黏稠液体渗入气泡对流量计测量的影响

针对高黏性液体在交接存储过程中流量测量存在误差的问题，英国工程实验室实验研究了超声波流量计和科里奥利质量流量计在运动黏度为２００ｍｍ２／ｓ液体中受渗入气泡的流量或密度测量影响程度。气泡体积分数在０～１％内测试不同流量下的测量误差，气泡体积分数变动和流量变动均会造成测量误差变化。两种变动产生的误差变化呈现不同趋势，从而可能实现仪表自诊断功能，补偿或改善仪表性能。结论：低黏性液体用流量仪表不能简单移植到高黏性液体中应用，必须做性能评估或仪表改进。

１.概 述

对于低黏性液体（如水等）渗入气泡对超声波流量计（ＵＳＦ）和科里奥利质量流量计（ＣＭＦ）测量的影响，有人做了实验并在实践中取得了一些认识。Ｅｎｄｒｅｓｓ＋Ｈａｕｓｅｒ公司出版的《流量手册》中

称：气泡体积分数达到２％，将使 ＵＳＦ不能工作，１％左右测量就会呈现问题［１］。１９９０年意大利计量院Ｇ．Ａ．Ｃｉｇｎｏｌｏ氏等研究市场上７种型号ＣＭＦ受

含气泡的影响，在气泡体积分数为１％的水中进行影响实验，某些仪表中的误差为１％～２％，当气泡体积分数为１０％时，误差普遍为１５％～２０％。

关于气泡在黏稠液体中影响如何，英国国家工程实验室（ＮＥＬ）在２０１１年第１０届东南亚烃流量测量学术讨论会上发表《含渗入气泡黏稠液的流量测量》一文［３］，阐述了 ＵＳＦ和ＣＭＦ在测量黏稠液体时受渗入气泡对流量测量和 ＣＭＦ 密度影响的实验研究，得出实验样机在不同体积分数段的影响量值，文中对此进行简述。

全球储藏石油中，３０％为低黏性轻油，７０％为高黏性油，高黏性石油预计１００年或更长时间内将是重要的能源。用中、低黏性油校准的流量仪表不能简单地直接应用于高黏度油品，要作性能评估和必要的补偿修正。

气体可经多种途径混入黏性油品，且不易消散，如油轮装卸，流入／流出生产流程中的容器，测

试中的分离／汇入，生产过程中工况条件急剧变化等。如果能够求得渗入气泡对各种流量测量技术和仪表的影响以及在不同体积分数时的测量偏差的趋势，就有实现在线实时修正的可能性。

渡越时间法 ＵＳＦ渗入气泡会阻碍声波传播而降低响应，使流量测量产生偏差。高级自诊断功能可检测信号衰减程度，当接收换能器接收不到信号

就发出报警信号。

ＣＭＦ渗入气泡理论上不会影响所测质量流量读数，然而气泡在测量管内影响管的阻尼，从而影响质量流量和密度的测量。此外，气泡在液体中分布不均匀也会使质量流量和密度产生偏差。ＣＭＦ测量管阻尼和工作频率是２个重要自诊断参数，两

者的任何波动可反映出测量管内是否存在固体颗粒或气泡。

２ .实 验

实验对象是１ 台 ＤＮ１００ＵＳＦ、１ 台 ＤＮ１００ＣＭＦ和１台ＤＮ１５０ＣＭＦ。ＵＳＦ系多声道渡越时间法测量仪表（以下简称仪表 Ａ），流量范围５～１００Ｌ／ｓ；ＤＮ１００ＣＭＦ系双测量管仪表（以下简称仪表Ｂ），标称流量上限１５０ｋｇ／ｓ；ＤＮ１５０ＣＭＦ也

是双测量管仪表（以下简称仪表Ｃ），标称流量上限约２２０ｋｇ／ｓ。

试验是在英国 ＮＥＬ 标准表比较法油流量标准装置上进行，参比标准表是ＳｍｉｔｈＭｅｔｅｒ公司的ＤＮ２００ 刮 板 式 容 积 流 量 计，其 不 确 定 度 为

±０．２５％（９５％置信度）。参比标准表则用该装置上所设静止启停法称重原始标准校准。图１所示是安装有参比标准表、气体注入器、１台 ＵＳＦ 和１台ＣＭＦ测试组例，待测试流量计前后直管长度按制造厂规定。气体注入系统由１组流量仪表、压力／温度传感器组成，控制注入氮气体积分数。试验液体是运动黏度为２００ｍｍ２／ｓ（２０℃）的Ｐｒｉｍｏｌ液，流量范围５～７０Ｌ／ｓ；气泡体积分数为０～１％。ＵＳＦ和ＣＭＦ串联测试组示意如图１所示。

笔者从略了与仪表Ｂ性能相似的ＤＮ１５０仪表Ｃ的数据。

４ 结束语

针对准确测量重油流量的迫切需要，在黏度为

２００ｍｍ２／ｓ，气泡体积分数为０～１％流体中，对２例ＣＭＦ、１例ＵＳＦ市场商品，实验研究了若干技术性能。当评估流量仪表在测量某指定高黏度液体时的应用稳定性能时，应十分重视该研究所提示第

２组分气泡渗入流体的可能性。

所测试评估的 ＵＳＦ性能明显依承于渗入气泡体积分数，由于气泡体积分数和液体流速两者对仪表性能影响呈现不同趋向，从而有可能在高黏性液渗入低量气泡液的应用中，实现以仪表内部新的高级信号诊断功能作预测和修正。实际上在低流速时气泡体积分数最高到１％，仪表仍能良好地运行。在高流速时渗入气泡分布将更为均匀。因为液／气间声阻抗为最大，声波散射和衰减与液／液相比明显增大，从而产生较大问题。

ＣＭＦ具有直接测量质量流量和密度的优点，混入气泡原理上不应负面影响仪表读数，然而如气泡分布不均匀或在低流速时潴留在测量管内，可能会对质量流量和密度测量产生不良影响。２台不同口径ＣＭＦ质量流量和密度测试数据仅是误差大小不同而呈现相似的两种不同趋向。

除低流速以外，２台ＣＭＦ的质量流量呈现负误差，且随着气泡体积分数增大而增加，在低流速时则呈现正误差，上述现象可能也是测量管内潴留气泡所致。２台ＣＭＦ密度测量呈现几乎相等的偏差且具有相似的变化趋向。

该研究测试数据表明ＣＭＦ在高黏度液体的应用是颇有前景的，因其直接测量质量流量，给气－液流动测量带来重大优势。同时，该报告的各项成果

说明，未进行性能评估或改进的通用仪表，不能简单地从低黏度液体应用移植到高黏度液体中应用。