超声波流量计用于原油大流量贸易计量的方案论证

　　1　引　言

　　在石油石化企业原油生产、储运及贸易交接过程中,原油外输计量是该过程的一个重要环节,其准确度直接关系到生产、销售企业的经济效益。假如输油量为1 000万吨/年,按当前油价和汇率折算,如果存在0. 1%的计量误差,那么就有可能损失4 000万元/年。

　　现在常用的外输流量计有容积式流量计、涡轮流量计、质量流量计。超声波流量计用于原油外输计量还处于推广阶段,本文对超声波流量计在原油大流量贸易计量上的应用做了方案的论证。①

　　2　工作原理及特点

　　时间差法超声波流量计以测量声波在流动介质中传播的时间与流量的关系为原理。在流动情况下,声波脉冲沿着流动方向(顺流)呈对角线穿过管道所使用的时间小于它按反方向(逆流)穿过管道所使用的时间。这两种声波脉冲之间的时差是与沿着声通路的平均流速成比例的,原理如图1所示[1,2]。

　　按照流动的反方向(逆流)传播的声波脉冲通过管道的时间为:

　　根据换能器供电方式不同,可以分为外贴式、插入式、管段式三种超声波流量计。管段式超声波流量计把换能器和测量管组成一体,测量精度也比其它超声波流量计要高。本方案采取了管段式超声波流量计作为原油外输计量表,在保证精度的同时,保了安装简单、使用方便的特点。

　　3　超声波流量计的优势[3,4]

　　液体超声波技术作为一个较成熟的技术,相对于现在常用于原油外输计量的容积式流量计,有着以下几个方面的优势:

　　液体超声波流量计相对于容积式流量计,由于其流通能力大、量程比宽,在同等流量工况条件下,超声波流量计的尺寸和重量会小很多,对海上平台的整体布置非常有利。

　　由于超声波流量计内部没有可动部件,使用过程中基本无需维护,维护成本极低,整体运营成本低。而容积式流量计的维修周期一般是三年一大修,更换内部轴承和转子,费用和新买一台差不多。超声波流量计不用插入被测流场,没有压力损失,其本身耗能又很小,特别是对大流量的计量,节能效益更为显著,大大降低了泵的运营成本,符合国家节能环保的要求。

　　4　计量系统方案

　　4.1　超声波流量计的检定

　　所有用于贸易计量的流量计,仪表系数必须在稳定的操作条件下完成检定,检定条件尽可能与实际条件相一致,所以在线检定通常为首选,因为它显示了真实工作状况下的精度。现在国家已经出台了超声波流量计实验室检定的相关标准[5],但对液体超声波流量计的在线检定还处于研究阶段。

　　超声波流量计和其它流量计的检定是不同的,这与它自身的工作原理有关。在实际管道中,紊流区情况复杂,并且包含了大量的紊流涡旋和非轴向速度分量。从超声波的特点来看,其获取的是一个或多个声道的流速瞬时映像,因此不仅可以“观测”到总的轴向速度,而且也可以“观测”到所有的分流现象,包括管道中因流体动力阻力以及流体混合而产生的紊流涡旋。轴向部分和非轴向部分在内的流场进行了实时合并,从而产生了性能不太良好的输出结果以及固有的、更多的分散情况,形成了更大程度上的数据散布。