多聲道管道式液體超聲波流量計的實(shí)際應用

一、多聲道管道式液體超聲波流量計應用現狀
超聲波流量計作為一種新興的流量測量技術(shù)，近年來(lái)得到了飛速的發(fā)展，尤其是應用于液體介質(zhì)測量的流量計的研發(fā)與生產(chǎn)技術(shù)的提高非常迅猛，按照目前的發(fā)展速度，專(zhuān)家預測液體超聲波流量計在流量計量與測量的領(lǐng)域未來(lái)將有著(zhù)更廣闊的應用前景。根據行業(yè)內的相關(guān)統計數據，在很多應用工況中，多聲道管道式液體超聲波流量計已經(jīng)逐步成為替代傳統容積式流量計和渦輪流量計，在貿易結算環(huán)節中應用的案例也越來(lái)越多。
多聲道管道式液體超聲波流量計已在國內外的成品油和原油的交接計量站中有多次成功的應用。僅從技術(shù)角度來(lái)看，多聲道管道式液體超聲波流量計在大流量和大口徑的管道測量中有著(zhù)非常顯著(zhù)的優(yōu)勢，存在著(zhù)無(wú)附加壓力損失、無(wú)可移動(dòng)部件、無(wú)節流裝置以及完善的自我診斷功能、方便的在線(xiàn)檢測與維護優(yōu)勢等，這些無(wú)疑都是傳統的容積式和渦輪式流量計無(wú)法具有的，再加上其有著(zhù)其他流量計更加寬的量程比，因此正成為液體原料及石油貿易交接的首選計量?jì)x表。
二、液體超聲波流量計工作原理及檢定難點(diǎn)
管道式液體超聲波流量計的測量原理是根據時(shí)差法，即當超聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)，會(huì )帶上流體的信息，即使往返的聲波信號的傳播時(shí)間產(chǎn)生微小的變化，時(shí)間的變化正比于流速。多聲道液體超聲波流量計是通過(guò)測量不同聲道上的傳播時(shí)間差來(lái)時(shí)間測量與計算的。管道式超聲波流量計不同于傳統的容積式流量計和渦輪流量計，其是靠電子芯片間接測量而對外發(fā)出計算脈沖的，此即為人工“制造”出與流量相關(guān)的脈沖（頻率），由于流量脈沖和串行信號是通過(guò)計算獲得，因此輸出信號會(huì )落后于流體的特性，而且經(jīng)過(guò)數據轉換的處理，脈沖信號很可能落后于串行數據的信號。管道式超聲波流量計在其內部幾條聲道上進(jìn)行高頻率的時(shí)間差測量，由于流體流動(dòng)存在的不穩定性，任何微小的流量擾動(dòng)和脈動(dòng)都會(huì )被流量計所檢測到，從而導致流量計產(chǎn)生不均勻的脈沖輸出，而這些信息是其他傳統的機械性流量計而反應不出來(lái)的。
而活塞式體積管由于最大尺寸的容積仍遠小于A(yíng)PI的容積推薦值，另外還有活塞式體積管在運行過(guò)程中的發(fā)射和回收可以引起流量的明顯擾動(dòng)，因此活塞式體積管不能直接用于標定液體超聲波流量計。
綜上所述，由于超聲波流量計本身的原理及特點(diǎn)存在不均勻的脈沖輸出，所以導致標定的體積管容積值巨大，大型的體積管在制造，使用，運輸安裝方面存在很多不便之處，尤其是海洋石油受平臺及油輪上空間及重量的局限性，都嚴重制約著(zhù)超聲波流量計在中海油的發(fā)展及應用。
三、液體超聲波流量計的檢定
由上所述，根據API標準可用球形體積管根據規范推薦的容積來(lái)選擇直接標定液體超聲波流量計。但是由于海上條件的限制，不是每個(gè)項目及應用都有足夠的空間來(lái)滿(mǎn)足球形體積管，所以要在中海油的業(yè)務(wù)中尋求更新和發(fā)展，必須要有辦法來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。目前國際上的應用證明等精度傳遞理論即“活塞式體積管+標準流量計法”可以解決超聲波流量計需要體積管容積大的問(wèn)題，標準流量計考慮到量程范圍，推薦用渦輪流量計。在流量計量領(lǐng)域中有等精度傳遞理論，及流量量值傳遞時(shí)只需要滿(mǎn)足計量學(xué)相關(guān)性基本原則，流量計在使用時(shí)和檢定時(shí)流量點(diǎn)相同，介質(zhì)相同和使用介質(zhì)的物理特性相同，流量計檢定和使用時(shí)幾何特性相同，流量計在檢定和使用過(guò)程中的操作過(guò)程相同，那么流量基準所復現的流量單位制將會(huì )等同精度傳遞給工作流量計�！靶∪莘e體積管+標準流量計法”的檢定方法為：
（1）先利用活塞體積管檢定作為中間傳遞的標準流量計，在規定的流量點(diǎn)下，逐點(diǎn)進(jìn)行多次重復測量（測量次數不少于5次），再進(jìn)行溫度，壓力修正后，計算出標準表在每個(gè)檢定點(diǎn)下的平均儀表系數和對應的重復性。標準流量計檢定得到的重復性已優(yōu)于0.02%為宜。
（2）在相同的檢定流量計和檢定條件下，在規定的時(shí)間段和規定的標準表脈沖數（通常大于10000個(gè)）內同時(shí)記錄標準表流量計和超聲波流量計的脈沖數以及當時(shí)各處的溫度，壓力數據，此時(shí)體積管停止運行。
（3）通過(guò)標準表的脈沖數及儀表系數及當時(shí)的溫度，壓力，計算出流過(guò)標準表的流體體積。
（4）通過(guò)標準表的流體體積及超聲波流量計處的溫度，壓力可以得出超聲波流量計在每一個(gè)檢定點(diǎn)下的平均儀表系數和對應的重復性。
目前“小容積體積管+標準流量計法”是液體超聲波流量計的主要檢定方法，國外主要的技術(shù)機構都采用本方法，并且主流的流量計算機，例如S600+，OMNI等都在控制程序中都支持該檢定方法。
小容積體積管+標準流量計的檢定方法符合JJG1030-2007超聲波流量計檢定規程中關(guān)于現場(chǎng)在線(xiàn)檢定的技術(shù)要求，可以對使用中的超聲波流量計的進(jìn)行檢定和檢驗。
四、管道式液體超聲波流量計在中海油貿易交接的應用
中海石油旅大32-2/27-2油田項目中第一次應用液體超聲波流量計作為貿易交接的應用。該油田在其旅大32-2PSP平臺上配備了兩套液體超聲波流量計，采用一臺18in活塞式體積管（容積值約120L）及一臺渦輪流量計為標準表。應用本文提出的方法進(jìn)行標定后得到新的流量計系數。外輸作業(yè)結束后，通過(guò)對比流量計及油罐的數據得到較好的一致性，兩者之間偏差小于0.02%。目前該項目已經(jīng)投用兩年多，得到客戶(hù)的肯定和好評。
隨后中海油伊拉克項目采用了三套DN150的液體超聲波流量計，同樣配用18in活塞式體積管及一臺渦輪流量計為標準表，目前已經(jīng)為中海油與伊拉克油田方提供貿易計量的服務(wù)。
此外，液體超聲波流量計+球形體積管方式應用于中海石油-新田石油合作平臺LF7-2原油的外輸計量中。對于中海油近五年來(lái)首個(gè)FPSO，恩平油田群24-2船，已經(jīng)確認為液體超聲波流量計（三用一備DN250）+球形體積管（30寸雙相球形體積管）的外輸計量方案。2014年將投產(chǎn)使用。
五、本文結語(yǔ)
作為貿易計量?jì)x表，準確性，重復性是流量計的重要參數指標，為了保證液體超聲波流量計的這些指標，就應該遵守計量法規的可行的在線(xiàn)檢定技術(shù)和方法。貿易計量?jì)x表的標定是流量量值傳遞及溯源連中最重要的環(huán)節，國家計量檢定方法對流量計的發(fā)展及應用有著(zhù)重大的意義和推進(jìn)作用。超聲波流量計計量液態(tài)烴發(fā)展較晚，相對其他傳統的流量計而言，國際上相應的標準也較少。美國石油協(xié)會(huì )API于2002年10月制定的采用時(shí)差法超聲波流量計測量液態(tài)烴的技術(shù)標準草案，2005年1月轉為正式標準API管道式MPMS管道式5.8：2005《用時(shí)差法超聲波流量計計量液態(tài)烴》.我國沒(méi)有液體超聲波流量計計量液態(tài)烴的專(zhuān)項規范標準，僅在2007年發(fā)布了用于檢定超聲波流量計的檢定規程《JJG1030-2007超聲波流量計的檢定規程》，該規程是一個(gè)通用的標準，尤側重于氣體超聲波流量計的檢定，對計量液體超聲波流量計的標定的特殊性沒(méi)有涉及。
隨著(zhù)技術(shù)的更新發(fā)展和計量規范的完善，管道式液體超聲波流量計將會(huì )在中海油的測量和計量中扮演著(zhù)更重要的角色。其量程比及壓損的優(yōu)勢，完善的電子診斷功能及低成本的維護，將為中海油低碳綠色業(yè)務(wù)的拓展提供更大的支持