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淺析孔板流量計在油田天然氣計量上的應用

在分析孔板流量計類型的基礎上,探討了孔板流量計的工作原理,并重點就孔板流量計的選型和安裝中需要注意的問題進行分析,并就其中存在的問題進行分析,***后提出有效的解決方法,希望對于進一步應用孔板流量計具有一定意義。

孔板流量計選購資料

引 言

就當前的流量計量儀表的應用情況來說,孔板流量計則是用途***為廣泛的一種,其可以用來測量相應的所用單相流體。其應用的歷史也比較長,在大量的試驗過程中,積累了豐富的統計數據以及寶貴的經驗,通過有效的干標的方法,能夠有效保證流量計的計量精度,這個特點具有一定的特點。經過筆者的多年應用實踐證明,經過多種流量計的應用對比,孔板流量計具有較為可靠的工作性能。針對天然氣計量的相應領域,孔板流量計應用非常多,一般情況下,針對長輸管道、油氣田的天然氣交接中的計量情況下,都是采用孔板流量計進行有效的計量,截至目前,已經具備較為完善的大量應用經驗,值得進一步進行總結和思考。

1.孔板流量計類型

當前使用的孔板流量計一次裝置來說,主要包括兩個方面的形式:①利用簡易孔板而形成的節流裝置;②孔板閥。對于簡易孔板節流裝置來說,并不存在一定的孔板升降機構,在進行孔板的檢查和更換過程中,則應該保證停止介質輸送的情況下進行,具有造價低且結構簡單的特點;對于孔板閥來說,比簡易孔板截流的精度要高一些,可以實現在不停止生產的情況下進行孔板的檢查、維修和更換操作,能夠實現在線操作,流量計中存在孔板升降機構,能夠有效進行在線的孔板檢查工作,更換操作方便。

2.工作原理

在一定的工況要求下,流動的流體能夠相互轉化自身的靜壓能和動能,同時,還能有效利用上述關系進行流體流量的測量工作。當介質流過管道中的孔板位置時,遇到突然縮小的截面情況,這種縮小的流通面積能夠讓流束產生一定的局部收縮情況,造成流速進一步加快,靜壓力而有所降低,這樣就會使得壓力差在孔板前后出現。根據一定的函數關系,對于此壓差進行測量,就可以計算得出流量值。根據流體連續性原理以及能量守恒定律,可以得到節流裝置的運動、能量方程如下:

原油.jpg

式中:Q-體積流量,單位為 m3/s;M-質量流量,單位為 kg/s;F0 -節流裝置的開孔面積,單位為 m2;ε -流量膨脹系數;α -流量系數;ρ1 -流體經過節流元件之前的密度,單位為 kg/m3;△p=p1 -p2 ,為經過節流件的前后壓力差,單位為 Pa。

經過上式,可以看出,天然氣經過節流孔板的情況下,質量、體積流量和產生的平方根所成正比關系,在此原理的基礎上,可以對于孔板前后的差壓利用孔板流量測量,經過一定的函數關系換算,可以得到天然氣的流量。

3.孔板流量計的選型和安裝思考

3.1孔板流量計的選型

所謂的孔板流量計,則是涉及到相應的儀表所組成的整體,對于其的選型過程中,主要涉及到的選型內容包括溫度變送器、差壓變送器、孔板閥、壓力變送器等的選型。

在進行孔板流量計的選型過程中,涉及到的基本內容則是通過有效的換算,能夠得到孔板片標準開口尺寸以及孔板片前后的壓差值。根據相應的標準所編制的應用軟件,主要涉及到的計算內容和步驟如下:①輔助計算。首先,應該由設計人員根據管道介質要求進行直徑的確定,也就是在 20℃的條件下,對于測量管直徑(孔板閥孔徑)的檢測工作,應該注意,在保證能夠具有一定的計量能力的要求下,應盡量選用內徑較小的測量管,這樣能夠有助于孔徑比、差壓的提升,然后,依次進行天然氣的壓縮因子、密度、相對密度以及超壓縮系數的計算,在此基礎上,進行天然氣的動力粘度、嫡指數的計算,并計算得到雷諾數。②計算順序。計算順序,先把 β 近似值帶入應用工況中,可以得到相應的開孔直徑和孔徑比,這樣就會得到 d20,也就是在 20℃下的孔板測出的孔徑值。一般情況下,單片孔板量程比僅能達到 1:3 的比例,而不能超過 1:4,所以,如果涉及到流量范圍較大的問題,則應該進行分段處理,這樣,口徑從大到小的 2~3 片孔板進行分別計算。在此基礎上,結合具體的工況、孔板開孔直徑以及孔板閥孔徑參數,能夠有效計算,進行適合工況要求的孔板片、孔板閥的設計計算,有效保證差壓檢測范圍的確定,在一定的條件下,保證溫度、壓力補償儀表的測量范圍,就完成孔板閥的選型。

3.2  孔板流量計的安裝

應該根據相應的標準,進行安裝和調校孔板流量計。

(1)在直管段方面的要求上,對于速度式流量計來說,前后都應該安裝直管段,這樣才能較好保證穩流效果。在一定的工況要求下,在進行孔板流量計的直管段前端安裝過程中,根據阻流件的結構和要求,經過標準查詢,獲得直流管的長度,可以得到各種阻流件要求的***短直管段長度,但是,如果整流器安裝在孔板上游的時候,則能有效保證直管段得到縮短,所以,這樣的標準也應用整流器。

根據具體的規范,在具體的設計中,把流動調整器設置在孔板上游中,根據規定,整流器安裝在孔板上游 13D 的位置,這樣就能有效保證 30D 的前直管段要求,能夠實現上游阻流件下的安裝的要求,當前,在設計中已經普遍采用此項設計。另外,確定后直管段則比較容易,通過直徑比就可以確定。

需要注意的問題則是,直管段安裝在阻流件以及孔板上游則是由兩種管段所組成:①工程上所提供;②孔板配套,這樣就會導致可能出現不一樣的內徑配套情況,造成凸臺的出現,根據實踐經驗,要求 10D 之外的凸臺臺階控制在 2%內的圓度。

應該要求管段的直的要求,如果存在管道直線的偏移不超過長度的0.4%的情況,就可以認為則是直的。在進行相應的目測檢驗過程中,上下游直管段所引起的管道直線偏差也應該控制在長度的 0.4%范圍內。

(2)在對于孔板安裝方面,應該保證孔板和節流裝置中的直管段進行對中處理。通過實驗,可以得到,孔板偏心問題所引起的誤差一般在2%左右,孔徑比值越高,則會越容易造成偏心率影響,不應該采用比值過大的孔板。應該杜絕出現孔板的變形或者彎曲情況,這樣會造成流量誤差的增加。在測試法蘭取壓的孔板過程中,通過實驗,因為孔板彎曲所造成的***大誤差大約為 3.5%。

(3)在變送器安裝方面,應該保證不影響儀表安裝的基礎上,盡量縮短差壓和壓力引壓的管段,這樣有利于防凍以及保溫處理,在一定的斜度情況下,不會出現天然氣所產生的凝液在變送器進行匯集的情況。

(4)其他方面的安裝要求。要求不能使用厚度太大的墊片,要求控制在 0.5mm 范圍,要求墊片不能突出管壁要求,控制有效的測量誤差。對于流量調節的閥門來說,應該保證節流件后***小直管段長度以外。在工藝管道上安裝節流裝置,則應該進行相應的管道清洗吹掃工作。

4.存在問題及解決方法

4.1存在的問題

(1)計量儀表本身的精度方面的問題。當前的孔板流量計自動計量系統發展速度很快,隨著信息技術的發展,還存在一定的測量儀表本身以及自動計量的限制性問題,針對數據處理以及提高計量準確性方面的問題,還需要進一步探討。在測量的度以及重復性方面,孔板流量計屬于中等水平,對于較為干凈的流體,且滿足具有較長的直管段、流體處于紊流狀態下,這樣的測量精度較高。但是,上述要求沒有達到,以及存在損壞的孔板入口銳角、孔板表面的固體污物的堆積問題,都會造成孔板表面粗糙度增加,使得測量誤差增加。

(2)在量程比方面存在問題。在此種流量計應用方面,主要表現在孔板流量計測量范圍有限的問題,考慮到儀表信號和流量的平方關系,一般的測量范圍都是為 3:1~4:1 范圍內。

(3)在安裝方面的問題。由于現場的安裝條件要求較高,需要的直管段的長度比較大,在實際中難以滿足。另外,對于壓力檢測儀表和孔板閥之間的引壓管線容易出現凍堵、泄露等方面的問題。

(4)在使用過程中的問題,主要是包括彎曲變形的孔板,以及臟物在上游端面上沉積,出現破損的孔板入口直角邊緣等問題,這些都會造成計量精度受到影響。

4.2  解決天然氣計量問題的途徑

(1)保證安裝質量,定期進行維護處理。在分析影響孔板流量計測量精度的過程中,涉及到很多維護和安裝方面的因素,所以,在具體的安裝過程中,應該保證通過嚴格施工,努力消除安裝誤差。在具體的使用中,操作人員應該做好系統的保養和維護工作,以便能夠保證使用壽命的延長,應該關注實際工況下的流量、溫度、壓力等參數的變化,通過有效的處理,盡量控制計量誤差。

(2)應用多種有效方法來保證量程比的進一步提高。①可以利用雙差壓變送器配置在同一臺的孔板閥中,能夠有效根據差壓的變化值,進行信號的切換工作,使得量程比有效擴大,保證測量范圍的提升,有效保證計量準確性;②利用寬量程差壓變送器,這樣能夠有效保證量程比的提升,利用有效的軟件方式能夠保證實現自動調整量程,通過軟維護方式擴大量程比,使得測量有效范圍和準確度進一步提升;③利用多路計量的方式,根據進行天然氣流量檢測范圍的具體要求,保證進行不同口徑的兩套孔板流量計設計,根據流量低谷以及峰值的時間特點,進行有效的介質流路的切換工作,保證寬量程計量的實現。

5.結束語

對于已經應用多年的孔板流量計來說,應該充分的經驗基礎上,總結出更加有效的科學設計方法。隨著信息技術、組分分析儀、流量計算機等高新技術的應用,孔板流量計具有自身的經濟、方便、可靠、耐用的特點,依然活躍在能量交接的計量工作中,具有一定的應用潛力。

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