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(xiè)裝備、航空(kōng)航天、汽車(chē)、兵器裝備(bèi)🐆、發電與核(hé)電裝🚶‍♀️備船(chuán)♌舶、冶金等(deng)多個領域(yù),這些領域(yu)均需要對(duì)管道内-定(ding)壓力和速(su)度的液體(ti)進行流量(liang)性能❤️、精度(dù)高測試。爲(wei)此,本文分(fèn)析了目前(qián)管道内流(liu)動液體的(de)流量測試(shi)的不同方(fang)法的基本(běn)原理🐉、技術(shù)優缺點、應(ying)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(shì)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼。
　　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(you)等液體物(wu)質,也可以(yǐ)運輸固體(ti)物質。中國(guo)的油氣長(zhǎng)輸管道裏(li)程數僅次(cì)于美國及(ji)俄羅斯,但(dàn)是占🏒比僅(jin)爲美國的(de)五分之一(yī)，爲解決我(wo)國油氣管(guǎn)網基建規(guī)模落後、管(guǎn)道間互聯(lián)互通程度(du)較低的問(wèn)題，我國将(jiang)成立國家(jiā)油氣管✉️網(wǎng)公司對國(guo)内油氣管(guan)網進行統(tǒng)籌規劃。.
　　在(zài)油氣生産(chan)過程中，流(liu)量計 作爲(wei)原油輸送(sòng)計量系統(tǒng)的核心裝(zhuang)置，其測量(liang)的精度将(jiang)直接影響(xiang)我國成品(pin)油的經濟(jì)效益。本文(wén)在分析各(gè)種流量計(ji)基礎原理(lǐ)的基礎上(shàng)，對不同流(liú)量計的優(yōu)缺點進行(hang)了對比💋分(fen)析，并展望(wàng)了原油流(liú)量計未來(lái)的發展趨(qū)勢。
1.原油流(liu)量計的工(gōng)作原理及(ji)特點
　　在原(yuán)油集輸系(xì)統中,采油(you)井場、分井(jing)計量站與(yǔ)轉接站主(zhǔ)要🚶‍♀️起到🔴完(wán)成對油田(tián)生産的原(yuan)油、天然氣(qi)等混合物(wù)進行收集(jí)、計量💜、以及(jí)輸往集中(zhōng)處理站進(jìn)行處理的(de)作📐用，所以(yi)💯原油流量(liang)計的選擇(ze)是否合理(li)将嚴重影(ying)響原油生(shēng)産的經濟(ji)效益。
1.1孔闆(pǎn)流量計
 
　　如(ru)圖1所示爲(wèi) 孔闆流量(liàng)計 原理圖(tu)，該流量計(jì)屬于 差壓(yā)式流量計(jì) ，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(liu)件附近造(zao)成局部收(shōu)縮，流速增(zēng)加,從而在(zai)✉️其上、下遊(you)兩側産生(shēng)靜壓力差(cha)四。節流件(jian)兩側産生(sheng)的靜壓力(lì)差即就是(shi)孔闆前後(hou)流體的壓(ya)力變化可(ke)通過U型管(guan)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(du)差R即可推(tuī)算出流量(liang),如式(1)所示(shì)。此外，也可(kě)通過安裝(zhuang)差壓變送(sòng)器 測量得(dé)到節流件(jian)兩側的壓(yā)差,進而推(tui)算出流量(liang)。
 
式中:qv一待(dài)測流體流(liu)量,m³/s;co一孔流(liú)系數,一般(ban)選用0.6~0.7;Ao一孔(kǒng)口截💯面積(ji),m²;ρi一U型管内(nei)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(jié)構簡單、安(ān)裝方便、價(jia)格低廉、應(yīng)😍用範🥰圍廣(guǎng)泛，在我國(guó)早期的成(chéng)品油長輸(shū)管道💯中應(yīng)㊙️用較多。但(dan)該流🌈量計(jì)存在以下(xià)缺點:①測量(liàng)精度普遍(bian)偏🌂低;②因需(xū)經過節流(liu)裝置導緻(zhi)流體能量(liang)損失較大(dà)，故不适宜(yi)在流量變(bian)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(dī)🚶,對安裝現(xiàn)場施工條(tiáo)件要求高(gāo)，且易受人(ren)爲主觀因(yīn)素的影響(xiǎng),所以該流(liú)量計無法(fa)滿足💁當前(qian)原油計量(liang)🚩精度、效率(lü)高的要求(qiú)圖。
1.2浮子流(liu)量計.
　　如圖(tú)2所示爲浮(fu)子流量計(jì)，主要包括(kuò)錐形管、浮(fu)子以及刻(kè)度(顯示🍓等(deng)零部件回(huí)。工作時，當(dāng)流體自下(xia).而.上🆚經錐(zhuī)形管時,在(zài)👅轉子上下(xia)之間産生(shēng)壓差,轉子(zǐ)在此差壓(ya)作用下，上(shang)升。當此上(shang)升的力、浮(fu)子所受的(de)浮力及粘(zhan)性升力與(yu)浮子的重(zhòng)力相等時(shí)，浮子處于(yu)平衡📱位置(zhì)。因此,流經(jing) 浮子流量(liàng)計 的流體(ti)流量與浮(fu)子上升高(gāo)度，即與浮(fu)子流量計(ji)的流通☀️面(mian)積之間存(cun)在着一定(ding)的比例關(guān)系,浮子的(de)位✔️置高度(du)可作爲流(liu)量量度。
 
　　浮(fú)子流量計(ji)主要被用(yòng)來測量單(dān)相非脈動(dong)液體或氣(qì)體的流量(liàng),也可用于(yu)腐蝕性流(liú)體的測量(liàng)，具有壓力(li)損失小、性(xing)能可靠、價(jià)格便宜、結(jié)構簡單,且(qiě)便于安裝(zhuang)等優勢。但(dan)是㊙️存在測(ce)量精度普(pǔ)遍偏🌈低的(de)缺點，此外(wai)，測量結🥵果(guo)容易受到(dào)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(ji)
　　如圖3所示(shì)爲 渦輪 流(liu)量計 結構(gou)示意圖，該(gai)流量計屬(shǔ)于速度式(shì)流量計，主(zhu)要包括🧑🏽‍🤝‍🧑🏻感(gan)🎯應❌線圈✨、渦(wō)輪葉片、倒(dǎo)流架導流(liú)葉片、管道(dao)殼體等部(bu)件。
 
　　工作時(shí)，當原油流(liu)經渦輪流(liu)量計管道(dào)殼體内部(bù)時，油液會(hui)沖擊渦輪(lun)葉片,從而(er)促使渦輪(lun)進行旋轉(zhuǎn)，且在一.定(ding)的條件下(xià)，渦輪葉片(pian)轉速與原(yuan)油流速成(cheng)正比"。此外(wai)🔅,渦輪葉片(pian)具有🐇導磁(cí)性,處于信(xìn)号檢測器(qì)磁場中時(shi),旋✨轉的葉(yè)片切割磁(cí)力🔅線,促使(shǐ)線圈兩端(duān)感應出電(diàn)脈沖信号(hao)，對電脈沖(chòng)信号進行(háng)處理即可(kě)獲得流經(jing)渦輪計♈量(liàng)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(jing)渦輪計量(liang)器的原油(you)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(shu),由産品性(xing)能㊙️決定;Q一(yi)👌原油的瞬(shùn)時流量,m/h。
　　渦(wō)輪流量計(ji)的優點:①測(cè)量精度高(gāo);②無零點漂(piao)移,抗幹擾(rao)能力強;③适(shi)用于潔淨(jìng)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(jiè)電場、磁場(chǎng)，必要時還(hai)需要采取(qǔ)有效的屏(ping)蔽措施🤟，以(yi)避免外界(jie)幹擾。當然(ran),也存在以(yǐ)下缺點🈲:①測(ce)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(yǒu)依賴性。
1.4容(róng)積式流量(liang)計
 
　　容積式(shi)流量計屬(shu)排量式流(liú)量計，其主(zhǔ)要采用機(ji)械檢測元(yuan)件将原油(yóu)連續不斷(duàn)分割成單(dan)個已知體(ti)積部分，再(zai)根據計量(liang)室逐次、重(zhòng)複充滿和(hé)排放該體(ti)積部分流(liú)體的次數(shu)來測量流(liu)體體積總(zong)量F。作爲典(diǎn)型的容積(jī)式流量計(jì)，橢🔴圓齒輪(lun)式流量計(ji)(如圖4所示(shì))的測量部(bu)分主要由(you)兩個相🙇‍♀️互(hù)齧合的橢(tuǒ)👅圓形齒輪(lun)、軸以及殼(ke)體等組成(chéng)。其測量原(yuán)理爲:當被(bèi)測原油經(jing)管道進入(rù)流☀️量計時(shí)💰，由于進口(kǒu)處産生的(de)壓力差推(tuī)動🔅橢圓齒(chǐ)輪連續旋(xuan)轉,橢圓齒(chi)輪每旋轉(zhuan)一💋-周，就有(you)一定數量(liàng)的🔴原油流(liú)過該流量(liang)計，所以隻(zhī)需獲得🥰橢(tuǒ)圓齒輪的(de)轉數,就能(néng)推算出被(bei)測原油流(liu)量的總量(liang),其🧑🏽‍🤝‍🧑🏻流量計(jì)算公式如(rú)下:
V=NU(3)
　　式中:V一(yī)原油體積(ji),m³;N一确定時(shí)間内橢圓(yuan)齒輪轉數(shù),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(jì)具有以下(xià)優點:①測量(liang)精度高;②對(duì)安裝管道(dao)條件要求(qiu)低;③測量範(fan)圍寬、且可(ke)用于高粘(zhan)度原🙇‍♀️油。但(dàn)🤞存在💃🏻以下(xià)⛱️缺點:①轉子(zi)存在被原(yuán)油中雜質(zhì)卡住的風(fēng)險，所以需(xu)要加裝過(guo)濾器;②結構(gou)複雜、體積(jī)龐大🌏;③不适(shì)用于高、低(di)溫場合;④易(yi)産生🔞噪聲(shēng)及振動等(deng)。所以，如果(guo)在油、水混(hun)輸，且含有(yǒu)🔴泥沙雜質(zhi)的📧原油長(zhang)輸管道上(shàng)采用容積(ji)🌍式流量計(jì)，将會✂️給現(xian)場帶來較(jiào)大的工作(zuo)量,且會提(ti)高❌運維成(cheng)本。
1.5超聲波(bō)流量計
 
　　超(chāo)聲波流量(liang)計 是通過(guò)檢測流體(tǐ)流動對超(chāo)聲脈沖的(de)作用來測(cè)量💔流量的(de)一種非接(jiē)觸式流量(liàng)計。圖5所示(shì)爲采用時(shí)差法測量(liang)原理的超(chāo)聲波流量(liàng)計,當超聲(shēng)波在成品(pǐn)油長輸管(guan)道中傳輸(shu)時,探頭A與(yu)探頭B分别(bié)🈲檢測接收(shou)對方發射(she)的超聲波(bo)脈🌈沖,由于(yú)順🤞流方向(xiang)聲♉波傳播(bo)速🔞度大于(yu)逆流方向(xiàng)聲波傳播(bō)速度,則相(xiàng)同傳播距(jù)離下就會(hui)得到不同(tong)的傳播時(shí)間,利用傳(chuan)播時間之(zhi)差即可計(ji)算原油的(de)流速與流(liú)量,計算公(gōng)式如下:
 
　　式(shì)中:Q一原油(yóu)的流量,m³/s;ts一(yī)超聲波順(shun)流傳播時(shi)間,s;tn一超聲(sheng)波✏️逆流傳(chuán)播時間,s;L一(yī)超聲波在(zài)傳感器之(zhi)間的聲道(dao)長度,m;D-管道(dào)内徑,m;θ一管(guǎn)軸線與傳(chuán)感器聲道(dào)之前的夾(jiá)角,°;K一速度(du)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(you)管道不需(xu)要進行任(rèn)何加工就(jiù)可以進行(háng)測量;②應用(yong)範圍廣💞,可(ke)以測量水(shui)、氣或油等(deng)多種液體(tǐ)的流量;③測(cè)量精度不(bu)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(běn)較低;⑤其機(jī)械結構相(xiàng)對簡單，可(ke)維護性好(hao)。⑥流量監測(ce)過程中不(bú)存在壓損(sǔn)和能量損(sǔn)失，在節能(neng)方面優勢(shi)明顯。但是(shi)常規超聲(sheng)波計量✨計(ji)用于測量(liang)粘稠⭐介質(zhì)時存在信(xìn)号衰減、漂(piao)移以及精(jing)度下降的(de)問題,且測(cè)量精度會(hui)受到被檢(jian)測原油清(qing)潔度的影(ying)響。
2原油集(jí)輸用流量(liang)計發展趨(qū)勢分析
　　 孔(kong)闆流量計(jì)與浮子流(liu)量計具有(you)結構簡單(dān)、價格低廉(lian)、便于🛀安㊙️裝(zhuang)等優勢，所(suǒ)以在我國(guo)早期的成(chéng)品油長輸(shu)管道中💁被(bèi)廣泛應🐉用(yòng)，但是這兩(liǎng)種流量傳(chuán)感器存在(zài)測量精度(dù)普遍偏低(dī)的缺點,已(yǐ)經逐漸被(bèi)淘汰。
　　 渦輪(lun)流量計與(yu)容積式流(liu)量計都具(ju)有測量精(jīng)度高的優(yōu)勢,但前者(zhe)存在測量(liàng)正确率不(bú)能長期保(bao)持、需要定(dìng)期校準的(de)🌍缺點。盡管(guǎn)⁉️後者對安(ān)裝管道條(tiáo)件要求低(di)、且可用于(yu)高粘度原(yuan)油計量，但(dàn)其轉子存(cun)在被原油(yóu)中雜質卡(ka)住的風險(xiǎn)，不适用于(yu)油、水混輸(shū)，且含有泥(ní)沙雜質的(de)原油長輸(shū)管道工況(kuang)。目前這兩(liǎng)種流量傳(chuan)感器在原(yuán)油集輸管(guǎn)道領域的(de)應用己處(chù)于普及階(jiē)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(lin)着嚴♈峻的(de)挑戰。
　　超聲(sheng)波流量計(jì)的優勢是(shi)可實現非(fēi)接觸式測(cè)量，機械💞結(jie)構簡單❄️，可(ke)維護性好(hao)，此外，由于(yú)該流量計(jì)是利用電(dian)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(róng)積式流量(liàng)計🈲等傳統(tǒng)機械流量(liang)計工作中(zhong)需要🔱更換(huan)運動🐕部件(jian)的問題。盡(jin)管常㊙️規超(chao)聲波流量(liang)計也存在(zai)其不足之(zhi)處🈲,例如，其(qi)測量精度(du)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(cè)量”、“體積小(xiǎo)”及“成本低(dī)”等顯著優(you)勢使其具(ju)有廣💔泛的(de)應用前景(jing)。
　　今後原油(yóu)集輸用流(liu)量計将朝(cháo)着以下幾(jǐ)個方面快(kuai).速👅發展:①全(quan)面傳感檢(jian)測智能化(hua)。一方面,可(ke)以在流量(liàng)計系統中(zhong)安裝微處(chu)💋理芯🈲片實(shi)現通訊功(gong)能，從而能(néng)夠更好地(di)與油❌田生(shēng)産基地的(de)控制中心(xīn)實現實時(shi)🤟通信。另一(yī)方面,通過(guò)㊙️添加相關(guān)🤟的傳感器(qi)以實現對(duì)原油流體(ti)密度、組分(fèn)及熱👈能等(deng)的測量,最(zui)終實現流(liu)量計的傻(shǎ)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(zhěn)斷、自修正(zhèng)等相關智(zhì)能控制算(suan)法引入流(liu)量計系統(tǒng)，使得流量(liang)計不再僅(jǐn)是傳統的(de)計量工具(ju)，還能夠實(shí)現系統維(wei)護的目的(de)，具有更正(zheng)确的計量(liang)精度,對于(yu)不同粘度(dù)原油💃介質(zhì)的适應性(xìng)和成品油(you)⭐輸送複雜(zá)環境的适(shì)應性得到(dao)改善和提(tí)高。③安裝執(zhi)行可靠簡(jian)單化。随着(zhe)科技發展(zhan),流量計的(de)機械結構(gou)越來越簡(jiǎn)🐕單,逐漸減(jian)少或取消(xiāo)運📞動部件(jian),并采用精(jīng)🈲度高、性能(neng)好的傳感(gan)器和電子(zi)元器件,使(shi)得流量計(ji)的執行可(kě)靠性越來(lái)越好，且自(zi)動化程度(du)越來越高(gāo)。
3結論
(1)孔闆(pǎn)流量計與(yu)浮子流量(liàng)計雖然結(jié)構簡單、價(jià)格低廉,但(dan)是⁉️存在測(ce)量精度普(pu)遍偏低的(de)缺點，已經(jing)逐漸被淘(tao)♍汰:渦💔輪流(liu)量計✍️與容(róng)積式流量(liàng)計都具有(you)測量精度(du)高的優勢(shì)，在原油集(jí)輸管道領(ling)域的應用(yòng)已處⭕于普(pu)及階🌈段，但(dan)其價格競(jìng)争日益激(ji)烈、導🍓緻利(li)潤空🌏間日(ri).益減小，所(suǒ)以面臨嚴(yan)㊙️峻的挑戰(zhan)。
(2)超聲波流(liu)量計的“非(fēi)接觸式測(ce)量”、“體積小(xiao)”及“成本低(dī)”等顯✌️著優(you)勢使其具(ju)有廣泛的(de)應用前景(jing)。此外，未來(lái)原油㊙️集輸(shu)用流量計(jì)将朝着全(quan)面傳感檢(jian)測智能化(huà)、決策優化(huà)傳遞快速(su)化以及安(an)裝執行可(ke)靠簡單化(huà)三個方面(mian)快速發展(zhan)。

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