摘 要： 文章分析了勝利油田污水計(jì)量的現(xiàn)狀和存在的問(wèn)題，并分析了存在這些問(wèn)題的原因。在此基礎(chǔ)上，提出了運(yùn)用超聲波流量計(jì)檢測(cè)污水流量計(jì)這一有效途徑，同時(shí)也分析了在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)該注意的一些問(wèn)題。
關(guān)鍵字： 超聲波流量計(jì) 時(shí)差法 污水計(jì)量 在線檢測(cè)
1. 勝利油田污水計(jì)量現(xiàn)狀
油田污水回注計(jì)量是對(duì)油井進(jìn)行合理配注的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，油田生產(chǎn)中每天產(chǎn)生大量的工業(yè)污水，由各聯(lián)合站通過(guò)計(jì)量?jī)x表將這些污水回注，如果計(jì)量數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確將會(huì)造地質(zhì)產(chǎn)水量、污水處理量和注水量三者不吻合的現(xiàn)象，影響了注采方案的實(shí)施。目前勝利油田有在用大口徑注水流量計(jì)500臺(tái)左右，這些流量計(jì)在污水計(jì)量中起著十分重要的作用。但由于勝利油田還不具備檢定大口徑流量計(jì)的能力，所以許多用戶只能將儀表拆卸下來(lái)送到油田以外進(jìn)行檢定，這種方法費(fèi)時(shí)、費(fèi)力有時(shí)還耽誤生產(chǎn)。有的用戶因工藝流程的原因無(wú)法拆卸儀表，造成了儀表使用多年而無(wú)法檢定的狀況。為此，我們經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)驗(yàn)論證，提出了采用超聲波流量計(jì)對(duì)油田大口徑污水計(jì)量?jī)x表進(jìn)行在線測(cè)試的方法來(lái)解決大口徑污水流量計(jì)的檢定問(wèn)題。
2.超聲波流量計(jì)的工作原理及特點(diǎn)
2.1 工作原理超聲波按測(cè)量原理分類有：傳播時(shí)間法、多普勒效應(yīng)法等，目前廣泛應(yīng)用的是傳播時(shí)間法。它的基本原理如圖所示。
高頻聲脈沖從上游換能器A傳送到下游接收換能器B的時(shí)間為
而從下游換能器B傳送到上游接收換能器A的時(shí)間為
式中，L——聲道距離；C——液體中的聲速；——聲道和管道軸向的夾角；V——管道中平均軸向流速。
由上式可推導(dǎo)出
可以看出流體流速V與時(shí)間差有關(guān)，測(cè)出tBA-tAB即可得到流速V。
2.2 特點(diǎn)
（1）超聲波流量計(jì)的流量測(cè)量準(zhǔn)確度幾乎不受被測(cè)流體溫度、壓力、密度、電導(dǎo)率等參數(shù)的影響，可制成非接觸及便攜式測(cè)量?jī)x表。
（2）超聲波流量計(jì)可適應(yīng)多種管徑測(cè)量和多種流量范圍測(cè)量，同其它原理的流量計(jì)相比，超聲波流量計(jì)一般量程比可達(dá)300：1，不產(chǎn)生壓損，全線性測(cè)量范圍以及低維護(hù)量的特點(diǎn)。
（3）超聲波流量計(jì)由內(nèi)置電池操作，適合在無(wú)外接電源條件下的場(chǎng)合使用。
（4）超聲波流量計(jì)對(duì)管道材質(zhì)要求較低，管道材料可以是金屬、塑料、玻璃等材質(zhì)制成的。
3.應(yīng)用超聲波流量計(jì)實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確計(jì)量的方法
3.1 探頭位置的選擇。流量計(jì)上游應(yīng)的直管段長(zhǎng)度應(yīng)在10D以上，下游的直管段長(zhǎng)度不低于5D，如果安裝點(diǎn)上游有彎頭應(yīng)保證30D的直管段長(zhǎng)度。安裝探頭應(yīng)盡量水平安裝同時(shí)應(yīng)使兩個(gè)探頭在同一軸線上，同時(shí)應(yīng)盡量選用廠家配套的專用偶合劑。
3.2 在流量計(jì)前段裝有1米左右不銹鋼的直管段。由于水質(zhì)差的原因，普通碳鋼的管道內(nèi)壁很容易結(jié)垢，從而影響聲波信號(hào)的準(zhǔn)確接收。所以根據(jù)油田污水計(jì)量的特點(diǎn)，可以采取在探頭安裝點(diǎn)加上1米的不銹鋼管段，這樣的做不僅可以保證壁厚的測(cè)量精度，同時(shí)可以最大限度地保證信號(hào)接收強(qiáng)度，從而準(zhǔn)確測(cè)量。
3.3 合理地選用超聲波流量計(jì)。目前，超聲波流量計(jì)的種類很多，如果選型不當(dāng)，會(huì)造成測(cè)量精度不高，甚至流量無(wú)法測(cè)量等結(jié)果。
（1）時(shí)差法超聲波流量計(jì)是目前應(yīng)用范圍最為廣泛的超聲波流量計(jì)。它主要用來(lái)測(cè)量潔凈的液體流量，在自來(lái)水和工業(yè)用水領(lǐng)域，得到廣泛應(yīng)用。此外它也可以測(cè)量雜質(zhì)含量不高的均質(zhì)流體，如污水等介質(zhì)的流量，而且精度可達(dá)±1.5%。實(shí)際應(yīng)用表明，選用時(shí)差式超聲波流量計(jì)，對(duì)相應(yīng)流體的測(cè)量都可以得到滿意的結(jié)果。
（2）多譜勒式超聲波流量計(jì)只能用于測(cè)量含有適量顆粒或氣泡的流體，要注意它對(duì)被測(cè)介質(zhì)要求比較苛刻，不能是潔凈水，同時(shí)雜質(zhì)含量要求相對(duì)穩(wěn)定，才可以正常測(cè)量，否則，在實(shí)際運(yùn)用中會(huì)出現(xiàn)較大的測(cè)量誤差。
4.超聲波流量計(jì)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題
4.1參數(shù)的準(zhǔn)確測(cè)量。根據(jù)超聲波的測(cè)量原理可以看出，管道的外徑和壁厚的測(cè)量值都與流速有關(guān)，所以測(cè)量時(shí)應(yīng)保證外徑和壁厚準(zhǔn)確。測(cè)量外徑應(yīng)選擇游標(biāo)卡尺進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量壁厚時(shí)應(yīng)多選擇幾個(gè)測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，然后取其平均值作為壁厚參數(shù)輸入。
4.2 探頭的正確安裝。
（1）探頭的安裝位置應(yīng)滿足直管段的要求，前10D，后5D。
（2）確定探頭正確的安裝方式。超聲波流量計(jì)應(yīng)用最多的方式有二種探頭安裝方式，即z法和V法。z法一般用于大口徑的管道測(cè)量，這種方法的優(yōu)點(diǎn)是信號(hào)損失小，缺點(diǎn)是聲程短不適用于小口徑管道測(cè)量；V法一般適用于小口徑管道測(cè)量，這種方法的優(yōu)點(diǎn)是聲程較長(zhǎng)，可得較佳時(shí)間分辨能力。在水平管道上傳感器最好裝在管道截面積“9點(diǎn)或3點(diǎn)鐘”的位置，這樣可避免其他安裝方式位置時(shí)氣泡集于頂部，顆粒沉于底部流動(dòng)給測(cè)量帶來(lái)的影響。
（3）探頭安裝處管線表面應(yīng)光滑，并涂有適量的超聲波專用耦合劑，保證探頭和管壁之間沒(méi)有縫隙。耦合劑太少或使用太稀的耦合劑都會(huì)造成測(cè)量的數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。
（4）探頭應(yīng)捆綁牢固使其與管道外壁緊緊接觸并保證其不會(huì)移動(dòng)，否則會(huì)造成聲波的衰減導(dǎo)致數(shù)據(jù)的不準(zhǔn)確。
4.3 定期去除測(cè)量管段內(nèi)壁的結(jié)垢由于污水計(jì)量中管道內(nèi)壁長(zhǎng)時(shí)間形成的污垢很容易影響超聲波測(cè)量的準(zhǔn)確性，所以對(duì)于安裝了不銹鋼測(cè)量管段的用戶，可以定期拆卸不銹鋼測(cè)量管段進(jìn)行清洗，這樣可以保證用超聲波流量計(jì)測(cè)量管道流量時(shí)的準(zhǔn)確，最大限度地降低由于管道內(nèi)壁結(jié)垢等原因所帶來(lái)的影響。
5.結(jié)語(yǔ)
5.1 運(yùn)用超聲波流量計(jì)可以實(shí)現(xiàn)污水流量計(jì)的在線測(cè)量，不影響用戶的正常生產(chǎn)。
5.2 便攜式多普勒超聲波流量計(jì)由于體積小、易于攜帶、安裝方便等特點(diǎn)，與以往的離線檢定相比省去了被檢污水流量計(jì)的拆遷、運(yùn)輸?shù)拳h(huán)節(jié)，有些大口徑污水流量計(jì)在設(shè)計(jì)安裝時(shí)未考慮以后的檢定問(wèn)題，所以根本無(wú)法進(jìn)行離線檢定，采用超聲波流量計(jì)進(jìn)行在線檢測(cè)可以為用戶節(jié)省很多的費(fèi)用。
