超声波流量计在油田污水计量中的应用探讨

1. 胜利油田污水计量现状

油田污水回注计量是对油井进行合理配注的关键环节，油田生产中每天产生大量的工业污水，由各联合站通过计量仪表将这些污水回注，如果计量数据不准确将会造地质产水量、污水处理量和注水量三者不吻合的现象，影响了注采方案的实施。目前胜利油田有在用大口径注水流量计500台左右，这些流量计在污水计量中起着十分重要的作用。但由于胜利油田还不具备检定大口径流量计的能力，所以许多用户只能将仪表拆卸下来送到油田以外进行检定，这种方法费时、费力有时还耽误生产。有的用户因工艺流程的原因无法拆卸仪表，造成了仪表使用多年而无法检定的状况。为此，我们经过现场的实验论证，提出了采用超声波流量计对油田大口径污水计量仪表进行在线测试的方法来解决大口径污水流量计的检定问题。

2.超声波流量计的工作原理及特点

2.1 工作原理超声波按测量原理分类有：传播时间法、多普勒效应法等，目前广泛应用的是传播时间法。它的基本原理如图所示。

高频声脉冲从上游换能器A传送到下游接收换能器B的时间为

而从下游换能器B传送到上游接收换能器A的时间为

式中，L——声道距离；C——液体中的声速；——声道和管道轴向的夹角；V——管道中平均轴向流速。

由上式可推导出

可以看出流体流速V与时间差有关，测出tBA-tAB即可得到流速V。

2.2 特点

（1）超声波流量计的流量测量准确度几乎不受被测流体温度、压力、密度、电导率等参数的影响，可制成非接触及便携式测量仪表。

（2）超声波流量计可适应多种管径测量和多种流量范围测量，同其它原理的流量计相比，超声波流量计一般量程比可达300：1，不产生压损，全线性测量范围以及低维护量的特点。

（3）超声波流量计由内置电池操作，适合在无外接电源条件下的场合使用。

（4）超声波流量计对管道材质要求较低，管道材料可以是金属、塑料、玻璃等材质制成的。 [page]

3.应用超声波流量计实现准确计量的方法

3.1 探头位置的选择。流量计上游应的直管段长度应在10D以上，下游的直管段长度不低于5D，如果安装点上游有弯头应保证30D的直管段长度。安装探头应尽量水平安装同时应使两个探头在同一轴线上，同时应尽量选用厂家配套的专用偶合剂。

3.2 在流量计前段装有1米左右不锈钢的直管段。由于水质差的原因，普通碳钢的管道内壁很容易结垢，从而影响声波信号的准确接收。所以根据油田污水计量的特点，可以采取在探头安装点加上1米的不锈钢管段，这样的做不仅可以保证壁厚的测量精度，同时可以最大限度地保证信号接收强度，从而准确测量。

3.3 合理地选用超声波流量计。目前，超声波流量计的种类很多，如果选型不当，会造成测量精度不高，甚至流量无法测量等结果。

（1）时差法超声波流量计是目前应用范围最为广泛的超声波流量计。它主要用来测量洁净的液体流量，在自来水和工业用水领域，得到广泛应用。此外它也可以测量杂质含量不高的均质流体，如污水等介质的流量，而且精度可达±1.5%。实际应用表明，选用时差式超声波流量计，对相应流体的测量都可以得到满意的结果。

（2）多谱勒式超声波流量计只能用于测量含有适量颗粒或气泡的流体，要注意它对被测介质要求比较苛刻，不能是洁净水，同时杂质含量要求相对稳定，才可以正常测量，否则，在实际运用中会出现较大的测量误差。

4.超声波流量计现场应用中应注意的几个问题

4.1参数的准确测量。根据超声波的测量原理可以看出，管道的外径和壁厚的测量值都与流速有关，所以测量时应保证外径和壁厚准确。测量外径应选择游标卡尺进行测量，测量壁厚时应多选择几个测量点进行测量，然后取其平均值作为壁厚参数输入。

4.2 探头的正确安装。

（1）探头的安装位置应满足直管段的要求，前10D，后5D。

（2）确定探头正确的安装方式。超声波流量计应用最多的方式有二种探头安装方式，即z法和V法。z法一般用于大口径的管道测量，这种方法的优点是信号损失小，缺点是声程短不适用于小口径管道测量；V法一般适用于小口径管道测量，这种方法的优点是声程较长，可得较佳时间分辨能力。在水平管道上传感器最好装在管道截面积“9点或3点钟”的位置，这样可避免其他安装方式位置时气泡集于顶部，颗粒沉于底部流动给测量带来的影响。

（3）探头安装处管线表面应光滑，并涂有适量的超声波专用耦合剂，保证探头和管壁之间没有缝隙。耦合剂太少或使用太稀的耦合剂都会造成测量的数据不准确。

（4）探头应捆绑牢固使其与管道外壁紧紧接触并保证其不会移动，否则会造成声波的衰减导致数据的不准确。

4.3 定期去除测量管段内壁的结垢由于污水计量中管道内壁长时间形成的污垢很容易影响超声波测量的准确性，所以对于安装了不锈钢测量管段的用户，可以定期拆卸不锈钢测量管段进行清洗，这样可以保证用超声波流量计测量管道流量时的准确，最大限度地降低由于管道内壁结垢等原因所带来的影响。

5.结语

5.1 运用超声波流量计可以实现污水流量计的在线测量，不影响用户的正常生产。

5.2 便携式多普勒超声波流量计由于体积小、易于携带、安装方便等特点，与以往的离线检定相比省去了被检污水流量计的拆迁、运输等环节，有些大口径污水流量计在设计安装时未考虑以后的检定问题，所以根本无法进行离线检定，采用超声波流量计进行在线检测可以为用户节省很多的费用。

【参考文献】
[1]蔡武昌，孙淮清，纪纲.流量测量方法和仪表的选用[M].北京：化学工业出版社，2001.
[2]罗守南，刘岩，冯冠平.连续波超声术与传感器，2OO4（12）：44—46(end)