關於超聲波流量計在汙水測量適應性的探討（tǎo）

摘要（yào）：針對超聲波流量計在汙水流量計現場校準方麵（miàn）暴露出的準確性不高的問題，結合超聲波流量（liàng）計的原理和現場試驗，通（tōng）過數據分析對超聲流量計在汙水流量計校準中的作用進行了討（tǎo）論。試驗證明，超（chāo）聲波流量（liàng）計不適用於在線校準汙水流量（liàng）計。

油田汙水回注是合理開發（fā）和利用水資源、節能環保的有（yǒu）效（xiào）途徑（jìng）。汙水回注量是否合適關係到地層結構的優化（huà），油層壓力的恢複和保（bǎo）持，直接影響油田（tián）采收率，因此汙水流量計的準確性十分重（chóng）要。油（yóu）田現場汙（wū）水流（liú）量計拆（chāi）卸較（jiào）困難，往往（wǎng）又沒有（yǒu）備用流量計，因此現場通常采用超聲波流量計在線校準法。近幾年隨著油（yóu）田對汙水計量的重視，超聲波流量計現場校準方法得到（dào）了廣泛應用，同時也暴露了該流量計準確性不高的問（wèn）題。本文結合超聲波流（liú）量計原理和現場應用經驗，通過現場試驗和數據分析對超聲流量計在汙水流量計校準中的適應性進行了討論。

1、超聲波流量計原理

常用的超聲波流（liú）量計有2種原理：時差法和多（duō）普（pǔ）勒（lè）法。

1.1時（shí）差法原理

超聲波信號在（zài）流體中, 順流時信號傳播速度快，傳播（bō）時間短；逆流時信號傳播速度慢，傳播時間長（zhǎng），利用超聲波信號在流體中順逆流方向聲波信號傳（chuán）播時間存在差值，即時差，可以計算出流體流量。時差法較適於測量純淨液體，有較（jiào）多氣泡的液體或懸浮物會（huì）阻礙聲脈衝正常傳（chuán）播，導致不能正常測量。

1.2多普勒法原理

超聲波信號在傳播路徑上遇（yù）到微小浮遊物（wù）（懸浮物質或微小氣泡）而被散射，超聲（shēng）接收器能夠接收（shōu）散射後（hòu）的超（chāo）聲波信號。發射信號頻率受多普（pǔ）勒效應的影響後變為不同的接收信號頻率，2個頻率之差

與流體流速有確定的數量關係，由此可以計算（suàn）出流體流量。多（duō）普勒法流量計不能（néng）測量清潔的流（liú）體，僅能測量約50mg/L以上濁度的流體。同時多普勒法測量精度低於時差法，一般（bān）為2.0級，即2%滿量（liàng）程誤差（2%F.S.）。

2、超聲波（bō）流量計使（shǐ）用注意事項

近幾年，隨著超聲波流量計在（zài）汙水流量計在線校準中的應用越來（lái）越普遍，流量計準確性不高的問題也逐漸暴露（lù）出來，原（yuán）因主要是操作不規範和流量計自（zì）身問題。

2.1操（cāo）作不規範

管道方麵，技術人員經常不按照標準操作規程進行操作（zuò），例如未準（zhǔn）確測量管道外徑、周長、壁厚、接觸溫度等（děng），這些（xiē）參數都會對超聲流量計的原始數據（jù）修正產生重要影響。

安（ān）裝方式方麵，技術（shù）人員（yuán）經（jīng）常不按照（zhào）管道大小和信（xìn）號強度選（xuǎn）擇安裝方式，往往選擇流量計的默認雙（shuāng）聲程模式。正確的安裝方式為：在（zài）大管（guǎn）道和複雜環境中應采用單（dān）聲程；在小管道和信號（hào）特強的情況下

選擇多聲（shēng）程（chéng）。

安裝（zhuāng）位置方麵，技術人員往往隨意放置超聲（shēng）探頭（tóu），且（qiě）不確（què）認管（guǎn）道（dào）汙水是否滿管這一重要的測量條（tiáo）件。正確的安裝位置為：應選擇管（guǎn）道的水平中間位置放置探頭；隻有（yǒu）在管道滿管的條件下（xià）才能進行準確測量，流體向上流的垂直管道能保證滿管流。

除（chú）此以（yǐ）外，現場的管道（dào）內襯的種類和厚度等重要參數往往很難獲得，這些也（yě）嚴重影響了流量（liàng）計的準確性。

2.2超聲波流量（liàng）計自身問題

*先是時（shí）差法和多普勒法流量計（jì）的選用。時差法流量計適用於純淨液體的計（jì）量，準確度優於（yú）±1.0%；多普勒法流量計適用於濁度50mg/L以上的流體。 因此，2種原理的流量計在汙水流量計校準時的選（xuǎn）用非常重要。一般情況下，管道中汙水較幹淨時，可選用時差法；當汙（wū）水（shuǐ）較（jiào）渾濁時，應選用多普勒法。但是汙水幹淨還是渾濁在現（xiàn）場（chǎng）很難被定量界定，因此選用這2種原理的流量計沒有通（tōng）用方法可遵循，導致流量計自身計量不（bú）準確，更談不上校準汙水流量計了（le）。

其次超聲波接收（shōu）也存在缺陷。超聲波（bō）由於是通過在管道中發射（shè）和接收超（chāo）聲信號來測量流體流量的，所以管道材質對超聲的折射、流體（tǐ）中雜質對超聲的反射和（hé）散射、流體（tǐ）中隨（suí）機（jī）存在的氣泡和（hé）雜質的（de）含量高低都會對測（cè）量產生不穩定的影響。油田汙水中含有不少的原油、砂礫、氣（qì）泡、化（huà）學藥劑等，管道內環境十分複雜和多變，嚴重影響了測量的精度。

3、現場試驗

針對超聲波流量計在（zài）汙水流量計在線校準中準（zhǔn）確性不高的問題。在近一年的的時（shí）間裏，使用26台檢定合格的汙水流量計作為參考流量計，對4台超聲波流量（liàng）計進行了現場在線（xiàn）校準（zhǔn），通過大量的試驗和數（shù）據（jù）分（fèn）析（xī），討（tǎo）論超聲波流量（liàng）計在汙水（shuǐ）流量計校準中（zhōng）的作用。

3.1流量計的（de）選擇

為了使（shǐ）試驗具有代表性，便攜式（shì）超聲波流量計選用某國外知名廠商的時差式A型、多普勒B型，國內知名廠商的時（shí）差式C型、多普勒D型各1台，均檢定合格且在檢定周期內。26台汙水流量計（jì）為檢定合（hé）格後（hòu）*1次使（shǐ）用的，且在（zài）檢定周期內。

3.2試驗注意事項

本試驗嚴格遵循超聲波流（liú）量計附帶的使用說明及本文中*3章提到的注意事項。

試驗中流量計安裝的管道的直管段符（fú）合“前十後（hòu）五”的規定。試驗中所選安裝（zhuāng）流量計的管道為（wéi）近1年內（nèi）的新管道（dào），盡量避免因管道內壁腐蝕導致超（chāo）聲信號接收質量不高的問題。

3.3試驗內容

*先將汙水流量計（jì）分別安裝到汙水管線中，然後將汙（wū）水流量計作為參考流量計與便攜式超聲波流量計（jì）進行數據比對，比對內容為（wéi）60min 內的累積流量。

為了分析時差法和多普勒法流量計在不同渾濁程度的（de）汙水中的計（jì）量準確性，試（shì）驗中在數據比對的同時進行同管（guǎn）道的汙（wū）水采樣，采樣周期為5min，試驗結束後將12次水樣放入樣品桶後（hòu）攪拌均勻，由光學濁度計測試汙水濁度，本試驗設定濁度小於50mg/L的為一般水（shuǐ）質；濁度≥50mg/L的為較差水質。

試驗數據見表1，其中流量表示（shì）汙水流量計60min內的累計流量；A、B、C、D分別為4個型號的超聲波流量計在60min內的（de）累計流量；排名為（wéi）與同一台汙（wū）水流量計比對的4台超（chāo）聲（shēng）波流量計的誤差按從小到大的順序。

表（biǎo）1中，“—”表示超聲波流量計因接收信號差而不顯示累計流量，誤差>20%的超聲波流量計累（lèi）計流量表示因接收信號質（zhì）量差導致的儀（yí）器測量錯誤。對表（biǎo）1中的數據進行分類處理，以便得到（dào）一般和較差水質2種情（qíng）況（kuàng）時（shí）4台流量（liàng）計的誤差統計。表2和表3分別為為一般和較（jiào）差水質時的流量（liàng）計誤差統計。

從表（biǎo）2和表（biǎo）3發（fā）現，試（shì）驗（yàn）中（zhōng）水質一般（濁度<50mg/L）的（de）情況下，時（shí）差法流量計的有效數據（誤差<20%）為13個，占總試（shì）驗數據（32個）的40.63%；不顯示的（de）情況有4個，占總試驗數據（32個）12.5%的。水質（zhì）較（jiào）差（濁度≥50mg/L）的（de）情況下（xià），多普勒法流（liú）量計的有效（xiào）數據（誤差<20%）為4個，占總試驗數據（32個）的（de）12.5%；該類型流量（liàng）計不存在不顯示（shì）的情（qíng）況。

當管徑較大時（流速>300m3/h），在2種水質情況下，流量計僅有1次有效測（cè）得數據，占（zhàn）此情況下實驗（yàn）數據（20個（gè））的5%。

同時，表2和表3也驗（yàn）證了時差法（fǎ）流量計僅（jǐn）適合測量（liàng）較純淨的流（liú）體（tǐ），而多普勒法流量計僅適合測量渾濁（濁度≥50mg/L）的流體。

3.4試驗結論及建議

通過本試（shì）驗的數據分析（xī），得出結論（lùn）：

1）2種（zhǒng）原理的超聲（shēng）波流量（liàng）計均不（bú）適用於在線校準汙水流量計。因管（guǎn）線中情況複雜，雜質和氣泡儀（yí）表在流量計測量區域內隨機出現，時差法流量計在一般水質中的（de）有效數據（誤差<20%）僅（jǐn）占40.63%，多普勒法流量計在較差水質（zhì）中的的有效數據（誤差<20%）僅占12.5%，遠遠低於**標準。

2）大管徑汙水管線因（yīn）流體複雜不（bú）適合采用非接觸式流量計測量。大管徑（jìng）中汙水（shuǐ）分層流動，且雜質和氣泡在儀表測量區域內隨機出現，明顯增大了測量誤差（chà）的概率。

建議（yì）油（yóu）田的汙水流量計在條件允許的情況下（xià）還是需要送到實驗室進行檢定。