便攜式超聲波流量計(jì)在油田的應(yīng)用分析

本文則是針對于便攜式超聲波流量計(jì)在生產(chǎn)中應(yīng)用的具體特點(diǎn)向各位介紹，讓朋友們對于超聲波流量計(jì)的特點(diǎn)有一個更為深入的認(rèn)識，提高儀表應(yīng)用的能力和效率。


使用便攜式超聲波流量計(jì)時容易忽視的問題

目前在油田的許多單位都使用便攜式超聲波流量計(jì)，其用途就是作為“標(biāo)準(zhǔn)表”進(jìn)行核查使用，即用來比對和測試在線流量計(jì)的準(zhǔn)確性，或單井配量注水時使用。但在實(shí)際使用中，不少用戶由于對便攜式超聲波流量計(jì)的使用要點(diǎn)掌握不好，測量效果不夠理想，因而對便攜式超聲波流量計(jì)產(chǎn)生質(zhì)疑。怎樣才能準(zhǔn)確使用便攜式超聲波流量計(jì)，使之能更好的服務(wù)于油田計(jì)量是計(jì)量工作人員需研究探討的課題。通過多年對便攜式超聲波流量計(jì)檢定結(jié)論進(jìn)行統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)：便攜式超聲波流量計(jì)的技術(shù)指標(biāo)與其它速度式流量計(jì)基本相同，而且當(dāng)流速足夠大時其線性還優(yōu)于其它流量計(jì)。那么為什么在實(shí)際使用時會出現(xiàn)便攜式超聲波流量計(jì)測量不準(zhǔn)的問題呢？通過對FLD120系列便攜式超聲波流量計(jì)在探頭安裝、誤差及管道材質(zhì)等方面進(jìn)行分析總結(jié)，發(fā)現(xiàn)用戶在使用便攜式超聲波流量計(jì)時容易忽視以下幾個重要問題。

1 輸入管道參數(shù)不準(zhǔn)確造成的誤差

便攜式超聲波流量計(jì)探頭在管道外部安裝，它直接測量的是管道內(nèi)流體的流速，流量是流速與管道流通面積的乘積，而其管道面積和換能器安裝的距離都是使用者根據(jù)不同測量點(diǎn)的參數(shù)人工輸入流量計(jì)后計(jì)算出來的，這些參數(shù)的準(zhǔn)確與否直接影響到測量結(jié)果。也就是說：如果輸入了一組不準(zhǔn)確的管道參數(shù)，會直接造成測量結(jié)果的不準(zhǔn)確，實(shí)驗(yàn)如下。

（1）輸入管徑誤差與測量結(jié)果的關(guān)系

實(shí)驗(yàn)時用一臺型號為FLD120Y1-A的便攜式超聲波流量計(jì)，先安裝在管道的標(biāo)準(zhǔn)位置通過檢定合格后，在管道固定不變的情況下依次輸入不同誤差的管徑再與標(biāo)準(zhǔn)表相比較。依照上述操作依次安裝在四種不同的管徑后其結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)表相比較，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1。

從實(shí)驗(yàn)中可以得出：測量結(jié)果誤差大約是輸入的管徑設(shè)置誤差的2倍，這與誤差傳遞理論一致：

由Q=лD2v/4

dQ=лDvdD/2

得σQ=dQ/Q=2dD/D=2σD

以上：Q為流體流量，

D為管徑，

σQ為流量誤差，

σD為管徑誤差。

管道內(nèi)徑輸入不準(zhǔn)確所引起的誤差對在小管徑上使用便攜式超聲波流量計(jì)進(jìn)行流量測量時更是不容忽視。例如：內(nèi)徑測量的絕對誤差同樣是1mm，對DN1000管線來說其內(nèi)徑相對誤差為0.1%，而對DN100管線來說其內(nèi)徑相對誤差為1.0%。而流量是與內(nèi)徑的平方成正比的，同樣是1mm的內(nèi)徑測量誤差對DN1000管線所帶來的流量測量誤差僅有0.3%左右，而對于DN100管線所帶來的流量測量誤差卻有3%左右，可見便攜式超聲波流量計(jì)使用管線口徑越大測量越準(zhǔn)確，管線口徑越小，測量越難把握。所以便攜式超聲波流量計(jì)適用于大口徑管線上的測量。

（2）管壁厚度誤差與測量誤差的關(guān)系

實(shí)驗(yàn)時用一臺型號為FLD120Y1-A的便攜式超聲波流量計(jì)，先安裝在管道的標(biāo)準(zhǔn)位置通過檢定合格后，首先在安裝位置固定不變的情況下改變輸入壁厚參數(shù)得出結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)表相比較。然后按照上述操作依次在四種不同口徑的管線上測得結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)表相比較，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。

從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，管壁厚度輸入越大其測得誤差越大。所以，管壁參數(shù)輸入對測量結(jié)果有直接影響。

因此，管道參數(shù)的獲取最好是用實(shí)際測量的方法，一般用厚度測量儀進(jìn)行確認(rèn)。因?yàn)閷?shí)際的施工情況往往和設(shè)計(jì)的參數(shù)有出入，使用一段時間的管壁厚度也會由于腐蝕等原因發(fā)生變化。

（3）管道材質(zhì)及內(nèi)襯對測量的影響

被測管道材質(zhì)及內(nèi)襯輸入有誤時，也會造成換能器安裝距離的計(jì)算錯誤，使超聲波的入射角產(chǎn)生誤差，測量精度降低嚴(yán)重時將不能測量。實(shí)驗(yàn)證明，管道內(nèi)襯對測量的影響主要是它造成了實(shí)際管徑的變化。安裝了內(nèi)襯的管道使過水截面積減少，通過流速換算的流量相應(yīng)偏小，測量誤差與管道截面積變化成正比。如內(nèi)襯過厚而設(shè)置時被忽略或與管壁有間隙時則一般發(fā)生探測或信號錯誤，因此測量時應(yīng)根據(jù)實(shí)際準(zhǔn)確輸入內(nèi)襯材質(zhì)及厚度。實(shí)際應(yīng)用中，遇到管內(nèi)壁結(jié)垢相對均勻、信號基本正常時，可對內(nèi)襯做一定補(bǔ)償，以減少測量誤差。管道材質(zhì)及內(nèi)襯對測量的影響反映在聲波在各種介質(zhì)中傳播速度的差異上，若材質(zhì)的設(shè)置聲速大于實(shí)際的聲速，則測量結(jié)果偏大，反之則偏小。

2 流量計(jì)安裝及使用條件的要求

（1）安裝在直管段不同位置與標(biāo)準(zhǔn)表比較的相對誤差

便攜式超聲波流量計(jì)換能器安裝一般要求流量計(jì)上、下游分別有10倍和5倍以上管徑的直管段，以確保被測介質(zhì)的流態(tài)滿足儀表精度要求。實(shí)際使用時經(jīng)常不能找到滿足要求的安裝位置，使得流場不穩(wěn)定。

實(shí)驗(yàn)時用兩臺型號為FLD120Y1-A的便攜式超聲波流量計(jì)，先后安裝在標(biāo)準(zhǔn)位置檢定合格后，再把兩臺流量計(jì)先后安裝在非標(biāo)準(zhǔn)位置，其測得數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)表作比對，其實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表3、表4。

結(jié)果表明：下游直管段安裝距離比上游直管段影響小，上游有3倍以上管徑的直管段時可基本滿足要求。當(dāng)上游直管段不夠（紊流嚴(yán)重），如在彎頭、閥門、泵、閥之后裝表時，一般表現(xiàn)為正誤差。不少用戶受儀表測量空間的限制，在不能滿足安裝要求的位置測量，由此造成了測量誤差的加大，因此在安裝距離較小的地方應(yīng)首先確保上游的安裝距離。

（2）鋼管V法安裝換能器間距偏差與測量誤差的關(guān)系

實(shí)驗(yàn)時用一臺型號為FLD120Y1-A編號為Q3A2254T的便攜式超聲波流量計(jì)，安裝在管道的標(biāo)準(zhǔn)位置通過檢定合格后，移動換能器間距與標(biāo)準(zhǔn)表作比對。按照上述操作依次安裝在不同口徑管道的位置上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見表5。

實(shí)驗(yàn)表明：換能器間距的定位錯誤造成的誤差，直接影響測量結(jié)果，嚴(yán)重時信號太弱或找不到信號。換能器徑向錯位一般對測量結(jié)果影響甚微，但會關(guān)系信號強(qiáng)弱。安裝時要求聲束穿過管道中心，否則會由于聲波發(fā)射與接收角度不符使信號嚴(yán)重衰減，直至不能測量。

便攜式超聲波流量計(jì)的影響及檢定

1 安裝環(huán)境、耦合劑、信號電纜對測量的影響

便攜式超聲波流量計(jì)大都采用多脈沖、寬頻帶信號，具有一定抗電磁干擾能力，但在安裝現(xiàn)場存在高頻，特別是變頻干擾源時不能完全正常工作。換能器信號電纜不易過長，且應(yīng)使用特定阻抗的同軸電纜，專用端頭，中間不能有接頭。超聲耦合劑盡量使用導(dǎo)聲性能好、不易混入氣體的粘性物質(zhì)，如水玻璃、凡士林等。

2 沒有正確對超聲波流量計(jì)進(jìn)行檢定

任何流量計(jì)使用前都需要進(jìn)行檢定或校準(zhǔn)，便攜式超聲波流量計(jì)在這一點(diǎn)尤為重要。因?yàn)楸銛y式超聲波流量計(jì)一般配置多組換能器，分別適用于不同的管徑范圍，每組換能器與主機(jī)的搭配按理論都是一套獨(dú)立的流量計(jì)。因此，如果只在小管徑的流量標(biāo)準(zhǔn)裝置上用小換能器對便攜式超聲波流量計(jì)進(jìn)行檢定或校準(zhǔn)，那么在使用時如果用大換能器測量流量，就等于是使用未經(jīng)檢定或校準(zhǔn)的流量計(jì)，其計(jì)量準(zhǔn)確性是無法保證的。正確的方法是以用戶自己的使用情況為參考依據(jù)，盡可能在與使用管道口徑相同或接近的流量標(biāo)準(zhǔn)裝置上對便攜式超聲波流量計(jì)進(jìn)行多條管道的檢定或校準(zhǔn)。至少要保證流量計(jì)配置的每組換能器都要進(jìn)行檢定。流量計(jì)檢定或校準(zhǔn)證書上都會給出幾組換能器的儀表修正系數(shù)。在使用流量計(jì)時，要保證正確輸入對應(yīng)換能器的儀表修正系數(shù)。

便攜式超聲波流量計(jì)的缺點(diǎn)和局限性

（1）傳播時間法的便攜式超聲波流量計(jì)只能用于清潔液體和氣體。

（2）外夾裝換能器的超聲波流量計(jì)不能用于襯里或結(jié)垢太厚的管道，不能用于局部有凹陷或凸出物的管道，以及不能用于管壁銹蝕嚴(yán)重的管道。

（3）目前國內(nèi)生產(chǎn)現(xiàn)有超聲波流量計(jì)不能用于管徑小于DN25mm的管道。

（4）國內(nèi)對超聲波流量計(jì)的研究制造還在初級階段，其價格也相對較高。

流量計(jì)量是企業(yè)生產(chǎn)過程中重要的參數(shù)，特別是在油田節(jié)能節(jié)水等環(huán)保方面得到了越來越多的應(yīng)用。便攜式超聲波流量計(jì)是一種新型的流量儀表，它的方便性和經(jīng)濟(jì)性是其它流量計(jì)無法比擬的。但該類儀表所產(chǎn)生的很多隨機(jī)誤差還要繼續(xù)研究與探討。如現(xiàn)場環(huán)境、電源頻率的變化、管內(nèi)壁結(jié)垢、管內(nèi)夾帶氣泡等都會使測量誤差值發(fā)生一定的變化。所以繼續(xù)從實(shí)踐中總結(jié)準(zhǔn)確的測量方法是用好便攜式超聲波流量計(jì)發(fā)揮其有效作用的長期性任務(wù)。