超聲波流量計在油田污水計量中的應用探討

1.勝利油田污水計量現狀

油田污水回注計量是對油井進(jìn)行合理配注的關(guān)鍵環(huán)節，油田生產(chǎn)中每天產(chǎn)生大量的工業(yè)污水，由各聯(lián)合站通過(guò)計量?jì)x表將這些污水回注，如果計量數據不準確將會(huì )造地質(zhì)產(chǎn)水量、污水處理量和注水量三者不吻合的現象，影響了注采方案的實(shí)施。目前勝利油田有在用大口徑注水流量計500臺左右，這些流量計在污水計量中起著(zhù)十分重要的作用。但由于勝利油田還不具備檢定大口徑流量計的能力，所以許多用戶(hù)只能將儀表拆卸下來(lái)送到油田以外進(jìn)行檢定，這種方法費時(shí)、費力有時(shí)還耽誤生產(chǎn)。有的用戶(hù)因工藝流程的原因無(wú)法拆卸儀表，造成了儀表使用多年而無(wú)法檢定的狀況。為此，我們經(jīng)過(guò)現場(chǎng)的實(shí)驗論證，提出了采用超聲波流量計對油田大口徑污水計量?jì)x表進(jìn)行在線(xiàn)測試的方法來(lái)解決大口徑污水流量計的檢定問(wèn)題。

2.超聲波流量計的工作原理及特點(diǎn)

2.1 工作原理超聲波按測量原理分類(lèi)有：傳播時(shí)間法、多普勒效應法等，目前廣泛應用的是傳播時(shí)間法。它的基本原理如圖所示。

高頻聲脈沖從上游換能器A傳送到下游接收換能器B的時(shí)間為

 而從下游換能器B傳送到上游接收換能器A的時(shí)間為

 式中，L——聲道距離；C——液體中的聲速；——聲道和管道軸向的夾角；V——管道中平均軸向流速。

由上式可推導出

可以看出流體流速V與時(shí)間差有關(guān)，測出tBA-tAB即可得到流速V。

2.2 特點(diǎn)

（1）超聲波流量計的流量測量準確度幾乎不受被測流體溫度、壓力、密度、電導率等參數的影響，可制成非接觸及便攜式測量?jì)x表。

（2）超聲波流量計可適應多種管徑測量和多種流量范圍測量，同其它原理的流量計相比，超聲波流量計一般量程比可達300：1，不產(chǎn)生壓損，全線(xiàn)性測量范圍以及低維護量的特點(diǎn)。

（3）超聲波流量計由內置電池操作，適合在無(wú)外接電源條件下的場(chǎng)合使用。

（4）超聲波流量計對管道材質(zhì)要求較低，管道材料可以是金屬、塑料、玻璃等材質(zhì)制成的。

3.應用超聲波流量計實(shí)現準確計量的方法

3.1 探頭位置的選擇。流量計上游應的直管段長(cháng)度應在10D以上，下游的直管段長(cháng)度不低于5D，如果安裝點(diǎn)上游有彎頭應保證30D的直管段長(cháng)度。安裝探頭應盡量水平安裝同時(shí)應使兩個(gè)探頭在同一軸線(xiàn)上，同時(shí)應盡量選用廠(chǎng)家配套的專(zhuān)用偶合劑。

3.2 在流量計前段裝有1米左右不銹鋼的直管段。由于水質(zhì)差的原因，普通碳鋼的管道內壁很容易結垢，從而影響聲波信號的準確接收。所以根據油田污水計量的特點(diǎn)，可以采取在探頭安裝點(diǎn)加上1米的不銹鋼管段，這樣的做不僅可以保證壁厚的測量精度，同時(shí)可以最大限度地保證信號接收強度，從而準確測量。

3.3 合理地選用超聲波流量計。目前，超聲波流量計的種類(lèi)很多，如果選型不當，會(huì )造成測量精度不高，甚至流量無(wú)法測量等結果。

（1）時(shí)差法超聲波流量計是目前應用范圍最為廣泛的超聲波流量計。它主要用來(lái)測量潔凈的液體流量，在自來(lái)水和工業(yè)用水領(lǐng)域，得到廣泛應用。此外它也可以測量雜質(zhì)含量不高的均質(zhì)流體，如污水等介質(zhì)的流量，而且精度可達±1.5%。實(shí)際應用表明，選用時(shí)差式超聲波流量計，對相應流體的測量都可以得到滿(mǎn)意的結果。

（2）多譜勒式超聲波流量計只能用于測量含有適量顆�；驓馀莸牧黧w，要注意它對被測介質(zhì)要求比較苛刻，不能是潔凈水，同時(shí)雜質(zhì)含量要求相對穩定，才可以正常測量，否則，在實(shí)際運用中會(huì )出現較大的測量誤差。

4.超聲波流量計現場(chǎng)應用中應注意的幾個(gè)問(wèn)題

4.1參數的準確測量。根據超聲波的測量原理可以看出，管道的外徑和壁厚的測量值都與流速有關(guān)，所以測量時(shí)應保證外徑和壁厚準確。測量外徑應選擇游標卡尺進(jìn)行測量，測量壁厚時(shí)應多選擇幾個(gè)測量點(diǎn)進(jìn)行測量，然后取其平均值作為壁厚參數輸入。

4.2 探頭的正確安裝。

（1）探頭的安裝位置應滿(mǎn)足直管段的要求，前10D，后5D。

（2）確定探頭正確的安裝方式。超聲波流量計應用最多的方式有二種探頭安裝方式，即z法和V法。z法一般用于大口徑的管道測量，這種方法的優(yōu)點(diǎn)是信號損失小，缺點(diǎn)是聲程短不適用于小口徑管道測量；V法一般適用于小口徑管道測量，這種方法的優(yōu)點(diǎn)是聲程較長(cháng)，可得較佳時(shí)間分辨能力。在水平管道上傳感器最好裝在管道截面積“9點(diǎn)或3點(diǎn)鐘”的位置，這樣可避免其他安裝方式位置時(shí)氣泡集于頂部，顆粒沉于底部流動(dòng)給測量帶來(lái)的影響。

（3）探頭安裝處管線(xiàn)表面應光滑，并涂有適量的超聲波專(zhuān)用耦合劑，保證探頭和管壁之間沒(méi)有縫隙。耦合劑太少或使用太稀的耦合劑都會(huì )造成測量的數據不準確。

（4）探頭應捆綁牢固使其與管道外壁緊緊接觸并保證其不會(huì )移動(dòng)，否則會(huì )造成聲波的衰減導致數據的不準確。

4.3 定期去除測量管段內壁的結垢由于污水計量中管道內壁長(cháng)時(shí)間形成的污垢很容易影響超聲波測量的準確性，所以對于安裝了不銹鋼測量管段的用戶(hù)，可以定期拆卸不銹鋼測量管段進(jìn)行清洗，這樣可以保證用超聲波流量計測量管道流量時(shí)的準確，最大限度地降低由于管道內壁結垢等原因所帶來(lái)的影響。

5.結語(yǔ)

5.1 運用超聲波流量計可以實(shí)現污水流量計的在線(xiàn)測量，不影響用戶(hù)的正常生產(chǎn)。

5.2 便攜式多普勒超聲波流量計由于體積小、易于攜帶、安裝方便等特點(diǎn)，與以往的離線(xiàn)檢定相比省去了被檢污水流量計的拆遷、運輸等環(huán)節，有些大口徑污水流量計在設計安裝時(shí)未考慮以后的檢定問(wèn)題，所以根本無(wú)法進(jìn)行離線(xiàn)檢定，采用超聲波流量計進(jìn)行在線(xiàn)檢測可以為用戶(hù)節省很多的費用。