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关于超(chāo)声波流量(liàng)计在污水测量(liàng)适应性(xìng)的探讨

点击次数(shù):2371 发布时间:2021-03-19 07:31:41
摘要:针对(duì)超声波流量计在污水流量计现场校准方面暴露出的准确性不高的问题,结合超声波流量计的原理和现场试验,通过数(shù)据分析对超声流量计在污水流量计校准中的作用进行了讨论。试验证明,超声(shēng)波(bō)流量计不适用于在线校准污水(shuǐ)流量计。
油田污水回注是合(hé)理开发和利用水资源、节能环保(bǎo)的有效途径(jìng)。污水(shuǐ)回注量是否合适关系(xì)到地层(céng)结构的优化,油层压力的(de)恢复和保持,直接影响油田采收率,因此污水流量计的准确性十分(fèn)重要。油田现场污水流量计拆卸较困难,往往又没有备用流(liú)量(liàng)计,因此现场(chǎng)通常采用(yòng)超声波流量计在(zài)线校准法。近几年随着(zhe)油田对污水计量的重视,超声波流(liú)量计现场校准方法得到了广泛应用,同时也暴露了该流量计准确性不高的问题。本文结合超(chāo)声波流量计原理和现场应用(yòng)经验,通过现场试验和数据分析对超声流量计在污水流量计校准中的适应性(xìng)进行了讨论(lùn)。
1、超声(shēng)波流量计原理
常用的超声波流量计有2种原理:时差法和多普勒法。
1.1时差法原理(lǐ)
超声波信号在流体中, 顺流时信号(hào)传播速度快,传播时间短;逆流时信号传(chuán)播速(sù)度慢,传播时间长,利用(yòng)超声波信号在流体中顺逆流方向(xiàng)声波信号传播时间存在差值(zhí),即时差,可以计算出流体流量。时(shí)差法较适于测量纯净液体,有较多气泡的液(yè)体或悬浮物会阻碍声脉(mò)冲正常传播,导致不能正常测量。
1.2多普勒法原理(lǐ)
超声波信号在(zài)传(chuán)播路径上遇到微小浮游物(悬浮(fú)物质或微(wēi)小气泡)而被散射,超声接收器能够接收散射(shè)后的超声波信号。发射信号频率受多普勒效应的影响后变(biàn)为不(bú)同的接收信号频率(lǜ),2个频率之差
与流(liú)体流速有(yǒu)确定的数(shù)量关系,由此(cǐ)可以计算出流体流量。多普勒法流量计不能(néng)测量清洁的流体,仅能测量约50mg/L以上浊度的流体。同时多普勒(lè)法测(cè)量精度低于时差法,一般为2.0级,即2%满量程误差(2%F.S.)。
2、超声波流量计使(shǐ)用注意事项
近几年,随着超声(shēng)波流量计在污水流量计在线校准中(zhōng)的(de)应用越来越普遍,流量计准确性(xìng)不高的问题也逐渐暴露出来,原因主要是(shì)操作不规范和流量计自身问(wèn)题。
2.1操作不规(guī)范
管(guǎn)道(dào)方面,技术人员经常不按照标(biāo)准操作规程(chéng)进行操(cāo)作,例如未准确测量管道外(wài)径、周长、壁厚、接触温度等,这些参数都会对超声流量计的(de)原始数(shù)据修正产生重要影响。
安装方式方面,技术人员经常不按照管道大小和信号强(qiáng)度选择安装方式,往往选择(zé)流量计的默认(rèn)双声程模式。正确的安装方式为:在(zài)大管道和复杂环境中(zhōng)应采(cǎi)用单声程(chéng);在(zài)小管道和信号(hào)特(tè)强的情况下
选(xuǎn)择多声(shēng)程。
安装位置方(fāng)面,技术人员往(wǎng)往随意放置超声探头,且不确认管道(dào)污水是否满管这一重要的测量(liàng)条件。正确的安装位置为:应选择管道的水平中间位置放置(zhì)探头;只有在管(guǎn)道满管的条件(jiàn)下才能(néng)进行准确测量,流体向上流(liú)的垂直管道能保证满管(guǎn)流。
除此以外,现场的管道内衬的种类和厚度等重要参数往往很难获得,这些也(yě)严重(chóng)影响了(le)流量计的准确性。
2.2超声(shēng)波(bō)流量计自身问(wèn)题
*先是时差法和多普勒法(fǎ)流量计的选用。时差法流量计适用于纯(chún)净液体(tǐ)的计量,准确度优于±1.0%;多普(pǔ)勒法流量计适用于浊度50mg/L以上的流体。 因此,2种原理的流量计在(zài)污水流量计校(xiào)准时的选用非常重要。一般情况下,管道中污水较干净时,可选用(yòng)时差法;当污(wū)水较浑浊时,应选用多普勒法。但是(shì)污水干净还是浑浊在现场很难(nán)被定量界定,因此选用这2种原理的流(liú)量(liàng)计没有通用(yòng)方法可遵循,导致流量计自身计量不准确,更(gèng)谈(tán)不上校准污水(shuǐ)流(liú)量计了。
其次超声波接收也存(cún)在缺陷。超声波由于是通过在管道中发(fā)射和接收超声信号来测量流体流量的,所以管道材质对超声的折(shé)射、流体中杂质对超(chāo)声(shēng)的反射和散射、流体中随机存在的(de)气泡和杂(zá)质的含量高(gāo)低都会对测量产生不稳定的影响。油(yóu)田污水中(zhōng)含有不少(shǎo)的原油、砂砾、气泡、化学药剂等,管(guǎn)道内环境十分复杂和多变,严重影响了测量的精度。
3、现场试验(yàn)
针对超声(shēng)波流量计在污水流量计在线校准中准确性不高(gāo)的问题。在近一年的的时间里,使用26台检定合格的污水流量(liàng)计作为参考流量计,对4台超声波流(liú)量计进行了现(xiàn)场在线校准,通过大量的试验(yàn)和数据分析,讨论超声波流量计在污水流量计校(xiào)准中的作用。
3.1流量计的选择
为了使试验具有代表性,便携式超声波(bō)流量计(jì)选用某国外知名厂商的时差式A型、多(duō)普勒B型,国内知名厂商的时差式C型、多普勒D型各1台(tái),均检定(dìng)合格且在检(jiǎn)定周期内。26台污水流量计为检定合格(gé)后*1次(cì)使用的(de),且在检定周期内。
3.2试验注意(yì)事(shì)项
本试验严格遵循超声波流量计附带(dài)的使用说明及本文中*3章(zhāng)提到的注意(yì)事(shì)项。
试(shì)验(yàn)中流量计安(ān)装的管道的直(zhí)管段符合“前十后五”的规定。试验(yàn)中所选安装流量(liàng)计的管道为近1年内的(de)新管道,尽量避免因(yīn)管道内壁腐蚀导致超声信号接收质量不高的问题。
3.3试验内容
*先将污水流量计分别安装到污水管(guǎn)线中(zhōng),然后将污水流量计作为参考流量计与便携式超声波流量计进(jìn)行数据比(bǐ)对,比对(duì)内容为60min 内的(de)累积流量(liàng)。
为(wéi)了分析时(shí)差法和(hé)多普勒法(fǎ)流量计在不同浑浊程度的污水中的计量准确性,试验中在数据比对的同时进行同管道的污水采样,采样周期为5min,试验结束后将12次水样放入样品桶后搅拌均匀,由光学浊度计测试污水浊度,本试(shì)验设定浊度小于50mg/L的为一般水质(zhì);浊(zhuó)度(dù)≥50mg/L的为较差水质。
试(shì)验数据见表1,其中流量表(biǎo)示污水流(liú)量计60min内的累计流量;A、B、C、D分别为4个型号的超声波流(liú)量计(jì)在60min内的累计流量(liàng);排名为与同一台污水流量计比对的(de)4台超声波流量计的误差按从小到大的顺序。
表1中,“—”表示超声波流量(liàng)计因(yīn)接收(shōu)信(xìn)号差而不显示累计流量,误差>20%的超声波流量计累计流量表示因(yīn)接收信号质量差导致的仪器测量错(cuò)误。对表1中(zhōng)的数据进行分类处(chù)理,以便得(dé)到一般和(hé)较差水(shuǐ)质2种情况时(shí)4台流量计(jì)的误差统(tǒng)计。表2和表(biǎo)3分别为为一般和较差水质时的流量(liàng)计(jì)误差统计。
从表2和表3发现,试验(yàn)中水质一般(浊度<50mg/L)的情况下,时差法流量计的有效数据(误差(chà)<20%)为13个,占总试(shì)验数据(32个)的40.63%;不(bú)显示的情况有4个,占总试验数据(32个)12.5%的。水质较差(浊度≥50mg/L)的情况下,多普勒法流量计的有效数据(误差(chà)<20%)为4个,占总试验数据(32个)的12.5%;该类型流量(liàng)计不存在不(bú)显示的情况。
当管径较大时(流速>300m3/h),在2种水质情况下,流量(liàng)计仅有1次有效测得数据,占此情况下实验数据(20个)的5%。
同时,表2和表3也验(yàn)证了时差法流(liú)量计仅适合测量较纯净的流体,而多普勒法(fǎ)流(liú)量计仅适合测量浑浊(浊(zhuó)度≥50mg/L)的流体。
3.4试验结论及建议
通过本试验的(de)数据分(fèn)析(xī),得出结论:
1)2种(zhǒng)原理的超声波流量计均不适用(yòng)于在线校准污水流量计。因管线中情况复杂,杂质和气泡仪表在流(liú)量(liàng)计测量区域内随机出(chū)现,时差法流量计在一般水质中(zhōng)的有效数据(误差<20%)仅占40.63%,多普勒法流量计在较(jiào)差水质(zhì)中的的有效(xiào)数据(误差<20%)仅占12.5%,远远低于**标准。
2)大管径污水管线因(yīn)流体复杂不(bú)适合采(cǎi)用非接(jiē)触式流量计测量。大管径中污(wū)水分层流动,且杂质和气泡在仪表测量(liàng)区域内随机出现,明(míng)显增大(dà)了测量误差的概率。
建议油(yóu)田(tián)的(de)污水流量计在条件允(yǔn)许(xǔ)的情况下还是需要送到实验室进行检(jiǎn)定。

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