摘 要 本文介紹了超聲波流童計的原理和巴納XMT868在油田原油生產(chǎn)、注水中的應用。針對日常維護中出現(xiàn)的問題，提出簡單實用的在線故障診斷和編程方法。
1 概述
秦皇島326油田使用了3臺巴納公司(PANAMETRICS)的XMT868型超聲波流量計。此類型超聲波流量計主要分布在原油生產(chǎn)和注水管線上，用于在線計量原油產(chǎn)量和注水量，為油田的日常油水計量提供了準確可靠的第一手數(shù)據(jù)。
XMT868式超聲波流量計無運動部件，無需日常維護。外夾式安裝，避免了被測介質(zhì)的泄漏和儀表腐蝕，可以實現(xiàn)長期無漂移測量。它采用雙通道測量方式(在同一管道上安裝了兩對傳感器)，同時測量兩個點，保證了數(shù)據(jù)的可靠性和準確性?，F(xiàn)場儀表上的微處理器提供數(shù)字化信號編碼和利用互相關(guān)檢測程序，應用數(shù)據(jù)組態(tài)可以直接通過RCCU (Remote ControlCommunication Unit)進行設置和故障診斷，操作和維修方便靈活。
XMT868超聲波流量計可以輸出4-20mAD C的標準信號，將測量和計算數(shù)據(jù)(包括瞬時量和累積量)遠傳至中央控制室。XMT868超聲波流量計也可以通過內(nèi)部標準的串口通訊模塊，利用RS232/RS485接口，將設備運行情況傳至中控室，實現(xiàn)遠程監(jiān)控。
2 工作原理
XMT868超聲波流量計采用互相關(guān)時差模式(CorrelationTransit-time)進行測量。兩個傳感器對稱安裝在管道的兩側(cè)，傳感器交替地被作為超聲波信號發(fā)送器和接收器使用。其功能是提供高電壓發(fā)射脈沖，并檢測來自另一傳感器的返回信息。當流體流動時，順流方向信號的傳播時間短于逆流方向，該時間差正比于流體速度。XMT868超聲波流量計測量時間差，結(jié)合設置的管徑參數(shù)來計算流體的流速。流量計變送器內(nèi)部的微處理器進行時間測量和計算，顯示瞬時流量等數(shù)據(jù)。
3 安裝
聲速（m/s ） 聲道強度測量溫度（℃）
聲道1 1560 65.8 65
聲道2 1563 63.8 65
理論值1554 66 65
XMT868式超聲波流量計采用管外夾裝式傳感器，無需開孔與管道介質(zhì)接觸。XMT868流量計變送器采用就地安裝，便于現(xiàn)場讀數(shù)。
外夾式，超聲波流量計安裝簡便、靈活，但是也有一些嚴格要求：
（1）直管段的要求，前10D，后5D.
（2）精確測量管徑和壁厚，然后算出傳感器安裝間距，確定傳感器的安裝點。
（3）管線表面應光滑，并涂有適量的禍合劑，保證傳感器和管壁之間沒有縫隙。藕合劑太少會造成數(shù)據(jù)不準確。
（4）傳感器需固定捆綁至不可移動。
4 使用與維護
4.1 程序組態(tài)
流量計投用之前應使用Panametrics公司的RemoteControl Communications Unit（RCCU）手持終端，通過紅外線接口與XMT變送器無線通訊，對變送器進行組態(tài)。
為了達到準確測量流量的目的，XMT868流量計需要設定一些必要的參數(shù)。參數(shù)設定中的重要部分是：聲道參數(shù)、聲道的管道參數(shù)、雷諾數(shù)修正開啟與否、顯示設定和輸出設定（4-20mA）等。諸如管徑、壁厚、管線材質(zhì)、流體類型和介質(zhì)溫度等參數(shù)均設定在“聲道的管道參數(shù)”這一項中。由于使用的是雙通道的流量計，因此兩個通道的參數(shù)設置應一致。
4.2 日常維護
檢測安裝和運行的情況可以使用RCCU來查看聲道的信號強度和聲速，在日常維護中也可以通過此法查看流量計的運行狀況，如表1所示。
表1
聲速（m/s） 聲道強度 測量溫度（℃）
聲道1 1560 65.8 65
聲道2 1563 63.8 65
理論值 1554 66 65
標準聲道強度理論值應在5070之間。
另外，在流量計的運行過程中如果發(fā)現(xiàn)聲速和聲道強度有所減弱，一般情況下，需要對傳感器與管壁之間的禍合劑進行重新涂抹。根據(jù)實踐經(jīng)驗，最好為半年或一年更換一次。
4.3 故障排除
XMT868超聲波流量計性能穩(wěn)定，不易出錯，并且流量計有錯誤提示的功能。當流量計檢測到某些錯誤時，會在LCD的右上方顯示一個錯誤代碼，此時，可以通過查看錯誤代碼表來解決故障，如表2所示。
5 與其它流量計的應用比較
巴納XMT868超聲波流量計相比于油田中使用的其它類型的流量計，具有以下幾個顯著的特點：
（1）適應粘稠的原油動態(tài)計量秦皇島326油田開采的原油屬于重質(zhì)稠油，一般的孔板式流量計、容積式、漩渦式和電磁流量計易產(chǎn)生粘連測量部件、堵塞、易腐蝕等現(xiàn)象，造成計量誤差較大。巴納XMT868超聲波流量計不與流體接觸，沒有運動部件，測量環(huán)境受流阻的影響不大，而且允許流體中夾帶少量固體顆粒，克服了原油粘稠的計量困難。
秦皇島326油田原用于計量日產(chǎn)合格油的流量計是DANFORSS超聲波流量計，由于其初始選型不恰當，聲道強度低，未能勝任計量稠油。安裝XMT868超聲波流量計后，這一問題得到了較好的解決。實踐中發(fā)現(xiàn)：兩臺用于V-103A/B出口（原油下艙前）的超聲波流量計計量結(jié)果基本符合船體折算的數(shù)據(jù)結(jié)果（通過Auxitrol雷達液位計精確測量后折算）。
故障代碼 故障 原因 排除方法
E1 超聲信號強度弱 電纜破損：管徑、傳感器問題 檢查傳感器電纜和管徑及傳感器，檢查組態(tài)和間距
E2 聲速故障 測量條件差，組態(tài)有誤；傳感器間距不合適；組態(tài)設置聲速無法正常測量 檢查聲速，管傳感器，檢查組態(tài)和間距
E3 速度范圍：速度已超出編程限額 組態(tài)錯，測量條件差，傳感器間距不合適，流速范圍限額不當 確保流速在±12m/s內(nèi)，檢查組態(tài)和間距，管徑及傳感器
E4 信號質(zhì)量 太高：電子部分原因；太低：管徑、電子部分原因 檢查電子部分干擾源及管徑
E5 信號幅度錯誤 被測流體中含有過多的顆粒和氣泡，流體兩相比例過高 檢查管徑和流體
E6 信號周期跳變 測量條件差或傳感器間距不合適 檢查間距，檢查傳感器和管徑
E7 模擬輸出故障 低于電流輸出 檢查輸出負載≤500Ω
E8 模擬信號輸入錯誤 溫度輸入錯誤 檢查電纜、溫度變送器或檢查RTD輸入卡連接情況
E9 累積流量超量程 超出量程 選擇相對較大的流量單位或脈沖值
E10 信號強度微弱 從傳感器發(fā)出的信號微弱 檢查管線、組態(tài)數(shù)據(jù)或傳感器的連接情況
E11 無信號 電子變送器單元檢測不到來自傳感器的正確信號 檢查管線、組態(tài)數(shù)據(jù)或傳感器的連接情況，變送器撥到transit-time的模式
E12 信號不連貫 兩組超聲檢測信號相異 檢查管線、組態(tài)數(shù)據(jù)或傳感器的連接情況，變送器撥到transit-time的模式
E13 流量顯示溢出 流量計算器大流量溢出 選擇相對較大的流量測量單位或縮短選擇數(shù)據(jù)的顯示位數(shù)
（2）現(xiàn)場儀表安裝方便靈活這一點是固定式安裝的流量計無法比擬的一個優(yōu)點。秦皇島326油田投產(chǎn)初期只在流程上某一條油水管線上安裝了XMT868超聲波流量計，后來出于生產(chǎn)的需要，要在總管線上安裝兩臺流量計，因此把這臺流量計移位到了合適的新位置，快捷、方便又節(jié)省了資金。
另外，秦皇島326油田使用的3臺用于計量小平臺注水量的流量計原采用的是孔板流量計，由于工程前期管線預制存在缺陷，一直無法較為準確的計算出注水總量（實際工況流量與設計范圍相差很大，差壓值較小，造成誤差很大）。
外置夾裝式超聲波流量計XMT868安裝移動方便，又有很寬的量程比，安裝使用后輕松地解決了這個間題。
（3）故障率低，維護工作量少
投人使用近4年的XMT868超聲波流量計運行穩(wěn)定，沒有出現(xiàn)過故障報警。日常維護過程中僅更換過幾次禍合劑和使用RCCU測量相關(guān)參數(shù)，這一點相比于經(jīng)常需要清潔油/水過濾器、拆卸檢查轉(zhuǎn)子和齒輪狀況、引壓管線放液、保溫的容積式、電磁式、差壓式等類型的流量計（尤其是用于大流量計量的流量計），維護工作量少很多。
6 結(jié)論
秦皇島326油田應用巴納XMT868超聲波流量計共3臺，1臺用于注水，2臺用于原油下艙之前的流量計量。
自2002年投運以來，表現(xiàn)出安裝方便，穩(wěn)定性、可靠性和準確度高，以及故障率少的優(yōu)點，給油田提供了穩(wěn)定可靠的計量數(shù)據(jù)。因此，這類新型計量儀表必將在海洋石油工業(yè)中得到廣泛的應用。
參 考 文 獻
樂嘉謙．儀表工手冊（第二版）．化學工業(yè)出版社，20 03.
GEP anametrics．X MT868超聲波流量計用戶手冊.
王森，朱炳興．儀表工試題集．化學工業(yè)出版社，1992
（轉(zhuǎn)載）
