目前勝利油田孤東采油廠共有注水站9座，日實際注污水量達13.87×10⁴ m³。多年來，由于受檢定條件的限制，幾乎都沒有做到周期檢定，有的連入廠檢定也沒有，如何保證它們的測量準確度成為一個很重要的研究課題。為此，我們經過調研論證，提出了采用高準確度超聲波流量計對現場在用注水流量儀表進行在線測試標定的方案，并于2003年初引進美國康樂創公司生產的1010P便攜式超聲波流量計，取得了良好的應用效果。

      1 工作原理

      1010P便攜式超聲波流量計從工作原理上可分為兩大部分：一是超聲信號部分，它包括收發器板和換能器，收發器板主要包括發射器和接收器。發射器提供高壓發射脈沖信號，作用于換能器使之產生聲波，聲波穿過流體，被另一換能器接受，再轉換成電信號，在電路中被接收器調制、放大、檢波，此信號作為帶有流量信息的接收信號。以發射信號為計時的起點T₁，接收信號為計時的終點T₂，這樣超聲波流量計就可以通過測量T₁和T₂，直接求得流體在聲道上的平均線流速，然后采用一種專有積分方法算出管道橫截面上的平均面流速的流量，當流速變化時，儀表流量系數會隨著變化，并自動校正流速的影響，使得流量計在很寬的流速范圍內都保持一個通用儀表系數。

      單聲道夾裝式超聲波流量計流量計算公式為：

      Q=K×F（T）^E

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

      儀表通過測量聲波在液體傳播時間T求出流量。二是信息處理部分，它有兩塊印刷電路板組成，主要用來控制系統的工作時序，完成計時，測量流體流量中的各種運算補償、定標數據顯示和格式化輸出等。

      2 組成與主要技術指標

      2.1 組成

      便攜式超聲波流量計從結構上區分，主要由轉換器、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探頭、管道缺陷檢測探頭等。

      2.2 主要技術指標

     （1）準確度：±1.0% ；
     （2）流體靈敏度：0.015mA；
     （3）零點漂移：<0.015m/s；
     （4）重復性：<0.5% ；
     （5）響應速度（延時控制）：敏捷轉換時間從0.2秒到5分鐘；
     （6）流速范圍：±12m/s；
     （7）線性度：0.001m/s；
     （8）流體分布狀態補償：對測量的流量可以自動進行雷諾數的修正；
     （9）介質條件：不含氣泡的牛頓流體，雷諾數小于2000或大于10000；
     （10）在無外接電源的條件下，現場工作時間可達4小時。

      3 安裝

      3.1 換能器安裝位置要求

     （1）為了保證1.0級準確度，首先必須滿足表中對換能器安裝段上游和下游直管段長度要求（見表1）。

表1

      注：表中D為管段內徑

     （2）因為氣泡會嚴重地衰減超聲波信號，對于水平或傾斜設置的管道換能器應盡量避開垂直方向，應做到水平安裝。

      3.2 管道結構缺陷檢測

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

      3.3 管壁測厚

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

      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。直射法是將兩個換能器面對面地安裝在管道兩側，而反射法則是將兩個換能器安裝在管道的同一側同一水平線上。流量計在輸入管道外徑、測量介質、管道材質等測量參數后，會自動給出流量計兩個換能器的型號、安裝測量方式等測量參數，若采用反射法測量同時給出兩個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，安裝時以偶合面全部偶合為。

      4 功能與特點

      4.1 功能

     （1）該流量計自備有一個測厚儀，用以方便測量需要安裝換能器位置的管道壁厚，可精確測量壁厚為2.5mm至50.8mm的管道，且能產生一個管道壁厚的數值報表和圖形顯示。
     （2）測厚圖形屏幕同時顯示影響壁厚讀數的管道缺陷，若管壁因腐蝕、擠壓、焊接施工等原因造成嚴重的內部缺陷，測量圖形則顯示為不規則的波幅圖形，有利于用戶及時發現，并做好預防措施，以免管道破裂。
     （3）該流量計還備有管道缺陷檢測功能。對于金屬管道，可利用1011FPS缺陷檢測探頭，預選檢查安裝位置是否適合夾裝式換能器的安裝，能在缺陷檢測探頭的兩英寸范圍內，查出管道結構是否存在缺陷，如內部焊渣、內部裂縫和管壁腐蝕情況等。
     （4）有測量參數自動記錄和存儲功能。流量計采用動態存儲管理技術，存儲能力可達200K字節，可通過鍵盤上的“熱鍵”，即時產生數據存儲器報告。
     （5）備有所有工業標準的模擬輸出端口，可通過菜單設置選擇各種數據輸出，同時也可通過數字、條形圖和數據存儲器屏幕來查看所有的數據。
     （6）具有報警功能。可提供多種報警輸出，可作為外部繼電器的觸發器進行對外部裝置的控制。

      4.2 特點

     （1）該流量計體積小，重量輕，易于安裝和操作，代表著的計算機儀表的技術，它采用輕質塑料外殼，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，能同時顯示字符和條形圖表，按滾動鍵可顯示所有圖表。
     （4）節約能源。換能器安裝在管道外壁，不干擾流場，沒有壓力損失，是一種較理想的節能儀表，特別在測量大流量時，節能效益更加顯著。
     （5）測量過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量準確度。
     （6）轉換器以計算機為中心，實現各種補償和運算，并判斷故障和自檢功能。
     （7）可在現有管道上安裝，不需要專門的閥門、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。
     （8）流量計由內置電池操作，適合油田現場無外接電源條件下場合使用。電池用外接交流電源進行定期充電即可。

      5 現場應用情況

      我廠經過引進、消化吸收和實驗室多次測量試驗，于2003年3月投入現場生產應用，對全廠各注水站在用大口徑流量計進行在線現場測試標定，共測試對比標定流量計達178臺次，產生直接經濟效益達30余萬元。經過二年多時間的試驗應用結果表明，該流量計性能，計量準確度，可靠性好，解決了多年來我廠注水計量儀表特別是大口徑注水計量儀表的周期標定問題。它的應用，不僅帶來直接的經濟效益，而且又有效地提高了油田計量檢測技術水平，進一步減少計量誤差，使油田注水計量數據更準確，更好地為油田開發建設服務。

      參考文獻

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