摘要:利用(yòng)鋼管進行一(yi)定壓力和速(su)度的流體輸(shū)送廣泛🆚應用(yòng)于石油化I、機(jī)械裝備、航空(kōng)航天、汽車、兵(bīng)器裝備、發電(dian)與核💚電裝備(bèi)船舶、冶金等(děng)多個領域,這(zhe)些領域均需(xū)要對🌈管道内(nèi)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻-定壓力和速(su)度的液體進(jin)行⁉️流量性能(neng)、精度高測試(shì)。爲此,本💃文分(fèn)析了目前管(guan)道内流動液(yè)體的流量測(ce)試的不同方(fāng)法的基本原(yuan)理🔆、技術優缺(quē)點、應用範圍(wei),進-步探讨了(le)管道内流動(dòng)液體的流量(liàng)✉️測試發展趨(qū)勢🌈。
　　管道運輸(shu)已經成爲五(wu)大運輸體系(xi)之一，管道内(nei)不止可以運(yun)輸水、氣、油等(děng)液體物質,也(yě)可以運輸固(gu)體物質💜。中國(guó)的油氣長輸(shu)管道裏程數(shu)僅次于美國(guo)及俄羅斯,但(dan)是占比僅爲(wei)美國的🌈五分(fen)之一，爲解決(jue)我國油氣管(guǎn)🏃🏻‍♂️網基建規模(mó)落後、管🔞道間(jian)互聯互通程(cheng)度較低的問(wen)題，我國将成(cheng)立國家油氣(qi)管網公司對(duì)國内油氣管(guǎn)網💃🏻進㊙️行統籌(chóu)規劃。.
　　在油氣(qì)生産過程中(zhong)，流量計 作爲(wèi)原油輸送計(jì)量系統的核(he)心裝置，其測(cè)量的精度✍️将(jiang)直接影響我(wǒ)國成品油的(de)經濟效益。本(běn)文在分析各(gè)種流量計基(jī)礎原理⛷️的基(ji)礎上，對不同(tong)流量計㊙️的優(you)缺點進行了(le)對比分析，并(bing)展望了原油(you)流量計未來(lái)的發展趨勢(shi)。
1.原油流量計(jì)的工作原理(lǐ)及特點
　　在原(yuán)油集輸系統(tong)中,采油井場(chang)、分井計量站(zhan)與轉接站主(zhu)要起到完成(cheng)對油田生産(chǎn)的原油、天然(rán)氣等混合物(wu)進行收集、計(ji)量✌️、以及輸往(wǎng)集中處理站(zhàn)進行處理的(de)作用，所以原(yuan)油流量計的(de)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼選擇是否合(he)理将嚴重影(yǐng)響原油生産(chǎn)的經濟效益(yi)🔞。
1.1孔闆流量計(ji)
 
　　如圖1所示爲(wei) 孔闆流量計(ji) 原理圖，該流(liú)量計屬于 差(chà)壓式流量計(jì) ，工作時，充滿(man)管道的原油(yóu)流經管道内(nei)的節流件後(hòu)🔱會在節流🥵件(jiàn)附近造成局(ju)部收縮，流速(su)增加,從而在(zai)其上、下遊兩(liang)側産生靜壓(yā)力差四。節流(liú)件兩側産生(sheng)的靜壓力差(cha)即就是孔闆(pǎn)前後㊙️流體的(de)💃壓力變化可(ke)通過U型管壓(ya)差計内指示(shi)液的🌂高度變(biàn)化R來反應，再(zai)根據高度差(cha)R即可推算出(chu)流量,如式(1)所(suo)示。此外，也可(kě)通過安裝差(cha)壓變送器 測(ce)量得到節流(liu)件兩側的壓(ya)差,進而推算(suàn)出流量。
 
式中(zhōng):qv一待測流體(tǐ)流量,m³/s;co一孔流(liú)系數,一般選(xuǎn)用0.6~0.7;Ao一孔口截(jié)面積,m²;ρi一U型管(guǎn)内指示液的(de)密度，kg/m³;ρ一待測(cè)流體的密度(dù)，kg/m³;R一U型管高度(dù)差讀數,m。
　　孔闆(pǎn)流量計的優(yōu)點是:結構簡(jian)單、安裝方便(biàn)、價格低廉💁、應(ying)用範圍㊙️廣泛(fan)，在我國早期(qī)的成品油長(zhang)輸管道中應(ying)用較多。但該(gāi)流❌量計存在(zai)以下缺點:①測(cè)量精度🏃🏻普遍(bian)偏低;②因需經(jīng)過節流裝置(zhì)導緻流體能(néng)量損失🔞較大(dà)，故不适宜在(zài)流量變化較(jiao)大的成品油(you)長輸管道中(zhong)使用;③自動化(huà)程度低,對安(ān)裝現場施工(gōng)條件要求高(gāo)，且易受🌐人♻️爲(wèi)主觀因素的(de)🌈影響,所以該(gāi)流🚶‍♀️量計無法(fǎ)滿足當前原(yuán)油計量精度(du)、效率高的要(yao)求圖。
1.2浮子流(liú)量計.
　　如圖2所(suo)示爲浮子流(liú)量計，主要包(bāo)括錐形管、浮(fu)子以及刻度(dù)(顯🐪示等零部(bù)件回。工作時(shi)，當流體自下(xià).而.上經錐形(xing)管時,在轉子(zǐ)上下🐇之間産(chǎn)生壓差,轉子(zǐ)在此差壓作(zuo)用下，上升。當(dang)此上升的💚力(lì)、浮子☀️所受的(de)浮力及粘性(xing)升力與浮子(zǐ)的重力相等(deng)時，浮子處于(yu)平衡🌈位置。因(yīn)此,流經 浮子(zǐ)流量計 的流(liu)體流量與浮(fu)子上升高度(du)，即與浮子流(liu)量計的流⭐通(tōng)面👣積之間存(cún)在着一定的(de)比例關系,浮(fú)子的位置高(gāo)度可👌作爲流(liú)量量度。
 
　　浮子(zi)流量計主要(yào)被用來測量(liàng)單相非脈動(dong)液體或氣體(tǐ)的☁️流量,也可(ke)用于腐蝕性(xing)流體的測量(liàng)，具有壓力損(sun)失小、性能可(kě)靠、價格便宜(yí)、結構簡單,且(qiě)便于安裝等(děng)優勢。但是🐉存(cun)在測📱量精度(du)普遍偏低的(de)缺點，此外，測(cè)量結果容易(yi)受到被測介(jie)質密度、粘度(dù)、溫度和壓力(li)等因素的影(yǐng)響。
1.3渦輪流量(liang)計
　　如圖3所示(shi)爲 渦輪 流量(liang)計 結構示意(yi)圖，該流量計(jì)屬于速度式(shì)流量計，主要(yao)包括‼️感應線(xian)圈、渦輪葉片(piàn)、倒流架導流(liu)葉片、管道殼(ke)體等部件。
 
　　工(gong)作時，當原油(yóu)流經渦輪流(liú)量計管道殼(ké)體内部時，油(you)液會沖🍓擊渦(wō)輪葉片,從而(er)促使渦輪進(jin)行旋轉，且在(zai)一.定的條件(jian)下，渦輪葉片(pian)轉速與原油(yóu)流速成正比(bi)"。此外,渦輪葉(yè)片具有導磁(ci)性💔,處于信号(hao)檢測器磁場(chǎng)中時,旋轉的(de)葉片切割磁(cí)力🈲線,促使線(xiàn)圈兩端感應(yīng)出電脈沖信(xìn)号，對電脈沖(chong)信号進行處(chù)理即可獲得(de)流經渦輪計(jì)量器的原油(yóu)的瞬時流量(liang)或總量。在一(yi)定的流💃量範(fan)圍内,脈沖頻(pin)率
f與流經渦(wō)輪計量器的(de)原油的瞬時(shí)流量Q成正比(bǐ),其流量方程(cheng)如下:
 
　　式中:f-脈(mò)沖頻率,Hz;K一渦(wo)輪計量計的(de)儀表系數,由(you)産品性能決(jue)定;Q一原油的(de)瞬時流量,m/h。
　　渦(wō)輪流量計的(de)優點:①測量精(jīng)度高;②無零點(diǎn)漂移,抗幹擾(rao)能力強;③适用(yong)于潔淨氣體(tǐ)與粘度較低(dī)的潔淨流體(ti)。但是該流量(liàng)計必須遠離(li)外界電場、磁(cí)場，必要時還(hái)需要🧑🏾‍🤝‍🧑🏼采取有(yǒu)效的屏蔽措(cuo)施，以避免外(wai)界幹擾。當然(ran),也存在以下(xia)缺點:①測量正(zheng)确率不能長(zhang)期保持，需要(yao)定期校準;②對(duì)于流體物性(xìng)具有依賴性(xing)。
1.4容積式流量(liàng)計
 
　　容積式流(liú)量計屬排量(liang)式流量計，其(qí)主要采用機(ji)械檢測🔴元件(jiàn)🚶‍♀️将原油連續(xu)不斷分割成(cheng)單個已知體(tǐ)積部分，再根(gēn)據計㊙️量室逐(zhú)次、重複充滿(man)和排放該體(tǐ)積部分流🌈體(tǐ)的次數來測(cè)量流體體積(jī)總🔴量F。作爲典(diǎn)型的容積式(shì)流量計，橢🙇‍♀️圓(yuan)齒輪式流量(liang)計(如圖4所示(shi))的測量部分(fen)主要由兩個(ge)相互齧合的(de)橢圓形齒輪(lun)、軸🔞以及殼體(tǐ)等組成。其測(cè)量原理爲:當(dang)被測原油🔴經(jīng)管道進入流(liú)量計時🈲，由于(yu)進口處産生(shēng)的壓力差推(tuī)動橢圓齒輪(lun)連續旋轉,橢(tuǒ)圓齒輪每旋(xuan)轉一-周，就有(you)一定數量的(de)原油流過該(gai)流量計，所以(yi)隻需獲得橢(tuo)圓齒輪的轉(zhuan)數,就能推算(suàn)出被測原油(you)流量的總量(liàng),其流量計算(suan)公式如下:
V=NU(3)
　　式(shi)中:V一原油體(ti)積,m³;N一确定時(shi)間内橢圓齒(chǐ)輪轉數,r;U一橢(tuǒ)圓🏃齒輪旋轉(zhuǎn)--周排出原油(yóu)體積，m³/r。
　　容積式(shi)流量計具有(yǒu)以下優點:①測(cè)量精度高;②對(duì)安裝👈管道條(tiao)件要求低;③測(cè)量範圍寬、且(qie)可用于高粘(zhan)度原油。但🎯存(cun)在以下缺點(diǎn):①轉子👄存在被(bèi)原油中雜質(zhì)卡住的風險(xiǎn)✌️，所以需💜要加(jia)裝過濾器;②結(jié)構複雜、體積(ji)龐大‼️;③不适用(yòng)于高、低溫場(chang)合;④易産生噪(zào)聲及振動等(deng)。所以，如果在(zài)油、水混輸，且(qiě)含有泥沙雜(za)質的原油長(zhang)輸管👨‍❤️‍👨道上采(cai)用容積式流(liú)量計，将會💞給(gěi)現場帶來較(jiao)大的工作量(liang),且會提高運(yùn)維成本。
1.5超聲(shēng)波流量計
 
　　超(chao)聲波流量計(ji) 是通過檢測(cè)流體流動對(duì)超聲脈沖的(de)作用來測量(liàng)流量👈的👅一種(zhǒng)非接觸式流(liu)量計。圖5所示(shi)爲采用時差(cha)法測量原理(li)的超聲波流(liú)量計,當超聲(sheng)波在成品油(yóu)🙇🏻長輸管道中(zhong)傳輸時,探頭(tou)A與探🚶‍♀️頭B分别(bié)檢測接收對(dui)方發射的超(chao)聲波脈沖,由(yóu)于順流方向(xiang)聲波傳播速(su)度大于逆流(liu)方向聲波傳(chuán)播速度,則相(xiang)同傳播距離(li)⭐下就會得到(dào)不同的傳播(bo)時間,利用傳(chuan)播時間之差(cha)即可計算原(yuan)油的流速與(yu)流量,計算公(gong)式如下:
 
　　式中(zhōng):Q一原油的流(liu)量,m³/s;ts一超聲波(bo)順流傳播時(shí)間,s;tn一超聲波(bō)逆流傳播時(shí)間,s;L一超聲波(bo)在傳感器之(zhi)間的聲道長(zhang)度,m;D-管道内徑(jing),m;θ一管軸線與(yǔ)傳感器聲道(dao)之前的🤟夾角(jiǎo),°;K一速度分👨‍❤️‍👨布(bu)剖面👅的修正(zhèng)👌系數。
　　超聲波(bo)流量計的優(yōu)點嗎:①可以實(shí)現非接觸式(shi)測量，對原有(yǒu)管道不需要(yao)進行任何加(jiā)工就可以進(jìn)行測量;②應用(yòng)範圍廣,可以(yi)測量☂️水、氣或(huo)油等多種液(yè)體的🌍流量;③測(ce)量精度不會(huì)受到被測原(yuán)油流🐉體粘度(dù)及電導率的(de)影響;④高性價(jia)比，尤其是對(dui)大管徑流量(liàng)的測量成本(ben)較低;⑤其機械(xie)結構相對簡(jian)單，可維護性(xing)好。⑥流量監測(cè)過程🈲中不存(cun)在壓損和🤟能(neng)量損失，在節(jie)能方面優勢(shi)明🍉顯。但是常(chang)規超聲波計(jì)量計用于測(ce)量粘稠介質(zhì)時存在信号(hào)衰減、漂移以(yǐ)及精度下降(jiang)的問題,且測(ce)量精度會受(shou)到被檢測原(yuan)油清潔度的(de)影響。
2原油集(jí)輸用流量計(ji)發展趨勢分(fen)析
　　 孔闆流量(liang)計與浮子流(liu)量計具有結(jie)構簡單、價格(gé)低☔廉、便于安(an)裝等優勢，所(suo)以在我國早(zao)期的成品油(you)長♻️輸管道中(zhong)被廣💜泛應用(yòng)，但是這兩種(zhǒng)流量傳感器(qì)存在測量⛷️精(jīng)度普遍偏低(di)的缺點📐,已經(jīng)逐漸被淘汰(tai)。
　　 渦輪流量計(jì)與容積式流(liu)量計都具有(yǒu)測量精度高(gāo)🔅的優勢,但前(qián)者存在測量(liàng)正确率不能(néng)長期保持、需(xū)要定期校準(zhǔn)的缺點。盡管(guǎn)後者對安裝(zhuāng)管道條件要(yao)求低、且可用(yòng)于高粘度原(yuan)油計㊙️量，但其(qi)♍轉子存在被(bei)💃🏻原油中雜質(zhi)卡住的風險(xiǎn)，不适用于油(you)、水✂️混輸，且含(han)🌈有泥沙雜質(zhi)的原油長輸(shu)管道工況。目(mu)前這兩種流(liu)量傳感器在(zài)原油集輸管(guǎn)道領域的應(yīng)用己處💚于普(pǔ)🌍及階段，但其(qi)價格💚競争日(ri)💋益激烈、導緻(zhi)利潤空間日(rì)益減小,所以(yi)這兩種傳感(gǎn)器都面臨着(zhe)嚴峻的挑戰(zhàn)。
　　超聲波流量(liang)計的優勢是(shì)可實現非接(jiē)觸式測量，機(jī)🌍械結構簡單(dan)，可維護性好(hao)，此外，由于該(gai)流量計是利(li)用電氣原❌理(li)工👅作,所以避(bi)🙇🏻免了孔闆流(liú)量計、浮子流(liú)量計、渦輪流(liu)量計以及容(rong)積式流量計(ji)等傳統機械(xie)🏃流量計工作(zuo)中需要更換(huàn)運動部件的(de)問題。盡管常(cháng)🧡規超聲波流(liú)💯量計也存在(zai)其不足之處(chù),例如，其測量(liang)精度會受到(dào)被檢測原油(you)清潔✂️度的影(ying)響。但是🈲,超聲(sheng)波流量計的(de)“非接💁觸式測(ce)量”、“體積小💁”及(ji)“成本低”等顯(xian)著🏒優勢使其(qí)具有廣泛的(de)應用前景。
　　今(jīn)後原油集輸(shū)用流量計将(jiang)朝着以下幾(ji)個方面快.速(su)💁發展:①全面傳(chuan)感檢測智能(neng)化。一方面,可(kě)以在流量計(ji)系統中安裝(zhuāng)👉微處理芯片(piàn)實現通訊功(gōng)能，從而能夠(gou)更好地與油(yóu)田生産🌈基地(di)的控制中心(xīn)實現實時通(tong)信。另一方面(miàn),通過添加相(xiàng)關的傳感器(qi)以實現對原(yuán)油流體密度(du)、組分及熱能(neng)等的測量,最(zuì)終實現流量(liang)計的傻瓜⛷️化(huà)和智能化。②決(jue)策優化傳遞(dì)快速化。可以(yǐ)将自診斷、自(zi)修正等相關(guān)智能控制算(suàn)法引入流量(liang)計系統，使得(dé)流量計不再(zài)僅是傳統💞的(de)計量工具，還(hái)能夠實現系(xì)統維護的目(mù)的，具有更正(zhèng)确的計量精(jīng)度,對于不同(tóng)粘度原油介(jiè)質的适應性(xìng)和成品油輸(shu)送複雜環境(jing)的适應性得(de)到改善和提(ti)高。③安裝執❤️行(háng)可靠簡單化(huà)。随着科技發(fā)展,流量計的(de)機械結構越(yue)來越簡單,逐(zhú)漸減少或取(qu)消運動部件(jian),并采用精🌏度(du)高、性能好的(de)傳感器和電(dian)子元器件,使(shi)得流量計的(de)執行可靠性(xing)越來㊙️越好，且(qie)自動化程度(du)越來越高。
3結(jié)論
(1)孔闆流量(liang)計與浮子流(liu)量計雖然結(jie)構簡單、價格(gé)低廉,但是存(cun)在🔞測量精度(dù)普遍偏低的(de)缺點，已經逐(zhú)漸被淘汰:渦(wo)輪流量計♈與(yǔ)容積式流量(liàng)計都具有測(ce)量精度高的(de)優勢，在原油(yóu)集輸管道領(lǐng)域♉的應用已(yǐ)處🔴于普及階(jie)段，但其價格(gé)競争日益激(ji)烈、導🔞緻利潤(rùn)空👉間日.益減(jiǎn)小，所以面臨(lin)嚴峻的挑戰(zhan)。
(2)超聲波流量(liàng)計的“非接觸(chu)式測量”、“體積(jī)小”及“成本低(dī)”等顯著優勢(shi)💛使其具有廣(guang)泛的應用前(qian)景。此外，未來(lái)原油集輸用(yòng)流量計将朝(cháo)着全面傳感(gan)檢測智能化(hua)、決策優化傳(chuan)遞快速化以(yi)及安💜裝執行(háng)可靠簡單化(hua)三個方面👣快(kuai)速發展。

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