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超声流量计在重油计量上的应用
超声流量计因其优越的测量性能，已广泛地运用于水、轻质油品等的计量。运用超声流量计测量原油、重油，还未得 到广泛地重视。实践证明，只要正确地选型，合 理地安装就能准确地对重油进行测量。KROHNE公司的UFM500、丹佛斯SONOFLO超声流量计在测量高黏度、高温
原油、渣油、燃料油由于黏度大、易吸附、杂质含量高，计量上比较困难，传统均选用容积式流量计进行计量。用于测量重油的容积式流量计一般为刮板、双腰轮、椭圆齿轮、双转子、双螺杆等流量计。

容积式流量计是通过内部转子的转动，将被测流体通过计量室排出的次数作为依 据进行计量的，由于存在转子、轴、轴承、齿轮等机械转动部件，计量仪表易磨损， 因此维护工作量大，维修困难。对于含杂质较多的油浆，则由于易堵塞过滤网而无法计量。因此迫切需要运用更先进的测量技术解决重油计量问题。超声流量计的发 展为重油计量提供了更为先进的测量方法。

一 测量原理

超声流量计根据对信号检测原理的不同可分为多种，主要有时差法、多普勒法和声束偏移法。多普勒法主要用于测量气液或气固两相流体等含有气泡或悬浮粒子的流 体；而声束偏移法是利用超声波在流体中传播时因流体流动而产生的偏移程度来反映流速或流量值；对于重油测量，因其为单相流，一般采用时差法进行测量。

超声流量计是一种利用流体流动对超声波束在流体中传播速度的变化，以测量满管液体体积流量的仪表。它有单声道、双声道、多声道3种测量方式。测量原理如图所示。

声波沿液体流动方向传播时，其传播时间比逆向短，其时间差即反映了液体流速。

双声道超声换能器A+B和A'+B'的对称方式安装于测量管的外侧，组成两个测量声道，每个测量声道A+B和A'+B'与测量管中心轴线形式夹角。

超声波从B点传播到A点的速度：

VBA=Co－Vm·cosφ

则A点到B点传播时间：

B点到A点传播时间为：

则（2）－（1）为：

由于Vm<<Co，

声速CO为温度的函数，为了消除声速的影响，将（1）×（2）略去（Vmcosφ）2再代入（3），得：

式中

tBA、tAB——时间，应由流量计连续测量所得

A（A'）、B（B'）——超声发射和接收换能器

L——两换能器之间的距离

Vm——液体的平均流速

tAB——声波从A点到B点的传播时间

tBA——声波从B点到A点的传播时间

CO——在被测介质（流体）中的声波传播速度

φ——测量声道与测量管中心轴线的夹角

只要测得tAB和tBA即可算得流体平均流速Vm值，再乘以管道截面积就可算出流体体积流量值。

二 流量计的选用

超声流量计型号的种类很多，正确选用合适的流量计是准确测量流量的关键。耐高温、固定检测探头的超声流量计的精确度较高，计量精确度达±0.5%，科隆UFM500、丹佛斯SONOFLO系列超声流量计均适宜于重油计量。

UFM500型超声流量计是带有测量管和两对超声换能器的双声道仪表，换能器装入特殊的探头座内，该座焊接于测量管，并与测量管垂直，更换换能器时无需作任何的调整与标定，从管道外部即可更换。

其特点为：

（1）由于换能器为固定式，因此测量精确度较高。

V≥0.5m/s，F=±0.5%的测量值；

DN≥100 F（m3/h）=0.0010×DN；

DN≤80 F（m3/h）=0.0015×DN。

（2）测量管为直通管，无内部凸出物，无任何外加压力损失。

（3）测量精确度与介质特性无关，如电导率、密度、黏度、温度等。

（4）能在工作条件下（不停流）更换换能器，维护方便。

（5）由于无机械转动部件，不存在机械磨损，免维护。

（6）雷诺数（Re）对测量影响较小。

Re>4000（紊流）：对精确度无影响；

Re<1000（层流）：对精确度无影响；

Re为1000~4000时，雷诺数每变化100，最大的附加误差为测量值的±0.1%。

（7）所需直管段短，上游侧泵出口为15DN，其余均为10DN，下游侧为5DN，安装方便。

（8）气体影响：只要在工作条件下气体不超过液体容积的1%，对流量测量不会有影响。

金陵石化南京炼油厂在催化油浆、炉用燃料、焦化进装置渣油分别选用了UFM500、SONOFLO型超声流量计进行计量，取得了成功。炉用燃料油原选用椭 圆齿轮流量计进行计量，由于燃料油易凝结，极易造成流量仪表卡住而中断供料，不利于安全生产；催化油浆由于含有催化剂粉末，易堵塞过滤器，一直无法正常计 量。采用UFM500与SONOFLO超声流量计用于炉用燃料油、油浆、渣油的计量，无需安装过滤器，计量精确度高，维护量少，仪表运行稳定可靠。经过两 年多的运行，完全能满足计量的要求，收到较好的效果。

三 测量精确度的影响及对策

（1）由测量原理知，超声流量计是一种线速度式流量计，流体的流态对流量计影响较大，保证仪表前后直管段才能确保仪表的计量精确度，一般要求前直管段为15DN，后直管段为5DN。

（2）流体的流速也是影响测量精确度的重要参数，对于测量要求较高的场所，应要求最小流量不得低于（DN/100）2×14.2。

（3）流量计安装点的选择非常重要，尤其对于重油应确保测量点的温度大于100℃，才能确保重油不吸附于仪表内壁。如存在流体吸附，测量精确度将大大下 降，严重时仪表无法正常测量。同时，为避免因流体的突然扩张而导致气体存在而影响测量精确度，仪表应安装于阀门的上游。

四 多声道超声流量计的运用

对于贸易结算的原油、重油，由于其精确度要求较高，要求选用精确度高于±0.2%的计量仪表。普通的超声流量计无法达到此测量精确度，一般采用刮板流量计 进行计量。随着超声流量测量技术的不断发展，德国科隆公司推出了多声道超声流量计，体积测量误差≤±0.15%测量值，已完全适用于石油和石油产品的贸易 结算。现该产品的价格也大大降低，对于贸易结算的重油、原油也可选用多声道超声流量计进行计量。

五 结束语

超声流量计因其优越的测量性能，已广泛地运用于水、轻质油品等的计量。运用超声流量计测量原油、重油，还未得到广泛地重视。实践证明，只要正确地选型，合 理地安装就能准确地对重油进行测量。KROHNE公司的UFM500、丹佛斯SONOFLO超声流量计在测量高黏度、高温度的重油时，仪表运行稳定，计量 精确度优于±0.5%，性能可靠，大大降低了仪表维护的工作量，因此在重油的流量计量上必将得到广泛的应用。

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