基本介紹
- 中文名：管道流體計量
- 性質：測量管道運輸的流體貨物流動量
- 任務：為計算輸油和輸氣成本提供依據
- 包括：管道輸送的油品計量和天然氣計量
研究對象,特點,流量計種類,標定裝置,發展,套用領域,
研究對象
管道流體計量包括管道輸送的油品計量和天然氣計量。這兩種流體計量目前都以體積為單位。早期油品的計量是以重量為單位。20世紀40年代初期，直徑為100毫米的容積式流量計開始在成品油管道上使用。後來又出現了多種容積式流量計，如刮板式流量計、腰輪式流量計等。60年代出現了渦輪式流量計，這種流量計體積小,計量的流量範圍較寬，並能保持較高的精度,被套用於輕質油品的計量。近年來，非浸入式超音波流量計日益廣泛套用於管道流體計量。隨著流量計的改進，與之配套的流量計標定裝置也不斷發展，如60年代出現機械式雙向直管體積管標定裝置；此後又出現了單向和雙向U形體積管標定裝置,使流量計標定達到更高的精度。
特點
各種油品有不同的熱膨脹係數和可壓縮係數。此外，同類油品，因其比重不同而熱膨脹係數也不相同，例如比重為0.7900和0.7912的煤油，它們的熱膨脹係數分別為0.000515和0.000538。因此，管道輸送的油品體積隨著溫度和壓力的改變而變化，其中尤以溫度的變化對體積的變化影響最大。油品進入管道後，經過多次離心泵的攪動，並受管道摩擦阻力和土壤熱場的影響，油品溫度會發生變化，從而引起油品體積的變化。為了統一計量，在管道收髮油品，都是根據油品的熱膨脹係數，將實測油品平均溫度下的體積值換算為20℃時的油品體積值。
天然氣的體積受溫度和壓力的影響更大，因而必須將各次的計量值統一換算為標準大氣壓和20℃的基準狀態值。國際標準化組織第30專門委員會制定了“用孔板測量充滿圓管的流體的流量”ISO5167 國際標準。凡符合此標準的節流裝置,流體通過量和各參數間的關係,可按照規定的計算方法直接計算。其誤差不超過標準所規定的限值，因而不需要單獨標定，精度一般可達 ±1%。孔板流量計只能在一定的計量範圍內保持一定的精度，超過其適用範圍，精度將明顯降低。在輸量變化很大的情況下，為保持計量精度，一般採用一組不同量程的孔板流量計，以便隨流量變化選擇適合的孔板流量計進行測量。
中國規定採用的計量單位是：對於液體介質，體積單位為標準立方米,重量單位為噸,基準狀態為20℃；對於氣體介質，體積單位為標準立方米，基準狀態為標準大氣壓和20℃。美國、日本等國所規定的基準狀態為標準大氣壓和15.6℃(60°F)。
流量計種類
按結構可分為容積式流量計和渦輪式流量計。
容積式流量計
由設在轉子上的機械部件構成的幾個能隨轉子轉動的密閉容積（圖1），每轉一周可傳遞一定體積的油量，根據轉數的積累計算通過的油量。容積式流量計轉子的轉動是靠流量計進出口油流的壓差。它適用於潤滑性較好、粘度較高的重質油品，如原油、重質成品油等的計量。容積式流量計的計量範圍受到轉子重量的影響，其精度只適用於一定流量的計量，計量更大流量時，要幾台並聯使用。
渦輪式流量計
根據油流速度計算大輸量流量計。這種流量計結構緊湊，重量較輕，壓降較小，並易於維護。其工作原理是將一個帶翼片的渦輪轉子置於被計量的油流中心，渦輪在轉動時，渦輪轉速與油的流速成正比。在渦輪上鑲有一塊磁鐵，每轉一圈即在外部的感應線圈中產生一個脈衝，經過標定，確認一定數量的脈衝數代表一個計量單位。渦輪在油流中旋轉，減少了機械磨損，轉子重量輕，能適應較大的流量變化。這種流量計用於各種輕質油品的計量。
標定裝置
用以校核流量計精度的精密設備。標定裝置是伴隨管道採用流量計而出現的。在40～50年代，標定裝置是小型的標準容積罐，計量精度為容積的千分之一。60年代以來，各種類型的標準體積管已廣泛地在管道中用於標定流量計。U形體積管是在精加工的U形管段上,設定兩個檢測開關,兩個開關之間的管段體積是經過更高一級的標定容器進行仔細測定的已知數，作為標準體積，其精度可達±0.02%。這種標定裝置在流量計與標準體積管串聯起來進行標定時，先用油流將流量計與標準體積管進行預熱，使其溫度與油流溫度相同；然後將球型隔離器投入油流，在油流推動下，隔離器首先觸動第一個檢測開關，並同時打開流量計計數器輸入門電路，開始記錄被標定的流量計發出的脈衝。當隔離器觸動第二個檢測開關時，即停止計數。如此進行數次，將標準體積管的容積與計數器記錄的平均脈衝數所代表的容積值進行比較，即得出流量計的修正係數。在成品油管道上進行多種油品的計量時，應經常用不同油品進行標定,以取得不同的修正係數。U形體積管標定裝置見圖2。在管道計量中，只在起點站和終點站及主要分輸站等大量收、髮油品的計量點上，才設有體積管標定裝置；其他收發量少的站，均可用標準流量計進行校核。
發展
流量測量的發展可追溯到古代的水利工程和城市供水系統。古羅馬凱撒時代已採用孔板測量居民的飲用水水量。公元前1000年左右古埃及用堰法測量尼羅河的流量。我國著名的都江堰水利工程套用寶瓶口的水位觀測水量大小等等。17世紀托里拆利奠定差壓式流量計的理論基礎，這是流量測量的里程碑。自那以後，18、19世紀流量測量的許多類型儀表的雛形開始形成，如堰、示蹤法、皮托管、文丘里管、容積、渦輪及靶式流量計等。20世紀由於過程工業、能量計量、城市公用事業對流量測量的需求急劇增長，才促使儀表迅速發展，微電子技術和計算機技術的飛躍發展極大地推動儀表更新換代，新型流量計如雨後春筍般湧現出來。至今，據稱已有上百種流量計投向市場，現場使用中許多棘手的難題可望獲得解決。
我國開展近代流量測量技術的工作比較晚，早期所需的流量儀表均從國外進口。
流量測量是研究物質量變的科學，質量互變規律是事物聯繫發展的基本規律，因此其測量對象已不限於傳統意義上的管道液體，凡需掌握量變的地方都有流量測量的問題。流量和壓力、溫度並列為三大檢測參數。對於一定的流體，只要知道這三個參數就可計算其具有的能量，在能量轉換的測量中必須檢測此三個參數。能量轉換是一切生產過程和科學實驗的基礎，因此流量和壓力、溫度儀表一樣得到最廣泛的套用。
套用領域
流量測量技術與儀表的套用大致有以下幾個領域。
一，工業生產過程
二，能源計量
能源分為一次能源（煤炭、原油、煤層氣、石油氣和天然氣）、二次能源（電力、焦炭、人工燃氣、成品油、液化石油氣、蒸汽）及載能工質（壓縮空氣、氧、氮、氫、水）等。能源計量是科學管理能源，實現節能降耗，提高經濟效益的重要手段。流量儀表是能源計量儀表的重要組成部分，水、人工燃氣、天然氣、蒸汽和油品這些常用的能源都使用著數量極其龐大的流量計，它們是能源管理和經濟核算不可缺少的工具。
三，環境保護工程
煙氣，廢液、污水等的排放嚴重污染大氣和水資源，嚴重威脅人類生存環境。國家把可持續發展列為國策，環境保護將是21世紀的最大課題。空氣和水的污染要得到控制，必須加強管理，而管理的基礎是污染量的定量控制。
我國是以煤為主要能源的國家，全國有上百萬個煙囪不停地向大氣排放煙氣。煙氣排放控制是根治污染的重要項目，每個煙囪必須是安裝煙氣分析儀表和流量計，組成連櫝排放監視系統。煙氣的流量沆量有很大因難，它的難度為煙囪尺寸大且形狀不規則，氣體組分變化不定，流速範圍大，髒污，灰塵，腐蝕，高溫，無直管段等。
四，交通運輸
有五種方式：鐵路公路、航空、水運、和管道運輸。其中管道運輸雖早已有之，但套用並不普遍。隨著環保問題的突出，管道運輸的特點引起人們的重視。管道運輸必須裝備流量計，它是控制、分配和調度的眼睛，亦是安全監沒和經濟核算的必備工具。
五，生物技術
21世紀將迎來生命科學的世紀，以生物技術為特徵的產業將獲得迅速發展。生物技術中需監測計量的物質很多，如血液，尿液等。儀表開發的難度極大，品種繁多。
六，科學實驗
科學實驗需要的流量計不但數量多，且品種極其繁雜。據統計流量計100多種中很大一部分是應科研之需用的，它們並不批量生產，在市面出售，許多科研機構和大企業皆設專門小組研製專用的流量計。
七，海洋氣象，江河湖泊
這些領域為敞開流道，一般需檢測流速，然後推算流量。流速計和流量計所依據的物理原理及流體力學基礎是共通的但是儀表原理及結構以及使用條件有很大差別。
