yi)及殼體(tǐ)等組♉成(chéng)。其測量(liàng)原理爲(wei):當被測(ce)原油經(jing)管道進(jin)入流量(liang)計時，由(yóu)于進✊口(kou)處産生(sheng)的壓力(lì)差推動(dòng)橢圓齒(chǐ)輪連續(xu)旋轉㊙️,橢(tuǒ)圓齒輪(lun)每旋轉(zhuǎn)👅一-周，就(jiu)有一定(dìng)數量的(de)原油流(liu)過該流(liú)量計，所(suo)以隻需(xū)獲得橢(tuo)圓齒輪(lun)的轉數(shù),就能推(tuī)算出被(bei)測原油(yóu)流量的(de)總量,其(qí)流量計(jì)算公式(shì)如下:
V=NU(3)
　　式(shi)中:V一原(yuan)油體積(ji),m³;N一确定(ding)時間内(nei)橢圓齒(chǐ)輪轉數(shu),r;U一橢圓(yuán)齒輪✍️旋(xuan)🔅轉--周排(pái)出原油(you)體積，m³/r。
　　容(róng)積式流(liú)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(cè)量範圍(wéi)寬、且可(ke)用于高(gāo)粘度原(yuan)油。但存(cun)在以下(xià)🌈缺點:①轉(zhuan)子🏃存在(zai)被原油(yóu)中雜質(zhi)卡住的(de)風險🏃，所(suǒ)以需要(yao)加裝過(guò)濾器;②結(jie)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(sheng)及振動(dong)等。所以(yǐ)⭐，如果在(zài)油、水混(hun)輸，且含(han)有泥沙(sha)雜質的(de)原油長(zhang)輸管🌈道(dào)上采用(yòng)容積式(shi)流量計(jì)，将會給(gei)現場帶(dài)來較大(dà)的工作(zuò)量,且會(hui)提高📧運(yùn)維成本(běn)。
1.5超聲波(bō)流量計(jì)
 
　　超聲波(bo)流量計(ji) 是通過(guò)檢測流(liú)體流動(dong)對超聲(shēng)脈沖的(de)作用來(lai)測量流(liu)量的一(yī)🆚種非接(jiē)觸式流(liú)量計。圖(tú)5所示爲(wei)采用時(shí)差👉法測(cè)量原理(li)的超聲(sheng)❌波流量(liàng)計,當超(chao)聲波在(zài)成品油(yóu)長輸管(guan)道中傳(chuan)輸時,探(tan)頭A與探(tàn)頭B分别(bie)檢測接(jie)收對方(fang)發射的(de)超聲波(bō)脈沖,由(you)于順流(liú)方向聲(shēng)🔞波傳播(bō)速度大(dà)于逆流(liú)方向聲(sheng)波傳㊙️播(bo)速度,則(ze)相同傳(chuan)播距離(li)下就會(hui)得到⛱️不(bu)同的傳(chuán)播時間(jian)✍️,利用傳(chuan)播時間(jiān)☎️之差即(jí)可計算(suàn)原油的(de)流速與(yu)流量,計(ji)算公式(shi)如下:
 
　　式(shì)中:Q一原(yuán)油的流(liú)量,m³/s;ts一超(chao)聲波順(shùn)流傳播(bo)時間,s;tn一(yi)超聲波(bo)🔞逆流傳(chuan)播時間(jian),s;L一超聲(sheng)波在傳(chuán)感器之(zhi)間的聲(shēng)道長度(dù),m;D-管道内(nèi)👌徑,m;θ一💃管(guǎn)軸線與(yu)傳感器(qì)聲道之(zhi)前的夾(jiá)角,°;K一速(su)度分布(bù)剖面的(de)修正系(xì)數。
　　超聲(shēng)波流量(liàng)計的優(you)點嗎:①可(kě)以實現(xiàn)非接觸(chù)式測量(liàng)，對原有(yǒu)管🔱道🔞不(bu)需要進(jìn)行任何(hé)加工就(jiu)可以進(jin)行測量(liàng);②應✏️用範(fàn)圍廣,可(kě)以測量(liàng)水、氣或(huo)油等多(duō)種液體(ti)的流量(liàng);③測量精(jing)度不會(huì)受到被(bèi)測原油(you)流體粘(zhan)度及電(diàn)導率的(de)影響;④高(gao)性價比(bi)，尤其是(shi)對大管(guan)徑流量(liang)的測量(liang)成本較(jiào)低;⑤其機(ji)械結構(gòu)相對簡(jiǎn)單，可維(wéi)護性好(hǎo)。⑥流量監(jian)測過程(cheng)中⚽不存(cun)在壓損(sun)和能量(liàng)損失，在(zài)節能方(fang)面優勢(shi)明🏃顯。但(dàn)是常規(gui)超👅聲波(bo)計量🈚計(ji)用于測(cè)量粘稠(chou)介質時(shí)存在信(xìn)号衰減(jian)、漂移以(yi)及精🌈度(dù)下降的(de)問題,且(qie)測量精(jīng)度會受(shòu)到📧被檢(jiǎn)測♻️原油(you)清潔度(dù)的影響(xiang)👅。
2原油集(ji)輸用流(liu)量計發(fa)展趨勢(shì)分析
　　 孔(kong)闆流量(liàng)計與浮(fu)子流量(liang)計具有(yǒu)結構簡(jiǎn)單、價格(ge)低廉、便(bian)于安裝(zhuang)等優勢(shi)，所以在(zai)我國早(zao)期的成(cheng)品油長(zhang)輸管道(dào)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(jian)被淘汰(tài)。
　　 渦輪流(liú)量計與(yǔ)容積式(shi)流量計(ji)都具有(you)測量精(jīng)度高的(de)優勢🔅,但(dan)前者存(cun)在測量(liàng)正确率(lǜ)不能長(zhang)期保持(chí)、需要定(ding)期校準(zhǔn)的缺點(diǎn)。盡管後(hou)者對安(an)裝管道(dào)條件要(yào)☂️求低、且(qiě)可用于(yú)🐉高粘度(dù)原油計(jì)量，但其(qi)轉子存(cún)在被原(yuán)油中雜(za)質卡住(zhù)的風險(xiǎn)，不适用(yong)于油、水(shuǐ)混輸，且(qiě)含有泥(ní)沙雜質(zhì)的原油(yóu)長輸管(guǎn)道工況(kuàng)。目前這(zhe)兩種流(liu)量傳感(gǎn)器在原(yuan)🍉油集輸(shu)管道領(ling)域的應(ying)用己處(chù)于普及(jí)階段，但(dàn)💃其價格(ge)競争日(ri)益激烈(lie)、導緻利(li)潤空間(jiān)日益減(jiǎn)小,所以(yi)這兩種(zhǒng)傳感器(qì)都面臨(lin)着嚴峻(jun4)的挑戰(zhan)。
　　超聲波(bō)流量計(ji)的優勢(shi)是可實(shi)現非接(jie)觸式測(ce)量，機械(xie)結構♈簡(jian)單，可維(wei)護性好(hǎo)，此外，由(yóu)于該流(liú)量計是(shi)利用電(diàn)氣原理(lǐ)工⭕作,所(suǒ)以避免(miǎn)了孔闆(pǎn)流量計(jì)、浮子流(liu)量計、渦(wo)輪流量(liang)🌈計以及(jí)👌容積式(shi)💁流量計(jì)等傳統(tǒng)機械流(liú)量計工(gōng)作中需(xu)要更換(huan)運動部(bu)件的問(wèn)❗題。盡管(guǎn)常規超(chāo)聲波流(liú)量計也(yě)存在其(qi)不足之(zhi)處,例如(rú)，其測量(liàng)精度會(huì)受到被(bei)檢測原(yuan)油清潔(jié)度的影(ying)響。但是(shì),超聲波(bo)流量計(ji)💋的“非接(jiē)觸式測(ce)量”、“體積(jī)小✊”及“成(chéng)本低”等(deng)顯著優(yōu)勢使其(qi)具有廣(guang)泛的應(yīng)用前景(jǐng)。
　　今後原(yuán)油集輸(shū)用流量(liàng)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(zhi)能化。一(yī)方面,可(kě)以在流(liú)量計系(xi)統中安(ān)裝微處(chu)理芯㊙️片(piàn)實現通(tong)訊功能(néng)，從而能(neng)夠更好(hǎo)地與油(you)田生産(chan)基地的(de)控制中(zhōng)心實現(xiàn)實時通(tong)信。另一(yi)方面,通(tōng)過添加(jiā)相關的(de)傳感器(qì)以實現(xiàn)對原油(yóu)流體密(mi)度、組分(fen)及熱能(néng)等的測(cè)量,最終(zhōng)實現流(liu)量計的(de)傻瓜🌈化(hua)和智能(neng)化。②決策(ce)優化傳(chuán)遞快速(su)化。可以(yǐ)将自診(zhěn)斷、自修(xiū)正等相(xiàng)關智能(néng)控制算(suàn)法引入(ru)流量計(ji)系統，使(shǐ)得流量(liàng)計不再(zai)僅是傳(chuan)統的計(jì)量工具(jù)，還能夠(gòu)實⛹🏻‍♀️現系(xi)統維護(hu)的目的(de)，具有更(gèng)正确的(de)計量⭐精(jing)度,對于(yu)不同粘(zhan)度原油(yóu)介質的(de)适應性(xìng)和成品(pin)油輸送(song)複雜環(huan)境的适(shi)應性得(dé)到改善(shan)和提高(gāo)。③安裝執(zhí)行可靠(kao)簡單化(huà)。随着科(ke)技發展(zhǎn),流量計(ji)的機械(xie)結構✔️越(yue)來越簡(jian)單,逐漸(jiàn)減少或(huo)取消運(yun)動部件(jiàn),并采用(yòng)精度高(gao)、性能好(hǎo)的傳感(gan)器和電(dian)子元器(qi)件,使得(dé)流量計(ji)的執行(hang)可靠性(xing)越來🈲越(yue)好，且自(zì)動化程(cheng)度越來(lai)越高。
3結(jie)論
(1)孔闆(pan)流量計(jì)與浮子(zi)流量計(jì)雖然結(jié)構簡單(dan)、價格低(dī)廉,但是(shì)存在測(cè)量精度(dù)普遍偏(piān)低的缺(quē)點，已經(jīng)逐漸被(bei)淘汰:渦(wo)輪流量(liang)計與容(rong)📱積式流(liu)量計都(dou)具有測(cè)量精度(dù)高🌍的優(yōu)勢，在原(yuan)油集輸(shu)管☔道領(ling)域的應(yīng)用已處(chu)于普及(ji)階🔞段，但(dan)其價格(gé)競争日(rì)益激烈(lie)、導緻利(li)潤空間(jiān)日.益減(jiǎn)小，所以(yǐ)面臨嚴(yan)峻的挑(tiao)戰。
(2)超聲(shēng)波流量(liàng)計的“非(fei)接觸式(shì)測量”、“體(ti)積小”及(jí)“成本低(di)”等顯著(zhe)優勢使(shǐ)其具有(yǒu)廣泛的(de)應用前(qián)景。此外(wài)，未來⛷️原(yuan)油集輸(shu)用流🔴量(liang)計将朝(cháo)着全面(miàn)傳感檢(jiǎn)測智能(neng)化、決策(ce)優化傳(chuán)遞快速(sù)化以及(jí)安裝執(zhí)行可靠(kào)簡單化(hua)🌈三個方(fāng)面快速(su)發展。

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