1.海上原油贸易计量常用方法
目前,在国内陆上油田及海上平台常用的原油外输流量计主要有容积式流量计、涡轮流量计以及质量流量计。其中容积式流量计、涡轮流量计已使用多年,国内相关法律法规相对较为健全,其不仅满足原油准确测量的要求,而且人们对流量计的计量性能、和操作等都十分熟悉。质量流量计也应用于原油贸易计量领域,其中得到广泛应用的是科里奥利质量流量计,其具有更高精度、无上下游直管段要求等优点。但上述传统贸易交接计量仪表也有一些各自的缺点,例如:容积式流量计具有结构复杂,体积笨重,尤其在较大口径时,具有可动部件、体积庞大,价格昂贵,故一般只适用于中、小口径,安全性差,且压力损失较大;而涡轮流量计则不能长期保持其校准特性、易出现漂移,需要定期校验,并且存在压力损失的问题,同时也具有可动部件;质量流量计更多地应用在成品油的交接计量中,不太适用于海上原油贸易计量。由于海上平台空间有限、承重能力的制约,传统贸易交接计量仪表越来越不能满足用户和市场的需求,需要更为*的流量计量技术应用于海上原油贸计量领域。
声波流量计采用非干扰性介人测量方式,可在保证测量流量的同时维持流体的完整性,其具有无压力损失、可动部件少、可靠性高、体积与重量较轻,且造价基本上与管径大小无关的优点,从而降低了采购和运营维护成本,目前在国外原油贸易计量中越来越受到重视。
2.液体声波流量计测量原理
声波流量计测量采用的是时间差法,即测量声波在流体中顺流和逆流传播的时间差,其工作原理如图1所示。流速方程为:
v=L・△t/2t1(t1+△t)cosθ
式中,v为线平均速度;L为声波在流体中的传播路径长度(声道长度);t1为声波从换能器1到换能器2的顺流传播时间,即顺行时间t顺;t2为声波从换能器2到换能器1的逆流传播时间,即逆行时间t逆;△t为声波在流体中顺、逆流传播的时间差;θ为声波传播方向与流体流动方向之间的夹角(声道角)。
传播时间差流量计的基本出发点是测量传感器上行脉冲和下行脉冲的时间差(或是频移),然后将频移换算为管道中流体的流率。顺行时间:
t顺=L/c+v・cosθ
式中,c为流体中的声速。
逆行时间为:
t逆=L/c-v・cosθ
因为∫顺=1/t顺，∫逆=1/t逆（∫顺和∫逆分别表示顺行频率和逆行频率),那么频率差可以表示为:
△∫=∫顺-∫逆=1/∫顺-1/∫逆
可得
△∫=(1/L/c+v・cosθ)-(1/c-v・cosθ)
=c+v・cosθ/L-c-v・cosθ=2v・cosθ/L=2cosθ/L・v
因为2cosθ/L是一个常数,可用k表示,则得到ZUI终表达式:
△∫=kv
上式即通过测量频移来确定流体流速的基本关系式。
由上式可得:
v=△∫/k=△∫/2cosθ/L=L・△∫/2cosθ
将Δ∫的表达式代入,得:
v=[L・(1/t顺-1/逆）]/2cosθ=[L・(t顺-t逆/t顺・t逆)]/2cosθ=[L・(t逆-t顺)]/2cosθ・t顺・t逆
声波流量计测量的流速是一个直径方向的平均流速,即线平均流速,而计算流量所需的平均流速为流动横截面上的面平均流速,两者之间的关系决定于流速分布形式。因此,流量计算式为
qv=v/K*πD2/4
式中,qv为体积流量;K为平均流速修正系数,K=v/u;u为面平均流速;为线平均流速;D为管道内径
