摘要 ：本文通過在海洋石油某處理廠的火炬氣管道中流量計選用的應用實例，研究了流量測量儀表的工作原理及特性，探討了流量計的選擇、安裝、使用及維護，為油田生產提供基于高精度計量儀表的解決方案。這種新型流量測量儀表在獲得精確測量數據的基礎上，使傳感器的計量特性長期穩定，大大減少油田生產的現場維護量。

 

    流量計是測量流量的儀器，通常由主裝置和副裝置組成。主裝置指產生流量信號的裝置 ；副裝置指接受來自主裝置的信號并顯示、記錄、轉換或傳送該信號以得到流量值的設備。流量計可以指示和記錄某種流體的瞬間流量值、累積流量值，在一定的時間間隔內累計流體的總量，也可以測量流體的體積或質量。

 

    流量通過體積稱為體積流量，用符號 Q 表示 ；如果管道或設備某橫截處的面積為 A，該處流體的平均流速為 v，則有 ：Q= v/A。

 

    1 流量計的工作原理及特性

    油田中常用的流量大致分為速度式流量計、容積式流量計和質量流量計。

 

    （1）通過各種物理現象直接測量封閉管道中全管流的液體流速，并且進一步計算出流速的流量計是速度流量計。主要包括透平流量計、旋渦流量計、超聲波流量計等。其特點為精度高（可達 0.5 級），量程范圍大，可遠距離傳輸流量信號，并可與計算機聯網，實現集中管理。

 

    （2）使用機械測量元件連續分配流入單個體積部分的液體，以計量液體總體積的流量計被稱為液體體積流量計。包括橢圓型齒輪聯軸流量計、羅茨流量計、史密斯流量計等。其特征為精度可達 0.2 級，粘度越低泄漏量越大，結構較復雜，制造精度要求高。

 

    （3）用于計量流過某一橫截面的流體質量或總量的稱為質量流量計，石油用質量流量計為液體流量計，主要為科里奧利力式質量流量計。其特點是適應寬廣的流體介質面，能夠直接得到質量流量信號，還可直接測量流體的溫度和密度，是一種智能化的流量測控儀表。

 

    2 流量計的選型、安裝、使用及維護

    2.1 流量計的選用原則

    流量計的選用主要參考流量范圍（L/h）、溫度（℃）、壓力（MPa）、口徑（mm）、黏度（mPa·s）、計量精度、腐蝕性、周圍工作環境、計算器形式等。

 

    2.2 流量計的安裝

    任何類型的流量計都有一定的安裝要求，只有正確安裝才能使流量計正常、準確地運行。流量計的安裝應按產品使用說明書的要求，結合安裝現場的實際情況，以非常合適的方式進行。

 

    2.3 流量計的使用與維護

    只有當流量計正確使用并及時的維護時，流量計才能以規定的精度運行。

    （1）使用流量計時應按照規定的流量范圍、工作壓力和工作溫度，不得隨意超出范圍以確保測量精度及使用壽命。

    （2）對于運行中的流量計，應按時巡檢，并記錄有關運行參數，如溫度、濕度、壓力、噪聲及有無滲漏等。

    （3）長時間不用的流量計應將殼內殘留的流體泄放掉，根據需要涂防腐劑。

    （4）對于一些國家特定的流量計量儀表，按規定按期強制標定。

 

    3 新型流量計應用實例

    本節介紹一種新型流量測量儀表及整個測量系統的選型、安裝、使用、檢定、維護等完整過程。

 

    3.1 應用背景

    在海洋石油某油氣處理廠，介質名稱：火炬氣，流量：10~35 000 m3/h，介質溫度：0~70 ℃，管道直徑：10"（250 mm），輸出類型 ：4~20 mA，供電電源 ：220 VAC。

 

    3.2 流量計選型

    在對此種工況條件安裝，選用型號為 BTB 系列高穩定、高重復性，溫度、壓力一體化傳感器。測量介質流動差，因介質所需測量量程比大，同一臺差壓變送器的差壓量程計量不能滿足要求，所以需接兩臺差壓變送器設置不同的差壓量程，儀表能自動識別差變，保證測量。同時利用壓力、溫度測點做補償，計算出流量值，直接測量出介質的標況體積流量，測量精度能夠達到1.0% 級 FS。

 

    該流量計采用皮托管原理，用傳感器取管道內介質流動差壓 ；安裝方式采用球閥連接垂直向下插入管道，能夠防止介質中的雜質、水等進入傳感器影響流量計量，對直管段不足的情況下采用模擬現場管段情況下進行檢定，保證測量精度。

 

    3.3 測量系統組成及各部件功能

    本流量測量系統由一次測量原件寬量程傳感器、高精度差壓變送器、流量積算儀組成 ；作為流量測量的傳感器配合差壓變送器測出壓力差，將差壓信號轉換成4~20 mA 標準電信號，引入流量計或直接將其轉換為數字信號，顯示差壓、壓力、溫度、瞬時流量、累積流量等參數。

 

    各部件功能如下 ：①寬量程傳感器 ：用來提取管道內流體流動產生的差壓。通過管道直徑定制，通過接口法蘭連接到管道。有兩個壓力連接接口，與傳感器連接體上標有“H”的一方為總壓接口，標有“L”的一方為靜壓接口 ；②一次截止閥 ：安裝了傳感器的總壓力端口和靜壓端口之一。安裝此閥門的目的是為了在必要時隔離傳感器和儀表，以便在現場進行校準。所選閥門的壓力公差必須與介質的壓力相當 ；③差壓變送器 ：傳送測得的總壓與靜壓之差球閥填料連接裝置 1 套，實現在線安裝 ；④三閥組 ：調節差壓變送器的零點，使差壓變送器的正、負壓室的壓力相同 ；⑤流量積算儀 / 計算機 ：配有的二次表為特質專用流量積算儀，同時具有RS485\RS232 通訊接口，4~20 mA 流量輸出，信號傳輸到主控室，配備接線箱，箱內配有電源開關和接線端子，箱體防爆，IP44 ；⑥溫度壓力變送器 ：做溫度壓力補償。

 

    3.4 安裝及注意事項

    ①選擇直管段足夠位置并開孔 ；②開孔完成后，焊接基座并在插入管道前檢查傳感器的插入尺寸 ；③填料函密封裝置與球閥連接鎖緊，取四個石墨環裝入填料函內，將傳感器插入填料函內，打開球閥，將傳感器插入球閥中心至管道中心 ；④安裝差壓變送器前，應按順序打開截止閥，再徹底清理管道內焊渣和污物 ；⑤連接差壓變送器及連接導壓管 ；⑥連接壓力變送器，熱電阻溫度計等儀表信號線到流量積算儀或 DCS 系統控制柜。

 

    3.5 流量計的檢定

    為了確保使用中的流量計的準確性和可靠性，必須定期進行標定和校準。一般儀表在廠家出廠前都進行了檢定，并且帶著檢定報告。安裝完成仍需要在線檢定，在線驗證不要求把流量計從工藝管線上拆除。在線驗證可以通過設置參數來糾正系統錯誤，以便總量滿足測量誤差要求。

 

    3.6 運行及維護

    將差壓變送器 24 V 直流電源輸入運行。首先打開平衡閥，然后打開兩個主截止閥，以確保差壓變送器兩個接口的壓力均勻分布，并且差壓變送器的膜片不會損壞，直至正常運行后，再關閉平衡閥，確保系統正常運行。

 

    檢查流量儀表故障的原則是先工藝后儀表，差壓式流量計出故障時，首先要檢查導壓管、閥門計管路附件，看有無泄漏、堵塞現象，然后再檢查變送器及相關附件。

 

    4 結論

    通過以上分析可以看出，該流量計插入到管道中心區域測量，管道中的流體流過測量桿的前端測量孔測得的壓力為高壓，由后部中的測量孔測得的壓力為低壓，并且由差壓變送器測量的差壓值與流量數據成正比，BTB 型傳感器采用 V 字型的幾何斜面，開放式取壓孔結構，流體再前端可以形成穩定的分離區，增加差壓信號強度，極大的減少了湍流的影響，保證高準確度穩定測量，擁有 1∶5100 寬廣的速度量程范圍。

 

    油田開采生產過程中的油、氣、水不同混合狀態的兩項流、三相流計量，此種流量測量儀表巧妙的設計可輕松計量不同工況，在獲得精確測量數據的基礎上，為工業用戶提供基于高精度計量的反應器測控優化解決方案，使傳感器的計量特性長期穩定，大大減少用戶現場維護量。