原油、渣油、燃料油由于黏度大、易吸附、雜質(zhì)含量高，計(jì)量上比較困難，傳統(tǒng)均選用容積式流量計(jì)進(jìn)行計(jì)量。用于測(cè)量重油的容積式流量計(jì)一般為刮板、雙腰輪、橢圓齒輪、雙轉(zhuǎn)子、雙螺桿等流量計(jì)。

    容積式流量計(jì)是通過(guò)內(nèi)部轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)，將被測(cè)流體通過(guò)計(jì)量室排出的次數(shù)作為依據(jù)進(jìn)行計(jì)量的，由于存在轉(zhuǎn)子、軸、軸承、齒輪等機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)部件，計(jì)量?jī)x表易磨損，因此維護(hù)工作量大，維修困難。對(duì)于含雜質(zhì)較多的油漿，則由于易堵塞過(guò)濾網(wǎng)而無(wú)法計(jì)量。因此迫切需要運(yùn)用更先進(jìn)的測(cè)量技術(shù)解決重油計(jì)量問(wèn)題。超聲流量計(jì)的發(fā)展為重油計(jì)量提供了更為先進(jìn)的測(cè)量方法。

   一 測(cè)量原理

    超聲流量計(jì)根據(jù)對(duì)信號(hào)檢測(cè)原理的不同可分為多種，主要有時(shí)差法、多普勒法和聲束偏移法。多普勒法主要用于測(cè)量氣液或氣固兩相流體等含有氣泡或懸浮粒子的流體；而聲束偏移法是利用超聲波在流體中傳播時(shí)因流體流動(dòng)而產(chǎn)生的偏移程度來(lái)反映流速或流量值；對(duì)于重油測(cè)量，因其為單相流，一般采用時(shí)差法進(jìn)行測(cè)量。

    超聲流量計(jì)是一種利用流體流動(dòng)對(duì)超聲波束在流體中傳播速度的變化，以測(cè)量滿管液體體積流量的儀表。它有單聲道、雙聲道、多聲道3種測(cè)量方式。測(cè)量原理如圖所示。

    聲波沿液體流動(dòng)方向傳播時(shí)，其傳播時(shí)間比逆向短，其時(shí)間差即反映了液體流速。

    雙聲道超聲換能器A+B和A'+B'的對(duì)稱方式安裝于測(cè)量管的外側(cè)，組成兩個(gè)測(cè)量聲道，每個(gè)測(cè)量聲道A+B和A'+B'與測(cè)量管中心軸線形式夾角。

    超聲波從B點(diǎn)傳播到A點(diǎn)的速度：

    V_BA=Co－Vm?cosφ

    則A點(diǎn)到B點(diǎn)傳播時(shí)間：

    B點(diǎn)到A點(diǎn)傳播時(shí)間為：

    則（2）－（1）為：

    由于Vm<

    聲速CO為溫度的函數(shù)，為了消除聲速的影響，將（1）×（2）略去（Vmcosφ）²再代入（3），得：

    式中

    t_BA、t_AB――時(shí)間，應(yīng)由流量計(jì)連續(xù)測(cè)量所得

    A（A'）、B（B'）――超聲發(fā)射和接收換能器

    L――兩換能器之間的距離

    Vm――液體的平均流速

    t_AB――聲波從A點(diǎn)到B點(diǎn)的傳播時(shí)間

    t_BA――聲波從B點(diǎn)到A點(diǎn)的傳播時(shí)間

    C_O――在被測(cè)介質(zhì)（流體）中的聲波傳播速度

    φ――測(cè)量聲道與測(cè)量管中心軸線的夾角

    只要測(cè)得t_AB和t_BA即可算得流體平均流速V_m值，再乘以管道截面積就可算出流體體積流量值。

    二 流量計(jì)的選用

    超聲流量計(jì)型號(hào)的種類很多，正確選用合適的流量計(jì)是準(zhǔn)確測(cè)量流量的關(guān)鍵。耐高溫、固定檢測(cè)探頭的超聲流量計(jì)的精確度較高，計(jì)量精確度達(dá)±0.5%，科隆UFM500、丹佛斯SONOFLO系列超聲流量計(jì)均適宜于重油計(jì)量。

    UFM500型超聲流量計(jì)是帶有測(cè)量管和兩對(duì)超聲換能器的雙聲道儀表，換能器裝入特殊的探頭座內(nèi)，該座焊接于測(cè)量管，并與測(cè)量管垂直，更換換能器時(shí)無(wú)需作任何的調(diào)整與標(biāo)定，從管道外部即可更換。

    其特點(diǎn)為：

    （1）由于換能器為固定式，因此測(cè)量精確度較高。

    V≥0.5m/s，F(xiàn)=±0.5%的測(cè)量值；

    DN≥100    F（m³/h）=0.0010×DN；

    DN≤80     F（m³/h）=0.0015×DN。

    （2）測(cè)量管為直通管，無(wú)內(nèi)部凸出物，無(wú)任何外加壓力損失。

    （3）測(cè)量精確度與介質(zhì)特性無(wú)關(guān)，如電導(dǎo)率、密度、黏度、溫度等。

    （4）能在工作條件下（不停流）更換換能器，維護(hù)方便。

    （5）由于無(wú)機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)部件，不存在機(jī)械磨損，免維護(hù)。

    （6）雷諾數(shù)（Re）對(duì)測(cè)量影響較小。

    Re>4000（紊流）：對(duì)精確度無(wú)影響；

    Re<1000（層流）：對(duì)精確度無(wú)影響；

    Re為1000~4000時(shí)，雷諾數(shù)每變化100，最大的附加誤差為測(cè)量值的±0.1%。

    （7）所需直管段短，上游側(cè)泵出口為15DN，其余均為10DN，下游側(cè)為5DN，安裝方便。

    （8）氣體影響：只要在工作條件下氣體不超過(guò)液體容積的1%，對(duì)流量測(cè)量不會(huì)有影響。

    金陵石化南京煉油廠在催化油漿、爐用燃料、焦化進(jìn)裝置渣油分別選用了UFM500、SONOFLO型超聲流量計(jì)進(jìn)行計(jì)量，取得了成功。爐用燃料油原選用橢圓齒輪流量計(jì)進(jìn)行計(jì)量，由于燃料油易凝結(jié)，極易造成流量?jī)x表卡住而中斷供料，不利于安全生產(chǎn)；催化油漿由于含有催化劑粉末，易堵塞過(guò)濾器，一直無(wú)法正常計(jì)量。采用UFM500與SONOFLO超聲流量計(jì)用于爐用燃料油、油漿、渣油的計(jì)量，無(wú)需安裝過(guò)濾器，計(jì)量精確度高，維護(hù)量少，儀表運(yùn)行穩(wěn)定可靠。經(jīng)過(guò)兩年多的運(yùn)行，完全能滿足計(jì)量的要求，收到較好的效果。

    三 測(cè)量精確度的影響及對(duì)策

    （1）由測(cè)量原理知，超聲流量計(jì)是一種線速度式流量計(jì)，流體的流態(tài)對(duì)流量計(jì)影響較大，保證儀表前后直管段才能確保儀表的計(jì)量精確度，一般要求前直管段為15DN，后直管段為5DN。

    （2）流體的流速也是影響測(cè)量精確度的重要參數(shù)，對(duì)于測(cè)量要求較高的場(chǎng)所，應(yīng)要求最小流量不得低于（DN/100）²×14.2。

    （3）流量計(jì)安裝點(diǎn)的選擇非常重要，尤其對(duì)于重油應(yīng)確保測(cè)量點(diǎn)的溫度大于100℃，才能確保重油不吸附于儀表內(nèi)壁。如存在流體吸附，測(cè)量精確度將大大下降，嚴(yán)重時(shí)儀表無(wú)法正常測(cè)量。同時(shí)，為避免因流體的突然擴(kuò)張而導(dǎo)致氣體存在而影響測(cè)量精確度，儀表應(yīng)安裝于閥門的上游。

    四 多聲道超聲流量計(jì)的運(yùn)用

    對(duì)于貿(mào)易結(jié)算的原油、重油，由于其精確度要求較高，要求選用精確度高于±0.2%的計(jì)量?jī)x表。普通的超聲流量計(jì)無(wú)法達(dá)到此測(cè)量精確度，一般采用刮板流量計(jì)進(jìn)行計(jì)量。隨著超聲流量測(cè)量技術(shù)的不斷發(fā)展，德國(guó)科隆公司推出了多聲道超聲流量計(jì)，體積測(cè)量誤差≤±0.15%測(cè)量值，已完全適用于石油和石油產(chǎn)品的貿(mào)易結(jié)算?，F(xiàn)該產(chǎn)品的價(jià)格也大大降低，對(duì)于貿(mào)易結(jié)算的重油、原油也可選用多聲道超聲流量計(jì)進(jìn)行計(jì)量。

    五 結(jié)束語(yǔ)

    超聲流量計(jì)因其優(yōu)越的測(cè)量性能，已廣泛地運(yùn)用于水、輕質(zhì)油品等的計(jì)量。運(yùn)用超聲流量計(jì)測(cè)量原油、重油，還未得到廣泛地重視。實(shí)踐證明，只要正確地選型，合理地安裝就能準(zhǔn)確地對(duì)重油進(jìn)行測(cè)量。KROHNE公司的UFM500、丹佛斯SONOFLO超聲流量計(jì)在測(cè)量高黏度、高溫度的重油時(shí)，儀表運(yùn)行穩(wěn)定，計(jì)量精確度優(yōu)于±0.5%，性能可靠，大大降低了儀表維護(hù)的工作量，因此在重油的流量計(jì)量上必將得到廣泛的應(yīng)用。