時(shí)差式管道式超聲波流量計(jì)實(shí)際應(yīng)用中的案例說(shuō)明

一、本文概述
　　近年以來(lái)，各類(lèi)與儀器儀表相關(guān)的測(cè)量技術(shù)不斷發(fā)展，液體超聲波流量計(jì)在其中表現(xiàn)最為突出，液體超聲波流量計(jì)設(shè)備研發(fā)與測(cè)量領(lǐng)域在持續(xù)地向縱深發(fā)展，使該技術(shù)在未來(lái)的人類(lèi)生產(chǎn)生活的應(yīng)用有著廣闊的前景，目前液體超聲波流量計(jì)正在逐步替代傳統(tǒng)型的容積式和渦輪式流量計(jì)，成為貿(mào)易交接和過(guò)程測(cè)量的新寵。國(guó)內(nèi)高端市場(chǎng)仍然是國(guó)外品牌的天下，不過(guò)隨著國(guó)內(nèi)研發(fā)技術(shù)的增強(qiáng)和對(duì)于此技術(shù)的重視，也產(chǎn)生了不少滿足中高端應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)的產(chǎn)品，多聲道管段式液體超聲波流量計(jì)在國(guó)內(nèi)的成品油和原油的貿(mào)易交接中已經(jīng)有很多成功的應(yīng)用案例。例如，在中海油的渤中LVDA27-2作業(yè)區(qū)，中海油伊拉克米桑油田區(qū)塊外輸計(jì)量，中海油-新田石油合作平臺(tái)LF7-2的外輸計(jì)量撬中均已成功投用。
　　僅從技術(shù)層現(xiàn)來(lái)觀察，因?yàn)槎嗦暤?strong>管道式式液體超聲波流量計(jì)在大流量和大口徑的計(jì)量中優(yōu)勢(shì)明顯，無(wú)可移動(dòng)部件，無(wú)附加壓力損失，且具有完善的自我診斷功能，在線維護(hù)方便快捷等特點(diǎn)，這些在傳統(tǒng)型的容積式和渦輪式流量計(jì)都無(wú)法實(shí)現(xiàn)的，并且其較其他類(lèi)型的液體流量計(jì)量程比最寬，所以其逐步應(yīng)用于液體烴貿(mào)易的趨勢(shì)非常明顯。

二、液體超聲波流量計(jì)工作原理及檢定難點(diǎn)
　　液體超聲波流量計(jì)的測(cè)量原理是根據(jù)時(shí)差法，即當(dāng)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(hào)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(jì)是通過(guò)測(cè)量不同聲道上的傳播時(shí)間差來(lái)時(shí)間測(cè)量與計(jì)算的。
　　根據(jù)API 5.8章節(jié)中可知，超聲波流量計(jì)不同于傳統(tǒng)的容積式流量計(jì)和渦輪流量計(jì)，其是靠電子芯片間接測(cè)量而對(duì)外發(fā)出計(jì)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(hào)是通過(guò)計(jì)算獲得，因此輸出信號(hào)會(huì)落后于流體的特性，而且經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的處理，脈沖信號(hào)很可能落后于串行數(shù)據(jù)的信號(hào)。
　　超聲波流量計(jì)在其內(nèi)部幾條聲道上進(jìn)行高頻率的時(shí)間差測(cè)量，由于流體流動(dòng)存在的不穩(wěn)定性，任何微小的流量擾動(dòng)和脈動(dòng)都會(huì)被流量計(jì)所檢測(cè)到，從而導(dǎo)致流量計(jì)產(chǎn)生不均勻的脈沖輸出（如圖1），而這些信息是其他傳統(tǒng)的機(jī)械性流量計(jì)而反應(yīng)不出來(lái)的。
　　而活塞式體積管由于最大尺寸的容積仍遠(yuǎn)小于API的容積推薦值，另外還有活塞式體積管在運(yùn)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(biāo)定液體超聲波流量計(jì)。
　　綜上所述，由于超聲波流量計(jì)本身的原理及特點(diǎn)存在不均勻的脈沖輸出，所以導(dǎo)致標(biāo)定的體積管容積值巨大，大型的體積管在制造，使用，運(yùn)輸安裝方面存在很多不便之處，尤其是海洋石油受平臺(tái)及油輪上空間及重量的局限性，都嚴(yán)重制約著超聲波流量計(jì)在中海油的發(fā)展及應(yīng)用。

三、液體超聲波流量計(jì)的檢定
　　由上所述，根據(jù)API標(biāo)準(zhǔn)可用球形體積管根據(jù)規(guī)范推薦的容積來(lái)選擇直接標(biāo)定液體超聲波流量計(jì)。但是由于海上條件的限制，不是每個(gè)項(xiàng)目及應(yīng)用都有足夠的空間來(lái)滿足球形體積管，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(guó)際上的應(yīng)用證明等精度傳遞理論即“活塞式體積管+標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)法”可以解決超聲波流量計(jì)需要體積管容積大的問(wèn)題，標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)考慮到量程范圍，推薦用渦輪流量計(jì)。
　　在流量計(jì)量領(lǐng)域中有等精度傳遞理論，及流量量值傳遞時(shí)只需要滿足計(jì)量學(xué)相關(guān)性基本原則，流量計(jì)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(jì)檢定和使用時(shí)幾何特性相同，流量計(jì)在檢定和使用過(guò)程中的操作過(guò)程相同，那么流量基準(zhǔn)所復(fù)現(xiàn)的流量單位制將會(huì)等同精度傳遞給工作流量計(jì)。
　　“小容積體積管+標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)法”的檢定方法為：
　?。?）先利用活塞體積管檢定作為中間傳遞的標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)，在規(guī)定的流量點(diǎn)下，逐點(diǎn)進(jìn)行多次重復(fù)測(cè)量（測(cè)量次數(shù)不少于5次），再進(jìn)行溫度，壓力修正后，計(jì)算出標(biāo)準(zhǔn)表在每個(gè)檢定點(diǎn)下的平均儀表系數(shù)和對(duì)應(yīng)的重復(fù)性。標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)檢定得到的重復(fù)性已優(yōu)于0.02%為宜。
　　（2）在相同的檢定流量計(jì)和檢定條件下，在規(guī)定的時(shí)間段和規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)表脈沖數(shù)（通常大于10000個(gè)）內(nèi)同時(shí)記錄標(biāo)準(zhǔn)表流量計(jì)和超聲波流量計(jì)的脈沖數(shù)以及當(dāng)時(shí)各處的溫度，壓力數(shù)據(jù)，此時(shí)體積管停止運(yùn)行。
　?。?）通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)表的脈沖數(shù)及儀表系數(shù)及當(dāng)時(shí)的溫度，壓力，計(jì)算出流過(guò)標(biāo)準(zhǔn)表的流體體積。
　?。?）通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)表的流體體積及超聲波流量計(jì)處的溫度，壓力可以得出超聲波流量計(jì)在每一個(gè)檢定點(diǎn)下的平均儀表系數(shù)和對(duì)應(yīng)的重復(fù)性。
　　目前“小容積體積管+標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)法”是液體超聲波流量計(jì)的主要檢定方法，國(guó)外主要的技術(shù)機(jī)構(gòu)都采用本方法，并且主流的流量計(jì)算機(jī)，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(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)的檢定方法符合JJG1030-2007超聲波流量計(jì)檢定規(guī)程中關(guān)于現(xiàn)場(chǎng)在線檢定的技術(shù)要求，可以對(duì)使用中的超聲波流量計(jì)的進(jìn)行檢定和檢驗(yàn)。
　
四、液體超聲波流量計(jì)在中海油貿(mào)易交接的應(yīng)用
　　中海石油旅大32-2/27-2油田項(xiàng)目中第一次應(yīng)用液體超聲波流量計(jì)作為貿(mào)易交接的應(yīng)用。該油田在其旅大32-2PSP平臺(tái)上配備了兩套美國(guó)艾默生公司Daniel液體超聲波流量計(jì)，采用一臺(tái)18in活塞式體積管（容積值約120L）及一臺(tái)渦輪流量計(jì)為標(biāo)準(zhǔn)表。應(yīng)用本文提出的方法進(jìn)行標(biāo)定后得到新的流量計(jì)系數(shù)。外輸作業(yè)結(jié)束后，通過(guò)對(duì)比流量計(jì)及油罐的數(shù)據(jù)得到較好的一致性，兩者之間偏差小于0.02%。目前該項(xiàng)目已經(jīng)投用兩年多，得到客戶(hù)的肯定和好評(píng)。
　　隨后中海油伊拉克項(xiàng)目采用了三套DN150的液體超聲波流量計(jì)，同樣配用18in活塞式體積管及一臺(tái)渦輪流量計(jì)為標(biāo)準(zhǔn)表，目前已經(jīng)為中海油與伊拉克油田方提供貿(mào)易計(jì)量的服務(wù)。
　　此外，液體超聲波流量計(jì)+球形體積管方式應(yīng)用于中海石油-新田石油合作平臺(tái)LF7-2原油的外輸計(jì)量中。
　　對(duì)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(rèn)為液體超聲波流量計(jì)（三用一備DN250）+球形體積管（30寸雙相球形體積管）的外輸計(jì)量方案。2014年將投產(chǎn)使用。

五、本文結(jié)語(yǔ)
作為貿(mào)易計(jì)量?jī)x表，準(zhǔn)確性，重復(fù)性是流量計(jì)的重要參數(shù)指標(biāo)，為了保證液體超聲波流量計(jì)的這些指標(biāo)，就應(yīng)該遵守計(jì)量法規(guī)的可行的在線檢定技術(shù)和方法。貿(mào)易計(jì)量?jī)x表的標(biāo)定是流量量值傳遞及溯源連中最重要的環(huán)節(jié)，國(guó)家計(jì)量檢定方法對(duì)流量計(jì)的發(fā)展及應(yīng)用有著重大的意義和推進(jìn)作用。
超聲波流量計(jì)計(jì)量液態(tài)烴發(fā)展較晚，相對(duì)其他傳統(tǒng)的流量計(jì)而言，國(guó)際上相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)也較少。美國(guó)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(jì)測(cè)量液態(tài)烴的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)草案，2005年1月轉(zhuǎn)為正式標(biāo)準(zhǔn)API MPMS 5.8：2005《用時(shí)差法超聲波流量計(jì)計(jì)量液態(tài)烴》.我國(guó)沒(méi)有液體超聲波流量計(jì)計(jì)量液態(tài)烴的專(zhuān)項(xiàng)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，僅在2007年發(fā)布了用于檢定超聲波流量計(jì)的檢定規(guī)程《JJG1030-2007超聲波流量計(jì)的檢定規(guī)程》，該規(guī)程是一個(gè)通用的標(biāo)準(zhǔn)，尤側(cè)重于氣體超聲波流量計(jì)的檢定，對(duì)計(jì)量液體超聲波流量計(jì)的標(biāo)定的特殊性沒(méi)有涉及。
隨著技術(shù)的更新發(fā)展和計(jì)量規(guī)范的完善，管段式液體超聲波流量計(jì)將會(huì)在中海油的測(cè)量和計(jì)量中扮演著更重要的角色。其量程比及壓損的優(yōu)勢(shì)，完善的電子診斷功能及低成本的維護(hù)，將為中海油低碳綠色業(yè)務(wù)的拓展提供更大的支持