摘要(yao):利用鋼管進行一(yi)定壓力和速度的(de)流體輸送廣泛🙇‍♀️應(ying)用于石油化I、機械(xiè)裝備、航空航天、汽(qi)車、兵器裝備、發電(diàn)與核電裝備船舶(bó)、冶金等多個領域(yù),這些領域均需要(yao)對管道内-定壓力(li)和速度的液體進(jìn)行🤩流量性能🆚、精度(dù)高測試。爲此,本文(wen)分析了目前管道(dào)内流動液體的流(liú)量測試的不同方(fang)法的基本原理、技(jì)術優缺點、應用範(fàn)圍,進-步探讨了管(guan)道内流動液體的(de)流量測試發展趨(qu)勢。
　　管道運輸已經(jīng)成爲五大運輸體(tǐ)系之一，管道内不(bu)止可以運輸水、氣(qi)、油等液體物質,也(ye)可以運輸固體物(wu)質。中國的油氣長(zhang)輸管道裏程數僅(jǐn)次于美國及俄羅(luó)斯,但是占✌️比僅爲(wèi)🏃🏻‍♂️美國的五分之一(yi)，爲解決我🐕國油氣(qi)管👣網基建規模落(luo)後、管🔞道間互聯🔅互(hu)通程度較低的問(wèn)題，我國将成立國(guó)家油氣管💰網公司(sī)對國内油氣管網(wang)進行統籌規劃。.
　　在(zai)油氣生産過程中(zhōng)，流量計 作爲原油(you)輸送計量系統的(de)核心裝置，其測量(liàng)的精度⭐将直接影(yǐng)響我國成品油的(de)經濟效益。本文在(zài)分析各🔞種流量計(jì)基礎原理的基礎(chǔ)上，對不同流量計(jì)📧的優缺點進行了(le)對比分析，并展望(wang)了原油流量計未(wèi)來的發展趨勢。
1.原(yuán)油流量計的工作(zuo)原理及特點
　　在原(yuan)油集輸系統中,采(cǎi)油井場、分井計量(liang)站與轉接站📐主要(yào)起✊到完成對油田(tian)生産的原油、天然(rán)氣等混合物進行(hang)🥵收集🆚、計量、以及輸(shu)往集中處理站進(jìn)行處理的作用，所(suǒ)以原油流量計的(de)選擇是否合理将(jiāng)嚴重影響原油生(sheng)産的經濟效益。
1.1孔(kong)闆流量計
 
　　如圖1所(suo)示爲 孔闆流量計(ji) 原理圖，該流量計(ji)屬于 差壓式流量(liang)計 ，工作時，充滿管(guan)道的原油流經管(guǎn)道内的節流件後(hòu)💃會在💋節流件附近(jìn)造成局部收縮，流(liu)速增加,從而在其(qi)上💯、下遊兩側産生(sheng)靜壓力差四。節流(liu)件兩側産生的靜(jing)壓🍓力差即⚽就是孔(kǒng)闆前後流體的壓(ya)力變化可通過U型(xing)管壓差計内指示(shi)液的高度變化R來(lái)反應，再根據高度(du)差R即可推算出流(liu)量,如式(1)所🍓示。此外(wai)，也可✉️通過安裝差(chà)壓變送器 測量得(de)到節流件兩側的(de)壓差,進而推算出(chu)流量。
 
式中:qv一待測(cè)流體流量,m³/s;co一孔流(liú)系數,一般選用0.6~0.7;Ao一(yi)孔口截面積,m²;ρi一U型(xíng)管内指示液的密(mi)度，kg/m³;ρ一待測流體的(de)😄密度，kg/m³;R一U型🔆管高度(du)差讀數,m。
　　孔闆流量(liàng)計的優點是:結構(gòu)簡單、安裝方便、價(jià)格低廉、應用範圍(wéi)廣泛，在我國早期(qī)的成品油長輸管(guan)道中應用較多。但(dàn)該流量計🔴存在以(yi)下缺點:①測量精度(dù)普遍偏低;②因需經(jīng)過節流裝置💋導緻(zhi)流體能量損失較(jiào)大，故不适宜在流(liu)量變化較大的成(chéng)品油長輸管💚道中(zhong)使用;③自🧡動化程度(dù)低,對安裝現場施(shī)工條件要求高，且(qiě)易受人爲主觀因(yin)素的🔅影響,所以該(gāi)流量計無法滿足(zu)當前原油計量精(jīng)度、效率⭐高的要求(qiu)圖。
1.2浮子流量計.
　　如(rú)圖2所示爲浮子流(liu)量計，主要包括錐(zhui)形管、浮子以及刻(kè)度(顯示等零部件(jiàn)回。工作時，當流體(ti)自下.而.上經錐形(xíng)管時,在🛀🏻轉子上下(xià)之間産生壓差,轉(zhuǎn)子在此⭐差壓作用(yong)下，上升。當此🏃‍♀️上升(sheng)的力、浮子所受的(de)浮力🌂及粘性升🥵力(li)與浮子的重力相(xiàng)🐪等時，浮子處于平(ping)衡位置。因此,流經(jīng) 浮子流量計 的流(liu)體流量與浮子上(shang)升高度，即與浮子(zi)流量計的🔱流🥰通😄面(miàn)🌈積之間存在着一(yī)定的比例關系,浮(fu)子的位置高度可(kě)🐇作爲流量量度。
 
　　浮(fú)子流量計主要被(bei)用來測量單相非(fei)脈動液體或氣體(tǐ)🈲的流量,也可用于(yú)腐蝕性流體的測(cè)量，具有壓力損😘失(shi)小♻️、性能可靠、價格(gé)便宜、結構簡單,且(qiě)便于安裝等優勢(shi)。但是存在測💔量精(jīng)度普遍偏☔低的缺(que)點，此外，測量結果(guǒ)容易受到被測介(jie)🌂質密度、粘度、溫度(du)和壓力等因素的(de)影響。
1.3渦輪流量計(ji)
　　如圖3所示爲 渦輪(lún) 流量計 結構示意(yi)圖，該流量計屬于(yú)速度式流量計，主(zhǔ)要包括✌️感應線圈(quān)、渦輪葉片、倒流架(jia)導流葉片、管道殼(ke)體等部件。
 
　　工作時(shi)，當原油流經渦輪(lun)流量計管道殼體(tǐ)内部時，油💞液會沖(chong)擊🏃渦輪葉片,從而(ér)促使渦輪進行旋(xuan)轉，且在一.定的條(tiao)件下，渦輪葉片轉(zhuan)速與原油流速成(chéng)正比"。此外,渦輪葉(ye)片具有導磁性,處(chù)于信㊙️号檢測器磁(ci)場中時,旋轉的葉(ye)片切割磁力線,促(cù)使線圈兩端感應(yīng)出電脈沖信号，對(dui)電脈沖信号進行(háng)處理即可獲☁️得流(liu)經渦輪💋計量器的(de)原油的瞬時流量(liang)或總💃量。在一定的(de)流💜量範圍内,脈沖(chòng)🛀頻率
f與流經渦輪(lún)計量器的原油的(de)瞬時流量Q成正比(bǐ),其流量⚽方程如下(xià):
 
　　式中:f-脈沖頻率,Hz;K一(yī)渦輪計量計的儀(yí)表系數,由産品性(xing)♉能決定;Q一原油的(de)瞬時流量,m/h。
　　渦輪流(liu)量計的優點:①測量(liang)精度高;②無零點漂(piāo)移,抗幹🏃🏻擾能力強(qiáng);③适用于潔淨氣體(ti)與粘度較低的潔(jie)淨流體。但是該流(liu)量計必須遠離外(wai)界電場、磁場，必要(yao)時還需要采取有(you)效的屏蔽措施，以(yǐ)避免外界幹擾。當(dang)然,也存在以下缺(que)點:①測量正确率不(bú)能長期保持，需要(yào)定期校準;②對于流(liu)體物🐕性具有依賴(lai)性。
1.4容積式流量計(jì)
 
　　容積式流量計屬(shu)排量式流量計，其(qí)主要采用機械檢(jiǎn)❌測元件将♋原油連(lián)續不斷分割成單(dān)個已知體積部分(fen)，再根據計量室👨‍❤️‍👨逐(zhu)次、重複充滿和排(pai)放該體積部分流(liu)體的次數來測量(liàng)流體體積總量F。作(zuo)爲典型的容積式(shì)流量計，橢圓齒輪(lun)式流量計(如圖4所(suo)示)的測量部分主(zhǔ)要由兩個相互齧(niè)合的橢圓形齒輪(lún)、軸以及殼體等組(zǔ)成。其測量原理爲(wèi):當被測原油經管(guan)道進入流量計時(shi)，由于進㊙️口處産生(sheng)的壓力差推動橢(tuǒ)圓齒輪連續旋轉(zhuǎn),橢圓齒輪每旋轉(zhuan)一-周，就有一定數(shu)量的💰原油流過該(gai)流量計，所以隻需(xu)獲得橢圓齒輪的(de)轉數,就能推算出(chū)被測原油流量的(de)總量,其流量計算(suàn)公式如下:
V=NU(3)
　　式中:V一(yi)原油體積,m³;N一确定(ding)時間内橢圓齒輪(lún)轉數,r;U一橢圓❌齒輪(lun)🔞旋轉--周排出原油(you)體積，m³/r。
　　容積式流量(liang)計具有以下優點(dian):①測量精度高;②對安(ān)裝管道條件🤟要求(qiu)低;③測量範圍寬、且(qie)可用于高粘度原(yuan)油。但存在🈲以下缺(que)點:①轉子🥵存在被原(yuan)油中雜質卡住的(de)風險，所以需💰要加(jia)裝過濾器;②結構複(fú)雜、體積龐大;③不适(shì)用于高、低溫場合(hé);④易産生噪聲及振(zhen)動等。所以，如果在(zai)油、水混輸，且含有(yǒu)泥沙雜質的原油(you)長輸管道上采用(yòng)容積式流量計，将(jiang)會給現場帶來較(jiao)大的工作量,且🙇🏻會(huì)提高運維成本。
1.5超(chao)聲波流量計
 
　　超聲(sheng)波流量計 是通過(guo)檢測流體流動對(dui)超聲脈沖的作用(yòng)來測量流♈量的一(yī)🌏種㊙️非接觸式流量(liàng)計。圖5所示爲采用(yong)時差🚶法測量原理(li)的超聲波流量計(ji),當超聲波在成品(pin)油長輸管道中傳(chuán)輸時,探🛀🏻頭A與探頭(tou)B分别檢測接收對(dui)方發射的超聲波(bō)脈沖,由于順流方(fāng)向聲波傳播速度(du)大于逆流方向聲(shēng)波傳💛播速度,則相(xiang)同傳播距離下就(jiù)會得到不同的傳(chuán)播時間,利用傳播(bō)時間之差即可計(ji)算原油的流速與(yu)流量,計算公式如(rú)下:
 
　　式中:Q一原油的(de)流量,m³/s;ts一超聲波順(shun)流傳播時間,s;tn一超(chao)聲波逆✉️流🥰傳播時(shí)間,s;L一超聲波在傳(chuán)感器之間的聲📱道(dào)長度,m;D-管🔴道内徑,m;θ一(yī)管軸線與傳感器(qì)聲道之前的夾角(jiǎo),°;K一速度分⭕布剖面(mian)的修正系數。
　　超聲(sheng)波流量計的優點(dian)嗎:①可以實現非接(jie)觸式測量，對原✍️有(you)管道不需要進行(hang)任何加工就可以(yǐ)進行測量;②應用範(fàn)圍廣,可以測量水(shuǐ)、氣或油等多種液(yè)體的流量;③測量精(jīng)度不會受到被測(ce)原油流☂️體粘度及(jí)電導率的影響;④高(gao)性價比，尤其是對(dui)大管徑流量的測(cè)量成本較低👉;⑤其機(ji)械結構相對簡單(dān)，可維護性好。⑥流量(liàng)監測過程中不存(cun)在壓損和㊙️能量損(sun)失，在節🔆能方面優(you)勢明顯。但是❄️常規(guī)超聲波計量🔞計用(yòng)于測量粘稠介質(zhi)時存在信号衰減(jian)、漂移以及精度🔞下(xià)降的問題,且測量(liàng)精度會受到✌️被檢(jian)測原油清潔度的(de)影響⭐。
2原油集輸用(yòng)流量計發展趨勢(shì)分析
　　 孔闆流量計(jì)與浮子流量計具(ju)有結構簡單、價格(ge)低廉、便于安裝等(děng)優勢，所以在我國(guo)早期的成品油長(zhang)輸管🏃道中被廣泛(fan)應用，但是這兩種(zhǒng)流量傳感器存在(zai)測量精度普遍偏(pian)低的缺點,已經逐(zhú)漸被淘汰。
　　 渦輪流(liú)量計與容積式流(liú)量計都具有測量(liàng)精度高的優勢,但(dàn)前者存在測量正(zhèng)确率不能長期保(bao)持、需要定期校準(zhun)的缺點。盡管後者(zhě)對安裝管道條件(jiàn)要⁉️求低、且可用于(yu)高粘度👣原油計量(liàng)，但其轉子存在被(bèi)😘原油中雜質卡住(zhu)的🈚風險，不适用于(yú)油、水混輸，且含✏️有(yǒu)泥沙雜質的原油(yóu)長輸管道工況。目(mù)前這兩種流量傳(chuan)感器在💃原油集輸(shu)管道領域的應用(yòng)己處☂️于普及階段(duàn)，但其價格♋競争日(rì)💞益激烈、導緻利潤(rùn)空間日益減小,所(suǒ)以這兩種傳感器(qi)都面臨着嚴✂️峻的(de)挑戰㊙️。
　　超聲波流量(liang)計的優勢是可實(shi)現非接觸式測量(liàng)，機械結構簡單，可(kě)維護性好，此外，由(yóu)于該流量計是利(lì)用電氣原理工作(zuo),所以避🌐免了孔闆(pǎn)流量計、浮子流量(liàng)計、渦輪流量計以(yi)及容積式🔴流量計(jì)等傳統機械流量(liang)計工作中需要更(gèng)換運動部件的問(wen)🐪題。盡管常💋規超聲(sheng)波流量計也存在(zai)其不足之處,例如(rú)，其測量精度會受(shòu)到被檢測原油清(qīng)潔度的影響。但是(shi),超聲波流量計的(de)“非接觸式測量”、“體(tǐ)積小👈”及“成本低”等(deng)顯著優勢使其具(jù)有廣泛的應用前(qián)景。
　　今後原油集輸(shū)用流量計将朝着(zhe)以下幾個方面快(kuài).速發展:①全面傳感(gǎn)檢測智能化。一方(fang)面,可以在流量計(ji)系統中安裝微處(chù)🥵理芯🌈片實現通訊(xun)功能，從而能夠更(geng)好地與油田生産(chan)基地的控制中心(xin)實現實時通信。另(lìng)一方面,通過添加(jia)相關的傳感器以(yǐ)實現對🐅原油流體(tǐ)密度、組分及熱能(neng)等的測量,最終實(shi)現流🏃🏻‍♂️量計的傻瓜(guā)化☀️和智能化。②決策(ce)優化傳遞快速化(hua)。可🙇🏻以将自診斷、自(zi)修正等相關智能(neng)控制算法引入流(liú)量計系統，使得流(liú)量計不再僅是傳(chuán)統的計量工具，還(hai)能夠實現系統維(wei)護🤞的目的，具有更(geng)正确的計量精度(dù),對于不同粘度原(yuan)油介質的适應性(xìng)和成品油輸送複(fú)雜環境的适應性(xìng)得到改善和提高(gao)。③安裝執行可📱靠簡(jian)單化。随着科技發(fā)展,流量計的機械(xiè)結構👄越來越簡💛單(dan),逐漸減少或取消(xiao)運🎯動部件,并采用(yong)精度高、性能好的(de)🚩傳感器和電子元(yuan)器件,使得流量計(ji)的執行可靠性越(yuè)來🐉越好，且自動化(huà)程❓度越來越高。
3結(jié)論
(1)孔闆流量計與(yǔ)浮子流量計雖然(ran)結構簡單、價格低(dī)廉,但是⭐存在測量(liang)精度普遍偏低的(de)缺點，已經逐漸🔆被(bèi)淘汰:渦⛷️輪流量計(ji)與容積式流量計(ji)都具有測量精度(du)高的優勢，在原油(yóu)集輸管道領域的(de)應用已處于普及(ji)階段，但其價格競(jing)争日益激烈、導緻(zhi)利潤空💔間日.益減(jian)小，所以面臨嚴峻(jun4)的挑戰。
(2)超聲波流(liú)量計的“非接觸式(shi)測量”、“體積小”及“成(chéng)本低”等顯著優勢(shì)使其具有廣泛的(de)應用前景。此外，未(wei)來原油集輸用流(liu)🍓量計将朝着全面(mian)傳感檢測智能化(hua)♊、決策優化傳遞👄快(kuài)速化以及安裝執(zhí)行可靠簡單化三(san)個方面快速發展(zhan)。

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