目前勝利油田孤東采油廠共有注水站9座，日實(shí)際注污水量達(dá)13.87×10⁴ m³。多年來(lái)，由于受檢定條件的限制，幾乎都沒(méi)有做到周期檢定，有的連入廠檢定也沒(méi)有，如何保證它們的測(cè)量準(zhǔn)確度成為一個(gè)很重要的研究課題。為此，我們經(jīng)過(guò)調(diào)研論證，提出了采用高準(zhǔn)確度超聲波流量計(jì)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)在用注水流量?jī)x表進(jìn)行在線測(cè)試標(biāo)定的方案，并于2003年初引進(jìn)美國(guó)康樂(lè)創(chuàng)公司生產(chǎn)的1010P便攜式超聲波流量計(jì)，取得了良好的應(yīng)用效果。

      1 工作原理

      1010P便攜式超聲波流量計(jì)從工作原理上可分為兩大部分：一是超聲信號(hào)部分，它包括收發(fā)器板和換能器，收發(fā)器板主要包括發(fā)射器和接收器。發(fā)射器提供高壓發(fā)射脈沖信號(hào)，作用于換能器使之產(chǎn)生聲波，聲波穿過(guò)流體，被另一換能器接受，再轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，在電路中被接收器調(diào)制、放大、檢波，此信號(hào)作為帶有流量信息的接收信號(hào)。以發(fā)射信號(hào)為計(jì)時(shí)的起點(diǎn)T₁，接收信號(hào)為計(jì)時(shí)的終點(diǎn)T₂，這樣超聲波流量計(jì)就可以通過(guò)測(cè)量T₁和T₂，直接求得流體在聲道上的平均線流速，然后采用一種專(zhuān)有積分方法算出管道橫截面上的平均面流速的流量，當(dāng)流速變化時(shí)，儀表流量系數(shù)會(huì)隨著變化，并自動(dòng)校正流速的影響，使得流量計(jì)在很寬的流速范圍內(nèi)都保持一個(gè)通用儀表系數(shù)。

      單聲道夾裝式超聲波流量計(jì)流量計(jì)算公式為：

      Q=K×F（T）^E

      式中：Q― 液體流量；
               K― 定標(biāo)系數(shù)；
               F（T）^E ― 是含有對(duì)雷諾系數(shù)和聲速變化的修正系數(shù)。

      儀表通過(guò)測(cè)量聲波在液體傳播時(shí)間T求出流量。二是信息處理部分，它有兩塊印刷電路板組成，主要用來(lái)控制系統(tǒng)的工作時(shí)序，完成計(jì)時(shí)，測(cè)量流體流量中的各種運(yùn)算補(bǔ)償、定標(biāo)數(shù)據(jù)顯示和格式化輸出等。

      2 組成與主要技術(shù)指標(biāo)

      2.1 組成

      便攜式超聲波流量計(jì)從結(jié)構(gòu)上區(qū)分，主要由轉(zhuǎn)換器、換能器、電纜和電源等四部分組成，其組成示意圖如圖1所示，其中換能器包括各種量程的流量檢測(cè)探頭、管道缺陷檢測(cè)探頭等。

      2.2 主要技術(shù)指標(biāo)

     （1）準(zhǔn)確度：±1.0% ；
     （2）流體靈敏度：0.015mA；
     （3）零點(diǎn)漂移：<0.015m/s；
     （4）重復(fù)性：<0.5% ；
     （5）響應(yīng)速度（延時(shí)控制）：敏捷轉(zhuǎn)換時(shí)間從0.2秒到5分鐘；
     （6）流速范圍：±12m/s；
     （7）線性度：0.001m/s；
     （8）流體分布狀態(tài)補(bǔ)償：對(duì)測(cè)量的流量可以自動(dòng)進(jìn)行雷諾數(shù)的修正；
     （9）介質(zhì)條件：不含氣泡的牛頓流體，雷諾數(shù)小于2000或大于10000；
     （10）在無(wú)外接電源的條件下，現(xiàn)場(chǎng)工作時(shí)間可達(dá)4小時(shí)。

      3 安裝

      3.1 換能器安裝位置要求

     （1）為了保證1.0級(jí)準(zhǔn)確度，首先必須滿足表中對(duì)換能器安裝段上游和下游直管段長(zhǎng)度要求（見(jiàn)表1）。

表1

      注：表中D為管段內(nèi)徑

     （2）因?yàn)闅馀輹?huì)嚴(yán)重地衰減超聲波信號(hào)，對(duì)于水平或傾斜設(shè)置的管道換能器應(yīng)盡量避開(kāi)垂直方向，應(yīng)做到水平安裝。

      3.2 管道結(jié)構(gòu)缺陷檢測(cè)

      選好檢測(cè)位置后，用砂紙除去管道外壁的防腐漆，然后在缺陷檢測(cè)探頭的工作面上均勻適量地涂上耦合劑（黃油或凡士林），啟用缺陷檢測(cè)屏幕，將探頭接觸管道，保持一定的彈簧壓力，慢慢移動(dòng)手柄，觀察信號(hào)有否突然變化。若有信號(hào)突然增加有可能是裂縫、鑄造缺陷或焊渣等應(yīng)重新選擇安裝位置。

      3.3 管壁測(cè)厚

      在測(cè)厚探頭的工作面上均勻適量地涂上耦合劑（黃油或凡士林），啟用管壁測(cè)厚檢測(cè)屏幕，將探頭接觸到選好的檢測(cè)位置上，保持一定的壓力，即可獲得準(zhǔn)確的管壁厚度數(shù)值報(bào)表和管壁測(cè)量信號(hào)圖形。

      3.4 換能器的安裝方式

      換能器的安裝方式有兩種，即直射法和反射法。直射法是將兩個(gè)換能器面對(duì)面地安裝在管道兩側(cè)，而反射法則是將兩個(gè)換能器安裝在管道的同一側(cè)同一水平線上。流量計(jì)在輸入管道外徑、測(cè)量介質(zhì)、管道材質(zhì)等測(cè)量參數(shù)后，會(huì)自動(dòng)給出流量計(jì)兩個(gè)換能器的型號(hào)、安裝測(cè)量方式等測(cè)量參數(shù)，若采用反射法測(cè)量同時(shí)給出兩個(gè)換能器之間的軸向安裝距離。

      3.5 換能器的安裝

      用脫脂棉無(wú)水乙醇把換能元件的耦合面擦凈，然后在工作面上均勻適量地涂上耦合劑，用定距棒和鏈子把換能元件固定在管道外壁上，安裝時(shí)以偶合面全部偶合為最佳。

      4 功能與特點(diǎn)

      4.1 功能

     （1）該流量計(jì)自備有一個(gè)測(cè)厚儀，用以方便測(cè)量需要安裝換能器位置的管道壁厚，可精確測(cè)量壁厚為2.5mm至50.8mm的管道，且能產(chǎn)生一個(gè)管道壁厚的數(shù)值報(bào)表和圖形顯示。
     （2）測(cè)厚圖形屏幕同時(shí)顯示影響壁厚讀數(shù)的管道缺陷，若管壁因腐蝕、擠壓、焊接施工等原因造成嚴(yán)重的內(nèi)部缺陷，測(cè)量圖形則顯示為不規(guī)則的波幅圖形，有利于用戶及時(shí)發(fā)現(xiàn)，并做好預(yù)防措施，以免管道破裂。
     （3）該流量計(jì)還備有管道缺陷檢測(cè)功能。對(duì)于金屬管道，可利用1011FPS缺陷檢測(cè)探頭，預(yù)選檢查安裝位置是否適合夾裝式換能器的安裝，能在缺陷檢測(cè)探頭的兩英寸范圍內(nèi)，查出管道結(jié)構(gòu)是否存在缺陷，如內(nèi)部焊渣、內(nèi)部裂縫和管壁腐蝕情況等。
     （4）有測(cè)量參數(shù)自動(dòng)記錄和存儲(chǔ)功能。流量計(jì)采用動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)管理技術(shù)，最大存儲(chǔ)能力可達(dá)200K字節(jié)，可通過(guò)鍵盤(pán)上的“熱鍵”，即時(shí)產(chǎn)生數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器報(bào)告。
     （5）備有所有工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的模擬輸出端口，可通過(guò)菜單設(shè)置選擇各種數(shù)據(jù)輸出，同時(shí)也可通過(guò)數(shù)字、條形圖和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器屏幕來(lái)查看所有的數(shù)據(jù)。
     （6）具有報(bào)警功能?？商峁┒喾N報(bào)警輸出，可作為外部繼電器的觸發(fā)器進(jìn)行對(duì)外部裝置的控制。

      4.2 特點(diǎn)

     （1）該流量計(jì)體積小，重量輕，易于安裝和操作，代表著先進(jìn)的計(jì)算機(jī)儀表的先進(jìn)技術(shù)，它采用輕質(zhì)塑料外殼，便于攜帶和操作。
     （2）采用EZ夾具和定距棒，使得換能器的安裝十分方便。
     （3）大屏幕、大字符、高像素，圖形清晰美觀，能同時(shí)顯示字符和條形圖表，按滾動(dòng)鍵可顯示所有圖表。
     （4）節(jié)約能源。換能器安裝在管道外壁，不干擾流場(chǎng)，沒(méi)有壓力損失，是一種較理想的節(jié)能儀表，特別在測(cè)量大流量時(shí)，節(jié)能效益更加顯著。
     （5）測(cè)量過(guò)程不受流體粘度和密度的影響，且可在較短直管段條件下得到較高的測(cè)量準(zhǔn)確度。
     （6）轉(zhuǎn)換器以計(jì)算機(jī)為中心，實(shí)現(xiàn)各種補(bǔ)償和運(yùn)算，并判斷故障和自檢功能。
     （7）可在現(xiàn)有管道上安裝，不需要專(zhuān)門(mén)的閥門(mén)、法蘭和旁通管道，安裝和維修均不需要停止管道中流體流動(dòng)。
     （8）流量計(jì)由內(nèi)置電池操作，適合油田現(xiàn)場(chǎng)無(wú)外接電源條件下場(chǎng)合使用。電池用外接交流電源進(jìn)行定期充電即可。

      5 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況

      我廠經(jīng)過(guò)引進(jìn)、消化吸收和實(shí)驗(yàn)室多次測(cè)量試驗(yàn)，于2003年3月投入現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)應(yīng)用，對(duì)全廠各注水站在用大口徑流量計(jì)進(jìn)行在線現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試標(biāo)定，共測(cè)試對(duì)比標(biāo)定流量計(jì)達(dá)178臺(tái)次，產(chǎn)生直接經(jīng)濟(jì)效益達(dá)30余萬(wàn)元。經(jīng)過(guò)二年多時(shí)間的試驗(yàn)應(yīng)用結(jié)果表明，該流量計(jì)性能優(yōu)越，計(jì)量準(zhǔn)確度，可靠性好，解決了多年來(lái)我廠注水計(jì)量?jī)x表特別是大口徑注水計(jì)量?jī)x表的周期標(biāo)定問(wèn)題。它的應(yīng)用，不僅帶來(lái)直接的經(jīng)濟(jì)效益，而且又有效地提高了油田計(jì)量檢測(cè)技術(shù)水平，進(jìn)一步減少計(jì)量誤差，使油田注水計(jì)量數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確，更好地為油田開(kāi)發(fā)建設(shè)服務(wù)。

      參考文獻(xiàn)

      [1] 朱益飛.LWZ智能彎管流量計(jì)在污水計(jì)量中的應(yīng)用[J].油氣田地面工程.1998（3）：48- 50