1010P 便携式超声波流量计在油田注水中的应用
目前胜利油田孤东采油厂共有注水站9座,日实际注污水量达13.87×104 m3。多年来,由于受检定条件的限制,几乎都没有做到周期检定,有的连入厂检定也没有,如何保证它们的测量准确度成为一个很重要的研究课题。为此,我们经过调研论证,提出了采用高准确度超声波流量计对现场在用注水流量仪表进行在线测试标定的方案,并于2003年初引进美国康乐创公司生产的1010P便携式超声波流量计,取得了良好的应用效果。
1 工作原理
1010P便携式超声波流量计从工作原理上可分为两大部分:一是超声信号部分,它包括收发器板和换能器,收发器板主要包括发射器和接收器。发射器提供高压发射脉冲信号,作用于换能器使之产生声波,声波穿过流体,被另一换能器接受,再转换成电信号,在电路中被接收器调制、放大、检波,此信号作为带有流量信息的接收信号。以发射信号为计时的起点T1,接收信号为计时的终点T2,这样超声波流量计就可以通过测量T1和T2,直接求得流体在声道上的平均线流速,然后采用一种专有积分方法算出管道横截面上的平均面流速的流量,当流速变化时,仪表流量系数会随着变化,并自动校正流速的影响,使得流量计在很宽的流速范围内都保持一个通用仪表系数。
Q=K×F(T)E
式中:Q― 液体流量;
K― 定标系数;
F(T)E ― 是含有对雷诺系数和声速变化的修正系数。
仪表通过测量声波在液体传播时间T求出流量。二是信息处理部分,它有两块印刷电路板组成,主要用来控制系统的工作时序,完成计时,测量流体流量中的各种运算补偿、定标数据显示和格式化输出等。
2 组成与主要技术指标
2.1 组成
便携式超声波流量计从结构上区分,主要由转换器、换能器、电缆和电源等四部分组成,其组成示意图如图1所示,其中换能器包括各种量程的流量检测探头、管道缺陷检测探头等。
2.2 主要技术指标
(1)准确度:±1.0% ;
(2)流体灵敏度:0.015mA;
(3)零点漂移:<0.015m/s;
(4)重复性:<0.5% ;
(5)响应速度(延时控制):敏捷转换时间从0.2秒到5分钟;
(6)流速范围:±12m/s;
(7)线性度:0.001m/s;
(8)流体分布状态补偿:对测量的流量可以自动进行雷诺数的修正;
(9)介质条件:不含气泡的牛顿流体,雷诺数小于2000或大于10000;
(10)在无外接电源的条件下,现场工作时间可达4小时。
3 安装
3.1 换能器安装位置要求
(1)为了保证1.0级准确度,首先必须满足表中对换能器安装段上游和下游直管段长度要求(见表1)。
表1
上游管路条件 | 最小直管段长度 | 最小直管段长度 |
上游 | 下游 | |
标准条件 | 15D | 10D |
有同心渐缩管 | 15D | 10D |
有1个慢弯的弯管 | 20D | 10D |
有2个慢弯的弯管 | 25D | 10D |
有部分打开的阀门 | 30D | 10D |
注:表中D为管段内径
(2)因为气泡会严重地衰减超声波信号,对于水平或倾斜设置的管道换能器应尽量避开垂直方向,应做到水平安装。
3.2 管道结构缺陷检测
选好检测位置后,用砂纸除去管道外壁的防腐漆,然后在缺陷检测探头的工作面上均匀适量地涂上耦合剂(黄油或凡士林),启用缺陷检测屏幕,将探头接触管道,保持一定的弹簧压力,慢慢移动手柄,观察信号有否突然变化。若有信号突然增加有可能是裂缝、铸造缺陷或焊渣等应重新选择安装位置。
3.3 管壁测厚
在测厚探头的工作面上均匀适量地涂上耦合剂(黄油或凡士林),启用管壁测厚检测屏幕,将探头接触到选好的检测位置上,保持一定的压力,即可获得准确的管壁厚度数值报表和管壁测量信号图形。
3.4 换能器的安装方式
换能器的安装方式有两种,即直射法和反射法。直射法是将两个换能器面对面地安装在管道两侧,而反射法则是将两个换能器安装在管道的同一侧同一水平线上。流量计在输入管道外径、测量介质、管道材质等测量参数后,会自动给出流量计两个换能器的型号、安装测量方式等测量参数,若采用反射法测量同时给出两个换能器之间的轴向安装距离。
3.5 换能器的安装
用脱脂棉无水乙醇把换能元件的耦合面擦净,然后在工作面上均匀适量地涂上耦合剂,用定距棒和链子把换能元件固定在管道外壁上,安装时以偶合面全部偶合为最佳。
4 功能与特点
4.1 功能
(1)该流量计自备有一个测厚仪,用以方便测量需要安装换能器位置的管道壁厚,可精确测量壁厚为2.5mm至50.8mm的管道,且能产生一个管道壁厚的数值报表和图形显示。
(2)测厚图形屏幕同时显示影响壁厚读数的管道缺陷,若管壁因腐蚀、挤压、焊接施工等原因造成严重的内部缺陷,测量图形则显示为不规则的波幅图形,有利于用户及时发现,并做好预防措施,以免管道破裂。
(3)该流量计还备有管道缺陷检测功能。对于金属管道,可利用1011FPS缺陷检测探头,预选检查安装位置是否适合夹装式换能器的安装,能在缺陷检测探头的两英寸范围内,查出管道结构是否存在缺陷,如内部焊渣、内部裂缝和管壁腐蚀情况等。
(4)有测量参数自动记录和存储功能。流量计采用动态存储管理技术,最大存储能力可达200K字节,可通过键盘上的“热键”,即时产生数据存储器报告。
(5)备有所有工业标准的模拟输出端口,可通过菜单设置选择各种数据输出,同时也可通过数字、条形图和数据存储器屏幕来查看所有的数据。
(6)具有报警功能。可提供多种报警输出,可作为外部继电器的触发器进行对外部装置的控制。
4.2 特点
(1)该流量计体积小,重量轻,易于安装和操作,代表着先进的计算机仪表的先进技术,它采用轻质塑料外壳,便于携带和操作。
(2)采用EZ夹具和定距棒,使得换能器的安装十分方便。
(3)大屏幕、大字符、高像素,图形清晰美观,能同时显示字符和条形图表,按滚动键可显示所有图表。
(4)节约能源。换能器安装在管道外壁,不干扰流场,没有压力损失,是一种较理想的节能仪表,特别在测量大流量时,节能效益更加显著。
(5)测量过程不受流体粘度和密度的影响,且可在较短直管段条件下得到较高的测量准确度。
(6)转换器以计算机为中心,实现各种补偿和运算,并判断故障和自检功能。
(7)可在现有管道上安装,不需要专门的阀门、法兰和旁通管道,安装和维修均不需要停止管道中流体流动。
(8)流量计由内置电池操作,适合油田现场无外接电源条件下场合使用。电池用外接交流电源进行定期充电即可。
5 现场应用情况
我厂经过引进、消化吸收和实验室多次测量试验,于2003年3月投入现场生产应用,对全厂各注水站在用大口径流量计进行在线现场测试标定,共测试对比标定流量计达178台次,产生直接经济效益达30余万元。经过二年多时间的试验应用结果表明,该流量计性能优越,计量准确度,可靠性好,解决了多年来我厂注水计量仪表特别是大口径注水计量仪表的周期标定问题。它的应用,不仅带来直接的经济效益,而且又有效地提高了油田计量检测技术水平,进一步减少计量误差,使油田注水计量数据更准确,更好地为油田开发建设服务。
参考文献
[1] 朱益飞.LWZ智能弯管流量计在污水计量中的应用[J].油气田地面工程.1998(3):48- 50