摘 要：對(duì)于在海洋石油工業(yè)中應(yīng)用的渦街流量計(jì)，在理論分析的基礎(chǔ)上，對(duì)于生產(chǎn)實(shí)踐中積累的測(cè)量數(shù)據(jù)，進(jìn)行了歸納研究。得出了一些初步的結(jié)論，以供后續(xù)工程設(shè)計(jì)和實(shí)際應(yīng)用參考。

0 引言

  在海洋石油油氣生產(chǎn)中，隨著生產(chǎn)要求的不斷提高，各種類型的流量計(jì)應(yīng)用越來越為廣泛。主要對(duì)于渦街流量計(jì)在海上石油平臺(tái)相關(guān)應(yīng)用，進(jìn)行初步研究，并結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)中積累的大量詳實(shí)生產(chǎn)數(shù)據(jù)，分析在海上油氣生產(chǎn)的實(shí)際工況下，此類型流量計(jì)應(yīng)用的效果，并對(duì)后續(xù)工程設(shè)計(jì)和使用提供參考意見。

1 研究背景介紹

1.1 渦街流量計(jì)簡述

  渦街流量計(jì)（又稱旋渦流量計(jì)）是一種基于流體振蕩原理的新型速度式流量儀表，以其對(duì)流體物性變化的不敏感性，高可靠性，高精度等特點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)。自20世紀(jì)60年代末誕生以來，渦街流量計(jì)發(fā)展迅速，70年代、80年代是渦街流量計(jì)的快速發(fā)展時(shí)期， 隨著各種新型的檢測(cè)方法的出現(xiàn)， 推進(jìn)各種新型的渦街流量計(jì)產(chǎn)品也紛紛問世。渦街流量計(jì)不僅要繼續(xù)朝著高性能的方向發(fā)展，而且新型的渦街流量計(jì)與元器件將朝著小型化（微型化）、數(shù)字化、智能化方向奮進(jìn)。

1.2 渦街流量計(jì)的特點(diǎn)與應(yīng)用

  渦街流量計(jì)作為新型的速度式流量儀表，從誕生以來就得到了快速的發(fā)展，這和其自身*特點(diǎn)是密不可分的。渦街流量計(jì)的主要特點(diǎn)如下：a）輸出與流體流速成正比的脈沖信號(hào)，不存在零點(diǎn)漂移問題。在流量儀表中有不少儀表輸出的是模擬信號(hào)，于是存在零漂問題，特別是在小流量狀態(tài)時(shí)對(duì)測(cè)量精度的影響就相當(dāng)大；b）測(cè)量工作狀態(tài)體積流量，對(duì)流體的物理性變化不敏感。在一定雷諾數(shù)范圍內(nèi)，旋渦的頻率僅與流體體積流量成正比，而對(duì)流體的物理特性變化不敏感。由于這一特點(diǎn)，使得生產(chǎn)廠商與用戶都獲得*的便利，如渦街流量計(jì)可在一種介質(zhì)中標(biāo)定后確定它的儀表系數(shù)，就可在其他介質(zhì)中使用了。這一特點(diǎn)還為渦街流量計(jì)實(shí)現(xiàn)干標(biāo)定、發(fā)生體標(biāo)準(zhǔn)化提供了有利的條件；c）量程范圍寬，測(cè)量精度高，壓力損失小，適用于多種介質(zhì)。大多數(shù)渦街流量計(jì)的量程比可達(dá)到10：1以上，有的可達(dá)到20：1甚至30：1；測(cè)量液體的精度為±0.5%~±1%，測(cè)量氣體的精度為±1%~±1.5%；渦街流量計(jì)的壓力損失僅為孔板流量計(jì)的1/4~1/2；渦街流量計(jì)能夠測(cè)量液體、氣體和蒸汽流量，而很多其它流量計(jì)不具備這個(gè)特點(diǎn)；d）采用了多種檢測(cè)技術(shù)，充分利用各種檢測(cè)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)。熱敏、力敏、超聲、光電、磁電等檢測(cè)技術(shù)都被采用到渦街流量計(jì)中，利用它們的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于不同的情況可選用不同的檢測(cè)技術(shù)；e）無可動(dòng)部件，可靠性高；結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便靈活。正是由于這一系列的優(yōu)點(diǎn)，使得在流量儀表家族中還是一個(gè)年輕的渦街流量計(jì)成為了一個(gè)新寵兒，30多年的發(fā)展已使它躋身通用流量計(jì)之列。豐富多彩的產(chǎn)品世界使其在現(xiàn)代工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)大展拳腳，在各種液體、氣體及蒸汽的流量測(cè)量中形成優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，滿足從低溫到高溫、從小口徑到大口徑各種介質(zhì)的流量測(cè)量需求。

1.3 渦街流量的發(fā)展

  渦街流量計(jì)近20a發(fā)展迅速，因其對(duì)被測(cè)介質(zhì)物性不敏感，可以測(cè)量液體、氣體以及蒸汽而廣泛應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，在海洋石油平臺(tái)上的應(yīng)用也越來越廣泛。海洋石油工程設(shè)計(jì)院所，對(duì)于在何種測(cè)量介質(zhì)、測(cè)量工況下，使用此類型流量計(jì)，已經(jīng)有了初步的設(shè)計(jì)規(guī)范。由于海上生產(chǎn)平臺(tái)空間有限，如何在有限的安裝空間內(nèi)，保證流量計(jì)測(cè)量精度、可重復(fù)性等指標(biāo)達(dá)到初始設(shè)計(jì)指標(biāo)，成為一個(gè)很重要的問題。本文選取了海洋石油平臺(tái)上， 此類型流量計(jì)的一些典型應(yīng)用工況，以此為研究基礎(chǔ)，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、采集基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，得出一些初步結(jié)論，對(duì)于今后類似工況使用提供一些參考。

2 實(shí)驗(yàn)情況介紹

  針對(duì)以上需要，我們了兄弟單位儀表標(biāo)定中心，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)驗(yàn)條件，進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，主要對(duì)不同前后直管段、上游單彎頭和全開球形閥阻流件對(duì)渦街流量計(jì)性能的影響進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。具體實(shí)驗(yàn)方案：a）渦街流量計(jì)上游存在單彎頭阻流件。分別對(duì)渦街流量計(jì)的前后直管段長度進(jìn)行變換，下游后直管段5D，分別選取上游直管段長度為1D/3D/5D/10D/15D/20D，下游直管段長為3D/5D，進(jìn)行組合實(shí)流實(shí)驗(yàn)研究；b）渦街流量計(jì)上游存在閘閥阻流件。同樣參照彎頭的研究方法設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容， 分別選取上游直管段長為1D/3D/5D/10D/15D，下游直管段長為3D/5D，進(jìn)行組合實(shí)流實(shí)驗(yàn)研究。

2.1 實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)指標(biāo)介紹

a）平均儀表系數(shù)

  計(jì)算機(jī)通過渦街流量計(jì)輸出信號(hào)進(jìn)行采樣的脈沖數(shù)Ni，每次測(cè)量流經(jīng)渦街流量計(jì)的液體體積Vi，計(jì)算出每個(gè)流量點(diǎn)每次測(cè)量的儀表系數(shù)Ki：

每個(gè)測(cè)量點(diǎn)經(jīng)過n次測(cè)量后期儀表系數(shù)：

zui后流量計(jì)的儀表系數(shù)：

 b）平均儀表系數(shù)相對(duì)誤差

渦街流量計(jì)的平均儀表系數(shù)（阻流件條件下）；

基準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)渦街流量計(jì)的平均儀表系數(shù)；

基準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)：前直管段100D，后直管段10D；

c）線性度ε

d）不確定度δ

每個(gè)流量點(diǎn)的不確定度為：

e）附加不確定度Δδ

Δδ=δj-δ0，

δj：渦街流量計(jì)的不確定度（阻流件條件下）；

δ0：基準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)渦街流量計(jì)的不確定度。

2.2 彎頭阻流件實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及初步結(jié)論

  通過彎頭阻流件實(shí)驗(yàn)， 得出實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

  可得實(shí)驗(yàn)初步結(jié)論：當(dāng)渦街流量計(jì)上游存在單彎頭阻流件時(shí)，要使渦街流量計(jì)獲得良好性能，安裝條件必須滿足： 前直管段5D及以上， 后直管段3D及以上的前后直管段組合。

2.3 球形閥阻流件實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及初步結(jié)論

  通過球形閥阻流件實(shí)驗(yàn)， 得出實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

  可得實(shí)驗(yàn)初步結(jié)論：當(dāng)渦街流量計(jì)上游存在全開球形閥阻流件時(shí)，要使渦街流量計(jì)獲得良好性能，安裝條件必須滿足：前直管段5D及以上，后直管段3D及以上的前后直管段組合。

2.4 綜合結(jié)論

  前直管段對(duì)渦街流量計(jì)的影響：一般而言，前直管段越短時(shí)，渦街流量計(jì)的平均儀表系數(shù)越大，平均儀表系數(shù)的相對(duì)誤差越大，線性度也越差。后直管段對(duì)渦街流量計(jì)的影響：在前直管段較長時(shí)，后直管段的影響作用不大； 當(dāng)前直管段較短時(shí)， 后直管段越短會(huì)加劇前直管段的影響作用。所以前直管段的長度對(duì)渦街流量計(jì)的性能起主要作用。渦街流量計(jì)在較大流量時(shí)的性能略優(yōu)于其在低流量時(shí)的性能。    

3 結(jié)語

  就渦街流量計(jì)的使用工況進(jìn)行初步研究，結(jié)合海洋石油工業(yè)中遇到的典型工況，進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)與理論結(jié)合的研究，并得到了初步的研究結(jié)論，對(duì)于以后海上石油工業(yè)此類流量計(jì)的應(yīng)用，有一定的參考意義。

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