摘 要 本文介紹了超聲波流童計(jì)的原理和巴納XMT868在油田原油生產(chǎn)、注水中的應(yīng)用。針對(duì)日常維護(hù)中出現(xiàn)的問題，提出簡(jiǎn)單實(shí)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(tái)巴納公司(PANAMETRICS)的XMT868型超聲波流量計(jì)。此類型超聲波流量計(jì)主要分布在原油生產(chǎn)和注水管線上，用于在線計(jì)量原油產(chǎn)量和注水量，為油田的日常油水計(jì)量提供了準(zhǔn)確可靠的第一手?jǐn)?shù)據(jù)。
XMT868式超聲波流量計(jì)無運(yùn)動(dòng)部件，無需日常維護(hù)。外夾式安裝，避免了被測(cè)介質(zhì)的泄漏和儀表腐蝕，可以實(shí)現(xiàn)長期無漂移測(cè)量。它采用雙通道測(cè)量方式(在同一管道上安裝了兩對(duì)傳感器)，同時(shí)測(cè)量兩個(gè)點(diǎn)，保證了數(shù)據(jù)的可靠性和準(zhǔn)確性?，F(xiàn)場(chǎng)儀表上的微處理器提供數(shù)字化信號(hào)編碼和利用互相關(guān)檢測(cè)程序，應(yīng)用數(shù)據(jù)組態(tài)可以直接通過RCCU (Remote ControlCommunication Unit)進(jìn)行設(shè)置和故障診斷，操作和維修方便靈活。
XMT868超聲波流量計(jì)可以輸出4-20mAD C的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，將測(cè)量和計(jì)算數(shù)據(jù)(包括瞬時(shí)量和累積量)遠(yuǎn)傳至中央控制室。XMT868超聲波流量計(jì)也可以通過內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)的串口通訊模塊，利用RS232/RS485接口，將設(shè)備運(yùn)行情況傳至中控室，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。
2 工作原理
XMT868超聲波流量計(jì)采用互相關(guān)時(shí)差模式(CorrelationTransit-time)進(jìn)行測(cè)量。兩個(gè)傳感器對(duì)稱安裝在管道的兩側(cè)，傳感器交替地被作為超聲波信號(hào)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(cè)來自另一傳感器的返回信息。當(dāng)流體流動(dòng)時(shí)，順流方向信號(hào)的傳播時(shí)間短于逆流方向，該時(shí)間差正比于流體速度。XMT868超聲波流量計(jì)測(cè)量時(shí)間差，結(jié)合設(shè)置的管徑參數(shù)來計(jì)算流體的流速。流量計(jì)變送器內(nèi)部的微處理器進(jìn)行時(shí)間測(cè)量和計(jì)算，顯示瞬時(shí)流量等數(shù)據(jù)。
3 安裝
聲速（m/s ） 聲道強(qiáng)度測(cè)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(jì)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(jì)變送器采用就地安裝，便于現(xiàn)場(chǎng)讀數(shù)。
外夾式，超聲波流量計(jì)安裝簡(jiǎn)便、靈活，但是也有一些嚴(yán)格要求：
（1）直管段的要求，前10D，后5D.
（2）精確測(cè)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(diǎn)。
（3）管線表面應(yīng)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(huì)造成數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。
（4）傳感器需固定捆綁至不可移動(dòng)。
4 使用與維護(hù)
4.1 程序組態(tài)
流量計(jì)投用之前應(yīng)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(duì)變送器進(jìn)行組態(tài)。
為了達(dá)到準(zhǔn)確測(cè)量流量的目的，XMT868流量計(jì)需要設(shè)定一些必要的參數(shù)。參數(shù)設(shè)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(shè)定和輸出設(shè)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(shè)定在“聲道的管道參數(shù)”這一項(xiàng)中。由于使用的是雙通道的流量計(jì)，因此兩個(gè)通道的參數(shù)設(shè)置應(yīng)一致。
4.2 日常維護(hù)
檢測(cè)安裝和運(yùn)行的情況可以使用RCCU來查看聲道的信號(hào)強(qiáng)度和聲速，在日常維護(hù)中也可以通過此法查看流量計(jì)的運(yùn)行狀況，如表1所示。
表1
聲速（m/s） 聲道強(qiáng)度 測(cè)量溫度（℃）
聲道1 1560 65.8 65
聲道2 1563 63.8 65
理論值 1554 66 65
標(biāo)準(zhǔn)聲道強(qiáng)度理論值應(yīng)在5070之間。
另外，在流量計(jì)的運(yùn)行過程中如果發(fā)現(xiàn)聲速和聲道強(qiáng)度有所減弱，一般情況下，需要對(duì)傳感器與管壁之間的禍合劑進(jìn)行重新涂抹。根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，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(jì)性能穩(wěn)定，不易出錯(cuò)，并且流量計(jì)有錯(cuò)誤提示的功能。當(dāng)流量計(jì)檢測(cè)到某些錯(cuò)誤時(shí)，會(huì)在LCD的右上方顯示一個(gè)錯(cuò)誤代碼，此時(shí)，可以通過查看錯(cuò)誤代碼表來解決故障，如表2所示。
5 與其它流量計(jì)的應(yīng)用比較
巴納XMT868超聲波流量計(jì)相比于油田中使用的其它類型的流量計(jì)，具有以下幾個(gè)顯著的特點(diǎn)：
（1）適應(yīng)粘稠的原油動(dòng)態(tài)計(jì)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(jì)、容積式、漩渦式和電磁流量計(jì)易產(chǎn)生粘連測(cè)量部件、堵塞、易腐蝕等現(xiàn)象，造成計(jì)量誤差較大。巴納XMT868超聲波流量計(jì)不與流體接觸，沒有運(yùn)動(dòng)部件，測(cè)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(jì)量困難。
秦皇島326油田原用于計(jì)量日產(chǎn)合格油的流量計(jì)是DANFORSS超聲波流量計(jì)，由于其初始選型不恰當(dāng)，聲道強(qiáng)度低，未能勝任計(jì)量稠油。安裝XMT868超聲波流量計(jì)后，這一問題得到了較好的解決。實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)：兩臺(tái)用于V-103A/B出口（原油下艙前）的超聲波流量計(jì)計(jì)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(dá)液位計(jì)精確測(cè)量后折算）。
故障代碼 故障 原因 排除方法
E1 超聲信號(hào)強(qiáng)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(cè)量條件差，組態(tài)有誤；傳感器間距不合適；組態(tài)設(shè)置聲速無法正常測(cè)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(cuò)，測(cè)量條件差，傳感器間距不合適，流速范圍限額不當(dāng) 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(hào)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(hào)幅度錯(cuò)誤 被測(cè)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(hào)周期跳變 測(cè)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(fù)載≤500Ω
E8 模擬信號(hào)輸入錯(cuò)誤 溫度輸入錯(cuò)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(duì)較大的流量單位或脈沖值
E10 信號(hào)強(qiáng)度微弱 從傳感器發(fā)出的信號(hào)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(hào) 電子變送器單元檢測(cè)不到來自傳感器的正確信號(hào) 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(hào)不連貫 兩組超聲檢測(cè)信號(hào)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(jì)算器大流量溢出 選擇相對(duì)較大的流量測(cè)量單位或縮短選擇數(shù)據(jù)的顯示位數(shù)
（2）現(xiàn)場(chǎng)儀表安裝方便靈活這一點(diǎn)是固定式安裝的流量計(jì)無法比擬的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。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(jì)，后來出于生產(chǎn)的需要，要在總管線上安裝兩臺(tái)流量計(jì)，因此把這臺(tái)流量計(jì)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(tái)用于計(jì)量小平臺(tái)注水量的流量計(jì)原采用的是孔板流量計(jì)，由于工程前期管線預(yù)制存在缺陷，一直無法較為準(zhǔn)確的計(jì)算出注水總量（實(shí)際工況流量與設(shè)計(jì)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(jì)XMT868安裝移動(dòng)方便，又有很寬的量程比，安裝使用后輕松地解決了這個(gè)間題。
（3）故障率低，維護(hù)工作量少
投人使用近4年的XMT868超聲波流量計(jì)運(yùn)行穩(wěn)定，沒有出現(xiàn)過故障報(bào)警。日常維護(hù)過程中僅更換過幾次禍合劑和使用RCCU測(cè)量相關(guān)參數(shù)，這一點(diǎn)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(jì)（尤其是用于大流量計(jì)量的流量計(jì)），維護(hù)工作量少很多。
6 結(jié)論
秦皇島326油田應(yīng)用巴納XMT868超聲波流量計(jì)共3臺(tái)，1臺(tái)用于注水，2臺(tái)用于原油下艙之前的流量計(jì)量。
自2002年投運(yùn)以來，表現(xiàn)出安裝方便，穩(wěn)定性、可靠性和準(zhǔn)確度高，以及故障率少的優(yōu)點(diǎn)，給油田提供了穩(wěn)定可靠的計(jì)量數(shù)據(jù)。因此，這類新型計(jì)量儀表必將在海洋石油工業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用。
參 考 文 獻(xiàn)
樂嘉謙．儀表工手冊(cè)（第二版）．化學(xué)工業(yè)出版社，20 03.
GEP anametrics．X MT868超聲波流量計(jì)用戶手冊(cè).
王森，朱炳興．儀表工試題集．化學(xué)工業(yè)出版社，1992
（轉(zhuǎn)載）
