摘要:利用鋼管(guan)進行一定壓力(lì)和速度的流體(ti)輸送廣泛應♊用(yòng)于石油化I、機械(xiè)裝備、航空航天(tiān)、汽車、兵器裝備(bèi)、發電與核電裝(zhuang)備船舶、冶金等(děng)多個領域,這些(xiē)領域均需要對(duì)管道内-定壓力(lì)和速度的液體(ti)進行流量性能(néng)、精度高測試。爲(wei)此,本文分析了(le)目前管道🏃‍♂️内流(liú)動液體的流量(liàng)測試的不同方(fang)法的基本原理(li)、技術優缺點👅、應(yīng)用範圍,進-步探(tàn)🔴讨了管道内流(liu)動液♻️體的流量(liàng)測試發展趨勢(shì)。
　　管道運輸已經(jing)成爲五大運輸(shū)體系之一，管道(dào)内不止可以運(yun)輸⚽水、氣、油等液(yè)體物質,也可以(yǐ)運輸固體物質(zhì)。中國的油氣長(zhǎng)👨‍❤️‍👨輸管道裏程數(shù)僅次于美國及(ji)俄羅斯,但是占(zhàn)比僅爲美國的(de)五分之一，爲解(jie)決我國油氣管(guǎn)網基建規模落(luò)後、管道間互聯(lián)互通程度較低(di)的問題✍️，我國将(jiāng)成立國家油氣(qì)管網公司對國(guó)👨‍❤️‍👨内油氣管網進(jin)行統籌規劃。.
　　在(zài)油氣生産過程(cheng)中，流量計 作爲(wèi)原油輸送計量(liang)系統的核心裝(zhuāng)置，其測量的精(jing)度将直接✔️影響(xiang)我國成品油的(de)經濟效益。本文(wen)在分析各種流(liu)量計基礎🌈原理(li)✍️的基礎上，對不(bú)同流量計的優(you)缺點進行了對(dui)比分析，并☂️展望(wàng)了🏃‍♂️原油流量計(jì)未來的發展趨(qu)勢。
1.原油流量計(jì)的工作原理及(ji)特點
　　在原油集(ji)輸系統中,采油(you)井場、分井計量(liàng)站與轉接站主(zhǔ)🏃🏻要起到完成對(dui)油田生産的原(yuán)油、天然氣等混(hun)合物進行收集(ji)、計量、以及輸往(wǎng)集中處理站進(jìn)行處理的作用(yòng)，所以原油流量(liàng)計的選擇是否(fou)合理将嚴⚽重影(ying)響原油生産的(de)經濟效益。
1.1孔闆(pan)流量計
 
　　如圖1所(suǒ)示爲 孔闆流量(liàng)計 原理圖，該流(liu)量計屬于 差壓(yā)式流量計 ，工作(zuo)時，充滿管道的(de)原油流經管道(dào)内的節流件後(hou)📧會在節流🆚件附(fù)近造成局部收(shou)縮，流速增加,從(cong)而在🐪其上、下遊(yóu)🤞兩側産生靜壓(ya)力差四。節流件(jian)兩側産生的靜(jing)壓🐆力差即就是(shì)孔🔞闆前後流體(tǐ)的壓力變化可(kě)通過U型管壓差(chà)計内指示液的(de)高度變化R來反(fǎn)應，再根據高度(du)差R即可推算出(chu)流量,如式(1)所示(shì)。此外，也可💔通過(guo)安裝差壓變送(sòng)器 測量得到節(jie)流件兩側的壓(yā)差,進而推算出(chū)流量。
 
式中:qv一待(dài)測流體流量,m³/s;co一(yi)孔流系數,一般(ban)選用0.6~0.7;Ao一孔🔴口截(jié)面積🔴,m²;ρi一U型管内(nei)指示液的密度(du)，kg/m³;ρ一待測流體的(de)密度，kg/m³;R一U型🐉管高(gao)✏️度差讀數,m。
　　孔闆(pǎn)流量計的優點(diǎn)是:結構簡單、安(an)裝方便、價格低(dī)廉、應用範圍廣(guang)泛，在我國早期(qī)的成品油長輸(shu)管道中應用較(jiao)多。但該流量計(jì)存在以下缺點(dian):①測量精度🌐普遍(bian)偏低;②因需🐕經過(guo)節流裝置🐆導緻(zhì)流體能量損失(shi)較大，故不适宜(yi)在流量變化較(jiao)大的成品油長(zhǎng)輸管道中使用(yòng);③自動化程度低(dī),對安裝現場施(shī)工條件要求高(gāo)，且易受🍉人爲主(zhu)觀因素的影響(xiang),所以該流量計(jì)無法滿足當前(qian)原油計量精度(du)、效率👨‍❤️‍👨高的要求(qiu)圖。
1.2浮子流量計(ji).
　　如圖2所示爲浮(fu)子流量計，主要(yao)包括錐形管、浮(fu)子以及刻度(顯(xian)示等零部件回(hui)。工作時，當流體(tǐ)自下.而.上🐕經錐(zhuī)形管時,在轉子(zǐ)♋上下之間産生(sheng)壓差,轉子在此(cǐ)🌍差壓作用下，上(shang)升。當此上升的(de)力、浮子所受的(de)浮力及粘性升(sheng)力與浮子的重(zhong)力相等時，浮子(zǐ)處于平衡位置(zhì)。因此,流經 浮子(zǐ)流量計 的流體(tǐ)流量與浮子上(shàng)升高度，即與浮(fú)子流量計的流(liu)🐆通面積之間存(cún)在着一定的比(bi)例關系,浮子的(de)位🍓置高🏒度可作(zuo)爲流量量度。
 
　　浮(fu)子流量計主要(yao)被用來測量單(dān)相非脈動液體(tǐ)或氣體的流量(liang),也可用于腐蝕(shi)性流體的測量(liàng)，具有壓力損失(shī)小、性能可靠、價(jia)格便宜、結構簡(jiǎn)單,且便于安裝(zhuāng)等優☁️勢。但是🍉存(cun)在測量精度普(pu)遍偏低的缺點(diǎn)，此外，測量結果(guo)容易受到被測(cè)介質密度、粘度(du)、溫度和壓力等(deng)因素🐪的影響。
1.3渦(wō)輪流量計
　　如圖(tú)3所示爲 渦輪 流(liu)量計 結構示意(yi)圖，該流量計屬(shu)于速度式流量(liang)計，主要包括感(gǎn)應線圈、渦輪葉(ye)片、倒流架導流(liú)葉片、管道殼體(tǐ)等部件。
 
　　工作時(shi)，當原油流經渦(wō)輪流量計管道(dao)殼體内部時，油(you)液會沖擊渦輪(lun)葉片,從而促使(shi)渦輪進行旋轉(zhuan)，且在一.定的條(tiáo)件下，渦輪葉片(pian)轉速與原油流(liu)速成正⁉️比"。此外(wài),渦輪葉片具有(yǒu)導磁性,處于信(xìn)号檢測器磁場(chǎng)中時,旋轉的葉(yè)片切割磁力線(xiàn),促使線圈兩端(duan)感㊙️應出電脈沖(chong)信号，對電脈沖(chong)信号進行處理(lǐ)即可獲⛹🏻‍♀️得流經(jing)渦輪計量器的(de)原油的瞬時流(liu)量或總量。在一(yī)定的流量範圍(wéi)内,脈沖頻率
f與(yu)流經渦輪計量(liàng)器的原油的瞬(shùn)時流量Q成正比(bi),其流量📧方程如(ru)下:
 
　　式中:f-脈沖頻(pín)率,Hz;K一渦輪計量(liang)計的儀表系數(shù),由産品性📐能決(jué)定;Q一原油的瞬(shùn)時流量,m/h。
　　渦輪流(liu)量計的優點:①測(ce)量精度高;②無零(líng)點漂移,抗幹擾(rǎo)能力強;③适用于(yu)潔淨氣體與粘(zhan)度較低的潔淨(jing)流體。但是該流(liu)量計必須遠離(lí)外界電場、磁場(chang)，必要時還需要(yao)采取有效的屏(píng)蔽措施，以避免(miǎn)外界幹擾。當然(rán),也存在以下缺(que)點:①測量正确率(lü)不能長期保持(chi)，需要定期校準(zhun);②對于流體物🌈性(xìng)具有依賴性。
1.4容(rong)積式流量計
 
　　容(rong)積式流量計屬(shǔ)排量式流量計(jì)，其主要采用機(jī)械檢☔測🔴元✔️件将(jiāng)原油連續不斷(duàn)分割成單個已(yǐ)知體積部分，再(zài)根🤩據計量室逐(zhú)次、重複充滿和(hé)排放該體積🤞部(bù)分流體的次㊙️數(shù)來測量流體體(ti)積總量F。作爲典(diǎn)型的容積式流(liu)量計，橢圓齒輪(lun)式流量計(如圖(tu)4所示)的💃測量部(bu)分主要由兩個(ge)相♈互齧合的橢(tuǒ)圓形齒輪、軸以(yi)及殼體等💞組成(chéng)。其測量原理🌈爲(wei):當被測原油經(jīng)管道進入流量(liang)計時💰，由于進口(kǒu)處産生⭐的壓力(lì)差推動🤩橢圓齒(chi)輪連續旋轉,橢(tuo)圓齒輪每旋轉(zhuan)一-周，就有一定(ding)數量的原油流(liú)過該流量計，所(suǒ)以隻需獲得橢(tuo)圓✏️齒輪的轉數(shu),就能推算出被(bei)測原油流量的(de)總量,其🏃🏻‍♂️流量計(ji)算公式如下:
V=NU(3)
　　式(shi)中:V一原油體積(jī),m³;N一确定時間内(nei)橢圓齒輪轉數(shu),r;U一橢🤟圓🚶齒⛷️輪旋(xuan)♻️轉--周排出原油(yóu)體積，m³/r。
　　容積式流(liu)量計具有以下(xià)優點:①測量精度(dù)高;②對安裝管道(dào)條件要求低;③測(ce)量範圍寬、且可(ke)用于高粘度原(yuán)油。但存在以下(xia)缺點:①轉子㊙️存在(zài)被原油中雜質(zhì)卡住🌈的風險，所(suǒ)以需要加裝✌️過(guo)濾器🏃🏻‍♂️;②結構複雜(zá)、體積龐大⚽;③不适(shì)用于高、低溫場(chǎng)🔞合;④易産生噪聲(sheng)及振動等。所以(yi)，如果在油、水混(hun)輸，且含有泥沙(sha)雜質的原油長(zhang)輸管道上采用(yong)容積式流量計(ji)，将會給現場帶(dài)來較大的工作(zuo)量,且會提高👅運(yun)維成本。
1.5超聲波(bō)流量計
 
　　超聲波(bō)流量計 是通過(guò)檢測流體流動(dong)對超聲脈沖的(de)作用來測量流(liu)量的一種非接(jiē)觸式流量計。圖(tú)5所示爲采用時(shi)差法測㊙️量原理(lǐ)的⛷️超聲波流量(liàng)計,當超聲波在(zài)成品油長輸管(guan)道中傳輸時,探(tan)頭A與探頭B分别(bie)檢測接收對📐方(fang)發射的超聲波(bō)脈沖,由于順流(liú)方向聲波傳播(bo)速✊度大于逆流(liu)方向聲波傳播(bo)速度,則相同傳(chuan)播距離下就會(hui)得到不同的傳(chuán)播時間,利用傳(chuán)播時間之差即(jí)可計算🛀原油的(de)流速與流量,計(ji)算🔱公式如下:
 
　　式(shì)中:Q一原油的流(liu)量,m³/s;ts一超聲波順(shùn)流傳播時間,s;tn一(yi)超聲波逆流傳(chuan)播時間,s;L一超聲(sheng)波在傳感器之(zhī)間的聲道長度(du),m;D-管道内徑,m;θ一管(guan)軸線與傳感器(qì)聲道之前的☂️夾(jiá)角,°;K一速度分布(bù)剖面的修正♍系(xi)數。
　　超聲波流量(liang)計的優點嗎:①可(kě)以實現非接觸(chù)式測量❗，對原有(you)🔅管道不需要進(jin)行任何加工就(jiù)可以進行測量(liang);②應用範圍廣,可(kě)以測量水、氣或(huo)油等多種液體(tǐ)的流量;③測量精(jing)度不會受到被(bèi)測原油流體粘(zhān)度及電導率的(de)影響;④高性價比(bi)，尤其是❗對大管(guan)徑流量的測🌍量(liàng)成本較低;⑤其機(jī)械結構相對簡(jian)單，可維護性好(hao)。⑥流量監測過程(chéng)中不存在壓損(sun)和能量損失，在(zài)節能方面優勢(shi)明顯。但是常規(gui)超聲波計量計(ji)用于測量粘稠(chóu)介質時存在信(xin)号⚽衰減、漂移以(yi)及精度下降的(de)問題,且測量👨‍❤️‍👨精(jing)度會受到⚽被檢(jian)測原油清潔度(dù)的影響。
2原油集(jí)輸用流量計發(fa)展趨勢分析
　　 孔(kǒng)闆流量計與浮(fú)子流量計具有(yǒu)結構簡單、價格(gé)低❌廉、便于安裝(zhuāng)等優勢，所以在(zai)我國早期的成(cheng)品油長輸管🈲道(dao)中被廣泛應用(yong)，但是這兩種流(liú)量傳感器存在(zài)測量精度普遍(bian)偏低🐇的缺點,已(yǐ)經逐漸被淘汰(tai)。
　　 渦輪流量計與(yu)容積式流量計(ji)都具有測量精(jing)度高的優💜勢,但(dan)前者存在測量(liàng)正确率不能長(zhang)期保持、需要定(dìng)🌐期校準的缺點(diǎn)。盡管後者對安(an)裝管道條件要(yao)求低、且可用于(yú)高粘度原油計(ji)量，但其轉子存(cún)在被💘原油中雜(zá)質卡住的風險(xiǎn)，不适用于油、水(shuǐ)💞混輸，且含有泥(ni)沙雜質♈的原油(yóu)長輸管道工況(kuàng)。目前這兩種流(liu)量傳感器在原(yuan)油集輸管道領(lǐng)域的應用己處(chu)于普及階段，但(dan)其價格競争日(rì)益激烈、導緻利(lì)潤空間日益❄️減(jiǎn)小,所以這兩種(zhong)🌂傳感器都面臨(lin)着🌈嚴峻的挑戰(zhàn)。
　　超聲波流量計(jì)的優勢是可實(shi)現非接觸式測(cè)量，機❤️械結構簡(jiǎn)單，可維護性好(hǎo)，此外，由于該流(liú)量計是利🐪用電(dian)氣原💋理工作,所(suo)以避免了孔闆(pan)流量計、浮子流(liú)量計、渦🔱輪流量(liàng)計以及容積式(shi)流量計等傳統(tǒng)機械👅流量計工(gōng)♉作中需要更換(huàn)運動部件的問(wèn)題。盡管常🏃規超(chāo)聲波流量計也(ye)存在其不足之(zhi)處,例如，其測量(liàng)精度會受到📧被(bèi)檢測原油清潔(jié)度的影響。但是(shi),超聲波流量計(jì)的“非接觸式測(ce)量”、“體積小”及“成(chéng)本低”等顯❗著優(you)勢使其具有廣(guang)泛的應用前景(jǐng)。
　　今後原油集輸(shu)用流量計将朝(chao)着以下幾個方(fāng)面快.速👌發展😘:①全(quan)面傳感檢測智(zhì)能化。一方面,可(kě)以在流量計系(xi)統中安裝微處(chù)☎️理芯片實現通(tōng)訊功能，從而能(neng)夠更好地與油(you)田生産基地的(de)控制中心實現(xiàn)實時通信。另一(yi)方面,通過添加(jia)相關🍉的傳感器(qi)以實現對原油(yóu)流體密🛀度、組分(fen)及熱📞能等的測(cè)量,最終實現流(liú)📐量計的傻瓜化(huà)💯和智能化。②決策(cè)優化傳遞快速(sù)化。可以将自診(zhen)斷、自修正等相(xiang)關智能控制算(suan)法引入流量計(jì)系統，使得流量(liàng)㊙️計不再僅是傳(chuán)統🐕的計量工具(ju)，還能夠實現系(xi)統維護的目的(de)，具有更正确的(de)計量精度,對于(yú)不同粘🈲度原油(yóu)介質的适應性(xìng)和成品油輸送(sòng)複雜環境的适(shi)應性得到改善(shàn)和提高。③安裝執(zhi)🌂行可靠簡單化(huà)。随着科技🐅發展(zhǎn),流量計的機械(xiè)結構越來越簡(jian)單,逐漸減少或(huò)取消運✂️動部件(jian),并采用精度高(gāo)、性能好的傳感(gǎn)器和電子元器(qì)件,使得流量計(jì)的執行可靠性(xìng)越來越好，且自(zì)動化程👌度越來(lai)越高。
3結論
(1)孔闆(pǎn)流量計與浮子(zi)流量計雖然結(jié)構簡單、價格低(di)廉,但‼️是存在測(ce)量精度普遍偏(pian)低的缺點，已經(jīng)逐漸被淘汰:渦(wō)輪流量計與容(rong)積式流量計都(dōu)具有測量精度(dù)高的優勢，在原(yuan)油集輸管道領(lǐng)域🤩的應用已處(chu)于普及階段，但(dan)其價格競争日(rì)益激烈、導緻利(lì)潤空🐪間日.益減(jiǎn)小，所以面臨嚴(yán)峻的挑戰。
(2)超聲(shēng)波流量計的“非(fei)接觸式測量”、“體(tǐ)積小”及“成本低(dī)⛹🏻‍♀️”等💃🏻顯著優勢使(shǐ)其具有廣泛的(de)應用前景。此外(wài)，未來原油集輸(shū)用流量計将朝(cháo)着全面傳感檢(jian)測智能化、決策(cè)優🌈化傳遞♊快速(sù)化以及安裝執(zhi)行可靠簡單化(hua)🆚三個方面🐅快速(sù)發展。

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