摘要(yào):利用鋼管(guǎn)進行一定(ding)壓力和速(sù)度的流體(tǐ)輸送廣💛泛(fàn)應用♋于石(shi)油化I、機械(xie)裝備、航空(kong)航天、汽車(chē)、兵器裝備(bei)、發電與核(hé)🌈電裝備船(chuan)舶、冶金等(děng)多個領域(yù),這些領域(yù)均需要對(duì)管道内-定(ding)壓力和速(sù)度🆚的液體(ti)進行流量(liàng)性能、精度(dù)高測試。爲(wèi)此,本文分(fen)析了目前(qian)管道内流(liú)動液體的(de)流量測試(shì)的不同方(fang)法的基本(běn)原理💃、技術(shù)優缺點、應(yīng)用範圍,進(jìn)-步探讨了(le)管道内流(liú)動液體的(de)流量測試(shi)發展趨勢(shi)。
　　管道運輸(shū)已經成爲(wei)五大運輸(shū)體系之一(yi)，管道内不(bu)止可以運(yùn)輸水、氣、油(yóu)等液體物(wù)質,也可以(yǐ)運輸固體(ti)❄️物質。中國(guó)的油氣長(zhǎng)輸管道裏(li)程數僅次(ci)于美國及(jí)俄羅斯,但(dàn)是占比僅(jin)爲美國的(de)🏃五分之一(yī)，爲解決我(wǒ)國油氣管(guan)網基建規(guī)🥰模落後、管(guǎn)道間互聯(lian)互通程度(dù)較低的問(wen)題，我國将(jiāng)成立國家(jia)油氣管網(wang)公司對國(guó)内油氣管(guǎn)網🈲進行統(tong)籌規劃。.
　　在(zai)油氣生産(chan)過程中，流(liú)量計 作爲(wèi)原油輸送(song)計量系統(tong)的核心裝(zhuang)置，其測量(liàng)的精度将(jiāng)直接影響(xiǎng)我國成品(pǐn)油的經濟(ji)效益。本文(wen)在分✉️析各(gè)種流量計(jì)基礎原理(lǐ)的基礎上(shang)，對不同流(liú)量計的優(you)缺點進行(hang)了對比🍓分(fèn)析，并展望(wàng)了✔️原油流(liu)量計未來(lai)的發展趨(qū)勢。
1.原油流(liú)量計的工(gong)作原理及(jí)特點
　　在原(yuan)油集輸系(xi)統中,采油(yóu)井場、分井(jing)計量站與(yu)轉接站🔞主(zhǔ)要起❄️到完(wan)成對油田(tian)生産的原(yuán)油、天然氣(qì)等混合物(wu)🐉進行收集(ji)、計量‼️、以及(ji)輸往集中(zhōng)處理站進(jìn)行處理的(de)作用，所以(yǐ)原油流量(liang)計的選擇(ze)是❤️否合理(li)将嚴重影(ying)響原油生(sheng)産的⭐經濟(ji)效益。
1.1孔闆(pan)流量計
 
　　如(rú)圖1所示爲(wèi) 孔闆流量(liang)計 原理圖(tú)，該流量計(jì)屬于 差壓(yā)式流量計(ji) ，工作時，充(chōng)滿管道的(de)原油流經(jīng)管道内的(de)節流件後(hou)🤩會在節流(liú)件附近造(zao)成局部收(shou)縮，流速增(zēng)加,從而在(zai)其上㊙️、下遊(you)兩側✨産生(shēng)靜壓力差(chà)四。節流件(jian)兩側産生(shēng)💞的靜壓力(li)差即就是(shì)孔闆前後(hòu)流體的壓(yā)力變化可(kě)通過U型管(guǎn)壓差計内(nèi)指示液的(de)高度變化(huà)R來反應，再(zai)根據高度(dù)差🈚R即可推(tui)算出👌流量(liang),如式(1)所👄示(shi)。此外，也可(kě)通過安裝(zhuang)差壓變送(sòng)器 測量得(de)到節流件(jiàn)兩側的壓(ya)差,進而推(tui)算出流量(liang)。
 
式中:qv一待(dài)測流體流(liú)量,m³/s;co一孔流(liu)系數,一般(ban)選用0.6~0.7;Ao一孔(kong)口截面🐆積(ji),m²;ρi一U型管内(nèi)指示液的(de)密度，kg/m³;ρ一待(dai)測流體的(de)密度，kg/m³;R一U型(xíng)管高度差(chà)讀數,m。
　　孔闆(pǎn)流量計的(de)優點是:結(jie)構簡單、安(an)裝方便、價(jia)格低廉🔱、應(ying)用範圍廣(guǎng)泛，在我國(guo)早期的成(cheng)品油長輸(shu)管道中應(yīng)用較💋多。但(dan)該流☂️量計(ji)存在以下(xia)缺點:①測量(liàng)精度🌈普遍(bian)偏低;②因需(xu)經過節流(liú)裝置導緻(zhi)流☁️體能量(liang)損失較大(dà)，故不适宜(yí)在流量變(biàn)化較大的(de)成品油長(zhang)輸管🐆道中(zhong)使用;③自動(dong)化程度低(di),對安裝現(xiàn)場施工條(tiáo)件要求高(gao)，且易受人(rén)爲主觀因(yīn)素的影響(xiang),所以該流(liú)量計無法(fa)滿足當前(qián)原油計量(liàng)精度、效率(lǜ)📱高的要求(qiu)圖。
1.2浮子流(liu)量計.
　　如圖(tu)2所示爲浮(fú)子流量計(jì)，主要包括(kuo)錐形管、浮(fu)子以及刻(kè)度(顯示等(deng)零部件回(huí)。工作時，當(dang)流體自下(xia).而.上經錐(zhuī)形管時,在(zài)轉子上下(xià)之間産生(sheng)壓差,轉子(zǐ)在此差壓(ya)作用下，上(shang)升。當此💜上(shàng)升的力、浮(fú)子所受的(de)浮力及粘(zhan)性升力與(yu)浮子的重(zhong)力相等時(shi)，浮子處于(yú)平衡位置(zhi)。因此,流經(jing) 浮子流量(liang)計 的流體(tǐ)流量與浮(fú)子上升高(gāo)度，即與浮(fu)子流量計(jì)的流通面(miàn)積之間存(cún)在着一定(dìng)的比例關(guan)系,浮子的(de)位置高度(dù)可作爲流(liú)量量度。
 
　　浮(fu)子流量計(jì)主要被用(yòng)來測量單(dān)相非脈動(dong)液體或氣(qì)⭕體的流量(liang)🚶,也可用于(yú)腐蝕性流(liu)體的測量(liang)，具有壓力(li)損失小、性(xìng)能😍可靠、價(jià)格便宜、結(jie)構簡單,且(qiě)便于安裝(zhuāng)等優勢。但(dàn)是存在測(cè)☁️量精度普(pǔ)遍偏😘低的(de)缺點，此外(wài)，測量結果(guǒ)容易受❤️到(dao)被測介質(zhì)密度、粘度(dù)、溫度和🍓壓(yā)力等因素(sù)的影響。
1.3渦(wo)輪流量計(jì)
　　如圖3所示(shi)爲 渦輪 流(liu)量計 結構(gòu)示意圖，該(gāi)流量計屬(shǔ)于速度式(shi)流量計，主(zhǔ)要包括感(gǎn)應線圈、渦(wō)輪葉片、倒(dǎo)流架導流(liu)葉片、管道(dao)殼體等部(bù)件。
 
　　工作時(shí)，當原油流(liú)經渦輪流(liu)量計管道(dào)殼體内部(bu)時，油液會(hui)沖擊渦輪(lun)葉片,從而(ér)促使渦輪(lún)進行旋轉(zhuan)，且🔴在一.定(ding)的條件下(xià)，渦輪葉片(piàn)轉速與原(yuan)油流速成(cheng)正比"。此外(wai),渦輪葉片(pian)具有導磁(ci)性,處于信(xìn)号檢測器(qì)磁場中時(shi),旋轉的葉(ye)片切割磁(ci)力線,促使(shi)線圈兩端(duan)感🎯應出電(dian)脈沖信号(hào)，對電脈沖(chong)信号進行(hang)處理即可(ke)獲得流經(jīng)渦輪計量(liang)器的原油(you)的瞬時流(liú)量或總量(liàng)。在一定的(de)流🥵量範圍(wéi)内,脈沖🛀🏻頻(pín)率
f與流經(jīng)渦輪計量(liang)器的原油(yóu)的瞬時流(liu)量Q成正比(bi),其流量🤩方(fang)程如下:
 
　　式(shì)中:f-脈沖頻(pín)率,Hz;K一渦輪(lún)計量計的(de)儀表系數(shù),由産品性(xìng)能決定;Q一(yī)原油的瞬(shùn)時流量,m/h。
　　渦(wō)輪流量計(ji)的優點:①測(ce)量精度高(gāo);②無零點漂(piao)移,抗幹擾(rǎo)能力強;③适(shi)用于潔淨(jing)氣體與粘(zhān)度較低的(de)潔淨流體(tǐ)。但是該流(liú)量計必須(xu)遠離外界(jie)電場、磁場(chǎng)，必要時還(hai)需要采取(qu)有效的屏(ping)🈲蔽措施💘，以(yǐ)避免外界(jie)幹擾。當💋然(ran),也存在以(yǐ)下缺點:①測(cè)量正确😄率(lü)不能長期(qi)保持，需要(yào)定期校準(zhun);②對于流體(ti)物性具有(you)依賴🔞性。
1.4容(róng)積式流量(liang)計
 
　　容積式(shi)流量計屬(shǔ)排量式流(liu)量計，其主(zhu)要采用機(jī)械檢測💔元(yuán)件将原油(yóu)連續不斷(duan)分割成單(dan)個已知體(ti)積部分，再(zài)根據計量(liàng)室逐次📞、重(zhong)複充滿和(he)排放該體(ti)積部分流(liu)體的次數(shù)來測量流(liú)體體積總(zong)♈量F。作爲典(dian)型的容積(jī)式♌流量計(ji)，橢圓齒輪(lún)式流量計(ji)(如圖4所示(shì))的⚽測量部(bù)分主要由(you)兩個相🎯互(hu)齧合的橢(tuǒ)圓形齒輪(lun)、軸以及殼(ke)體等組成(cheng)。其測量原(yuán)理爲:當被(bèi)測原油經(jīng)管道進入(ru)流量計時(shi)🙇🏻，由于進口(kou)處産生的(de)壓力差推(tui)動🔞橢圓齒(chi)輪連續旋(xuán)轉,橢圓齒(chi)輪每旋轉(zhuǎn)一✏️-周，就有(you)一定數量(liàng)的原油流(liu)過該流量(liàng)計，所以隻(zhī)需獲得橢(tuǒ)圓齒輪的(de)轉數,就能(neng)推算出被(bèi)測原油流(liu)量的總量(liàng),其流量計(ji)算公式如(ru)下:
V=NU(3)
　　式中:V一(yī)原油體積(jī),m³;N一确定時(shí)間内橢圓(yuán)齒輪轉數(shu),r;U一橢🌂圓齒(chǐ)輪旋轉--周(zhōu)排出原油(yóu)體積，m³/r。
　　容積(ji)式流量計(ji)具有以下(xia)優點:①測量(liàng)精度高;②對(duì)安裝㊙️管道(dao)條件要求(qiú)低;③測量範(fan)圍寬、且可(kě)用于高粘(zhān)度原油。但(dan)存在以下(xia)缺點:①轉子(zi)存在被原(yuán)油中雜質(zhi)卡住的風(feng)險，所以需(xū)要加裝過(guò)濾器;②結構(gòu)複雜、體積(jī)龐大;③不适(shì)用于高、低(dī)溫場合;④易(yi)産生噪聲(sheng)及振動等(deng)。所以，如果(guǒ)在油、水混(hùn)輸，且含有(yǒu)泥沙雜質(zhi)的✌️原油長(zhǎng)輸管道上(shang)采用容積(jī)式流量計(jì)，将會給現(xiàn)場帶來較(jiào)大的🌂工作(zuo)量,且📞會提(tí)高運維成(chéng)本。
1.5超聲波(bo)流量計
 
　　超(chao)聲波流量(liàng)計 是通過(guò)檢測流體(ti)流動對超(chao)聲脈沖的(de)作用來測(cè)量流量的(de)一種非接(jiē)觸式流量(liang)計。圖5所示(shi)爲采用時(shí)差♊法測量(liang)原理的超(chao)聲波流📧量(liang)計,當超聲(shēng)波在成品(pǐn)油長輸管(guan)道中傳輸(shū)時,探頭A與(yǔ)探頭B分别(bie)檢測接收(shou)對方發射(she)的超聲波(bo)脈沖,由于(yu)順流方向(xiang)聲💁波傳播(bo)速度大于(yú)逆流方向(xiàng)聲波傳播(bo)速度,則相(xiàng)✊同傳播距(ju)離下就會(huì)得到不同(tong)的傳播時(shi)間,利用傳(chuan)播時間🏒之(zhi)差🌐即可計(jì)算原油的(de)流速與☂️流(liú)量,計算公(gōng)式如下:
 
　　式(shi)中:Q一原油(yóu)的流量,m³/s;ts一(yi)超聲波順(shùn)流傳播時(shi)間,s;tn一超聲(shēng)波逆流傳(chuan)播時間,s;L一(yī)超聲波在(zai)傳感器之(zhī)間的聲道(dao)長度,m;D-管🔞道(dao)内徑,m;θ一管(guan)軸線與傳(chuán)感器聲道(dào)之前的夾(jia)角,°;K一🤟速度(dù)分布剖面(mian)的修正系(xi)數。
　　超聲波(bō)流量計的(de)優點嗎:①可(ke)以實現非(fēi)接觸式測(ce)量，對原有(yǒu)管道不需(xu)要進行任(rèn)何加工就(jiù)可以進行(hang)測量;②應用(yòng)範圍廣‼️,可(kě)以🏒測量水(shui)、氣或油等(deng)多種液體(ti)的流量;③測(cè)量精度不(bú)會受🍉到被(bèi)測原油流(liú)體粘度及(ji)電導率的(de)影響;④高性(xìng)價💚比，尤其(qí)是對大管(guǎn)徑👄流量的(de)測🚶‍♀️量成本(ben)較低;⑤其機(ji)械結構相(xiang)對簡單，可(kě)維護性好(hǎo)。⑥流量監測(ce)過程中👌不(bu)存在壓損(sun)和能量損(sun)失，在節能(neng)方面優勢(shi)明顯。但是(shi)常規超聲(shēng)波計量計(ji)用于測量(liang)粘稠介質(zhi)時存在信(xìn)号🔴衰減、漂(piao)移以及精(jing)度下降的(de)問🛀🏻題,且測(ce)量㊙️精度會(hui)受到被檢(jian)測原油清(qīng)潔度的影(ying)響。
2原油集(ji)輸用流量(liang)計發展趨(qu)勢分析
　　 孔(kong)闆流量計(jì)與浮子流(liú)量計具有(you)結構簡單(dān)、價格低廉(lián)✌️、便于安裝(zhuang)等優勢，所(suǒ)以在我國(guó)早期的成(chéng)品油長輸(shu)管道中被(bei)廣泛應用(yong)，但是這兩(liǎng)種流量傳(chuán)感器存在(zài)測量精度(du)普遍偏低(di)🥵的缺點,已(yǐ)經逐漸被(bèi)淘汰。
　　 渦輪(lun)流量計與(yǔ)容積式流(liu)量計都具(jù)有測量精(jīng)度高的優(you)勢,但前者(zhě)存在測量(liang)正确率不(bu)能長期保(bǎo)持、需🛀要定(ding)期校準的(de)缺點。盡管(guǎn)後者對安(an)裝管道條(tiáo)件要求低(di)、且可用于(yú)高粘度原(yuán)油計量，但(dàn)其轉子存(cún)在被原油(you)中雜質卡(ka)住的風險(xiǎn)，不适⚽用于(yú)油、水混輸(shū)，且含有泥(ni)沙雜質的(de)原油長輸(shu)管道工況(kuang)。目🏒前這兩(liǎng)種流量傳(chuán)感器在👄原(yuán)油集輸管(guan)道領域的(de)應用己處(chù)于普及階(jie)段，但其價(jia)格競争日(rì)益激烈、導(dao)😍緻利潤空(kong)間日益減(jian)小,所以這(zhè)兩種傳感(gan)器都面臨(lín)着嚴峻的(de)挑戰。
　　超聲(shēng)波流量計(jì)的優勢是(shi)可實現非(fēi)接觸式測(ce)量，機械🈚結(jié)構簡🌈單，可(ke)維護性好(hao)，此外，由于(yú)該流量計(ji)是利用電(diàn)氣原理工(gong)作,所以避(bì)免了孔闆(pǎn)流量計、浮(fu)子流量計(jì)、渦輪流量(liàng)計以及🈲容(rong)積式⛱️流量(liang)計等傳統(tǒng)機械流量(liàng)計工作中(zhōng)需要更換(huàn)運動部件(jian)的問題。盡(jìn)管常規超(chao)聲波流量(liàng)計也存在(zài)🌐其不足之(zhi)處,例如，其(qí)測量精度(dù)會受到被(bei)檢測原油(yóu)清潔度的(de)影響。但是(shi),超聲波流(liu)量計的“非(fei)接觸式測(ce)量”、“體積小(xiao)”及“成本低(di)”等顯🙇‍♀️著🤞優(yōu)勢使其具(ju)有廣☁️泛的(de)應用前景(jing)。
　　今後原油(yóu)集輸用流(liú)量計将朝(cháo)着以下幾(jǐ)個方面快(kuai).速發展👨‍❤️‍👨:①全(quán)面傳感檢(jiǎn)測智能化(hua)。一方面,可(ke)以在流量(liàng)計系統中(zhong)🙇‍♀️安裝微處(chù)理芯片實(shí)現通訊功(gōng)能，從而能(néng)夠更好地(di)與油田生(sheng)産基地的(de)控制中😘心(xīn)實現實時(shí)通信。另一(yi)方面,通過(guò)💯添加相關(guān)✉️的傳感器(qi)以實現對(dui)原油流體(ti)密🏃‍♀️度、組分(fen)及熱能等(děng)的測量,最(zuì)終實現流(liu)量計的傻(sha)瓜💋化🔞和智(zhì)能化。②決策(cè)優化傳遞(di)快速化。可(kě)以将自診(zhen)斷、自修正(zhèng)等相關智(zhi)能控制算(suan)法引入流(liu)量計系統(tǒng)，使得流量(liang)計不再僅(jin)是傳統的(de)計量工具(ju)，還能夠實(shi)現系統維(wéi)護的目的(de)，具有更正(zheng)确的計量(liang)精度,對于(yú)不同粘度(du)原油介質(zhì)的适應性(xing)和成品油(yóu)🆚輸送複雜(zá)環境的适(shì)應性得到(dao)改善和提(ti)高。③安裝執(zhi)💛行可靠簡(jian)單化。随着(zhe)科技🌈發展(zhǎn)🧡,流量計的(de)機械結構(gòu)越來越簡(jiǎn)🌈單,逐漸減(jian)少或取消(xiao)運動部件(jian),并采用精(jīng)度高、性能(neng)好的傳感(gǎn)器和電子(zǐ)元器件,使(shi)得流量計(ji)😘的執行可(kě)靠性越來(lái)越好，且自(zì)動化程度(du)越來越高(gao)😍。
3結論
(1)孔闆(pǎn)流量計與(yǔ)浮子流量(liàng)計雖然結(jie)構簡單、價(jià)格低📞廉,但(dàn)❓是🔞存在🏃🏻測(ce)量精度普(pǔ)遍偏低的(de)缺點，已經(jing)逐漸被淘(tao)汰:渦輪流(liú)量計與容(róng)積式流量(liàng)計都具有(yǒu)測量精度(dù)高♈的優勢(shi)💁，在原油集(jí)輸管道領(lǐng)域的應用(yòng)已處于普(pu)及階🌈段，但(dàn)其價格競(jìng)争日益激(ji)烈、導緻利(lì)潤空間日(rì).益減小，所(suǒ)以面臨嚴(yan)🍉峻的挑戰(zhàn)。
(2)超聲波流(liu)量計的“非(fei)接觸式測(cè)量”、“體積小(xiǎo)”及“成本低(dī)”等顯著優(yōu)勢🔴使其具(ju)有廣泛的(de)應用前景(jǐng)。此外，未來(lai)原油🏃‍♀️集輸(shū)用流量計(jì)将朝着全(quan)面傳感檢(jian)測智能化(hua)、決策優化(hua)傳遞快速(su)化以及安(an)💯裝執行📧可(kě)靠簡單化(huà)三個方面(mian)快速發展(zhan)。

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