多声道管道式液体超声波流量计在石油领域的实际应用

超声波流量计作为一种新兴的流量测量技术，近年来得到了飞速的发展，尤其是应用于液体介质测量的流量计的研发与生产技术的提高非常迅猛，按照目前的发展速度，专家预测液体超声波流量计在流量计量与测量的领域未来将有着更广阔的应用前景。根据行业内的相关统计数据，在很多应用工况中，多声道管道式液体超声波流量计已经逐步成为替代传统容积式流量计和涡轮流量计，在贸易结算环节中应用的案例也越来越多。

多声道管道式液体超声波流量计已在国内外的成品油和原油的交接计量站中有多次成功的应用，例如，中海油伊拉克米桑油田区块外输计量，中海油的渤中LVDA27-2作业区，中海油-新田石油合作平台LF7-2的外输计量撬中均已成功投用。仅从技术角度来看，多声道管道式液体超声波流量计在大流量和大口径的管道测量中有着非常显著的优势，存在着无附加压力损失、无可移动部件、无节流装置以及完善的自我诊断功能、方便的在线检测与维护优势等，这些无疑都是传统的容积式和涡轮式流量计无法具有的，再加上其有着其他流量计更加宽的量程比，因此正成为液体原料及石油贸易交接的首选计量仪表。

二、液体超声波流量计工作原理及检定难点

管道式液体超声波流量计的测量原理是根据时差法，即当超声波在介质中传播时，会带上流体的信息，即使往返的声波信号的传播时间产生微小的变化，时间的变化正比于流速。多声道液体超声波流量计是通过测量不同声道上的传播时间差来时间测量与计算的。

管道式超声波流量计不同于传统的容积式流量计和涡轮流量计，其是靠电子芯片间接测量而对外发出计算脉冲的，此即为人工“制造”出与流量相关的脉冲（频率），由于流量脉冲和串行信号是通过计算获得，因此输出信号会落后于流体的特性，而且经过数据转换的处理，脉冲信号很可能落后于串行数据的信号。

管道式超声波流量计在其内部几条声道上进行高频率的时间差测量，由于流体流动存在的不稳定性，任何微小的流量扰动和脉动都会被流量计所检测到，从而导致流量计产生不均匀的脉冲输出（如图1），而这些信息是其他传统的机械性流量计而反应不出来的。

而活塞式体积管由于最大尺寸的容积仍远小于API的容积推荐值，另外还有活塞式体积管在运行过程中的发射和回收可以引起流量的明显扰动，因此活塞式体积管不能直接用于标定液体超声波流量计。

综上所述，由于超声波流量计本身的原理及特点存在不均匀的脉冲输出，所以导致标定的体积管容积值巨大，大型的体积管在制造，使用，运输安装方面存在很多不便之处，尤其是海洋石油受平台及油轮上空间及重量的局限性，都严重制约着超声波流量计在中海油的发展及应用。

三、液体超声波流量计的检定

由上所述，根据API标准可用球形体积管根据规范推荐的容积来选择直接标定液体超声波流量计。但是由于海上条件的限制，不是每个项目及应用都有足够的空间来满足球形体积管，所以要在中海油的业务中寻求更新和发展，必须要有办法来解决这个问题。

目前国际上的应用证明等精度传递理论即“活塞式体积管+标准流量计法”可以解决超声波流量计需要体积管容积大的问题，标准流量计考虑到量程范围，推荐用涡轮流量计。在流量计量领域中有等精度传递理论，及流量量值传递时只需要满足计量学相关性基本原则，流量计在使用时和检定时流量点相同，介质相同和使用介质的物理特性相同，流量计检定和使用时几何特性相同，流量计在检定和使用过程中的操作过程相同，那么流量基准所复现的流量单位制将会等同精度传递给工作流量计。

“小容积体积管+标准流量计法”的检定方法为：

（1）先利用活塞体积管检定作为中间传递的标准流量计，在规定的流量点下，逐点进行多次重复测量（测量次数不少于5次），再进行温度，压力修正后，计算出标准表在每个检定点下的平均仪表系数和对应的重复性。标准流量计检定得到的重复性已优于0.02%为宜。

（2）在相同的检定流量计和检定条件下，在规定的时间段和规定的标准表脉冲数（通常大于10000个）内同时记录标准表流量计和超声波流量计的脉冲数以及当时各处的温度，压力数据，此时体积管停止运行。

（3）通过标准表的脉冲数及仪表系数及当时的温度，压力，计算出流过标准表的流体体积。

（4）通过标准表的流体体积及超声波流量计处的温度，压力可以得出超声波流量计在每一个检定点下的平均仪表系数和对应的重复性。

目前“小容积体积管+标准流量计法”是液体超声波流量计的主要检定方法