[摘要]闡述了孔板流量計(jì)的測(cè)量原理,針對(duì)目前在天然氣計(jì)量中孔板流量計(jì)的運(yùn)行情況，分析了影響孔板流量計(jì)計(jì)量精度的因素,提出了提高孔板流量計(jì)計(jì)量精度的若干措施。
引言
由油井計(jì)量分離器分離出的天然氣由于分離不凈含有油污,屬臟污介質(zhì);計(jì)量分離器常有氣路跑油現(xiàn)象，造成管線內(nèi)積液;天然氣流量不穩(wěn)定并隨時(shí)間周期性地大幅度變化,屬脈動(dòng)流體"上述特點(diǎn)給天然氣計(jì)量?jī)x表的設(shè)計(jì)選型、使用維護(hù)及準(zhǔn)確計(jì)量帶來(lái)較大困難。目前,在油田單井、分隊(duì)、自用氣及外輸氣交接計(jì)量中較多應(yīng)用孔板流量計(jì)。影響孔板流量計(jì)計(jì)量準(zhǔn)確的因素很多,從孔板的技術(shù)原理、孔板的管理及孔板安裝使用條件等方面結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行了分析。
1孔板流量計(jì)工作原理
孔板流量計(jì)是根據(jù)安裝在管道中的孔板產(chǎn)生的差壓,已知流體條件和孔板與管道的幾何尺寸來(lái)測(cè)量流量。它由孔板、差壓變送器和流量顯示儀組成。當(dāng)流體流經(jīng)設(shè)置在管道中的節(jié)流件(孔.板)時(shí)，流束將在節(jié)流件處形成局部收縮,此時(shí)流速增大，靜壓降低，在孔板前后產(chǎn)生差壓;流量愈大,差壓愈大，因而可根據(jù)差壓來(lái)衡量流量;的大小。這種測(cè)量方法以流動(dòng)連續(xù)性方程(質(zhì)量守恒定律)和伯努利方程(能量守恒定律)為基礎(chǔ)。天然氣標(biāo)準(zhǔn)體積流量計(jì)算公式如下:
式中:Qn一標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下天然氣體積流量,m3/s;Ag一秒計(jì)量系數(shù),視采用計(jì)量單位而定;
C一流出系數(shù);E一漸進(jìn)速度系數(shù);d一孔板開孔直徑,mm;Fc-相對(duì)密度系數(shù);?一可膨脹性系數(shù);Fz-超壓縮因子;Fr一流動(dòng)溫度系數(shù);P1一孔板.上游側(cè)取壓孔氣流絕對(duì)靜壓,MPa;Δp-氣流流經(jīng)孔板時(shí)產(chǎn)生的差壓,Pa。
2孔板流量計(jì)儀表特點(diǎn)
孔板流量計(jì)得以廣泛使用，是因?yàn)樗哂幸韵聝?yōu)點(diǎn):節(jié)流裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,安裝方便,工作可靠，有一定的精度,能滿足一般工程測(cè)量和貿(mào)易計(jì)量的需要;使用歷史悠久,有豐富可靠的實(shí).驗(yàn)數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)加工已標(biāo)準(zhǔn)化，只要按標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)、加工、安裝、檢驗(yàn)和使用，勿需進(jìn)行實(shí)測(cè)標(biāo)定,也能在已知的不確定度范圍內(nèi)進(jìn)行流量測(cè)量]。
3影響孔板流量計(jì)準(zhǔn)確計(jì)量的因素
通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)多年使用和維護(hù)孔板流量計(jì),發(fā)現(xiàn)儀表在運(yùn)行中普遍存在以下幾個(gè)問(wèn)題:
1)采用傳統(tǒng)孔板流量計(jì)測(cè)量,存在測(cè)量范圍窄(最大為1:3.5)、測(cè)量精度低、在氣體流量波動(dòng)范圍大時(shí)需更換不同的孔板元件等缺點(diǎn)。
2)秋冬春三季，天然氣中含水、原油及一些顆粒雜質(zhì),容易使差壓計(jì)導(dǎo)壓管路堵塞或阻塞,從而不能準(zhǔn)確反映節(jié)流裝置產(chǎn)生的真實(shí)差壓信號(hào)'51。
3)由于天然氣氣液分離效果不好，在導(dǎo)壓管路中及差壓計(jì)的正負(fù)壓力室產(chǎn)生積水、積油等現(xiàn),象，使差壓計(jì)產(chǎn)生液位附加誤差造成計(jì)量不準(zhǔn)。
4)孔板需定期檢查、清洗和檢測(cè)幾何尺寸,而天然氣計(jì)量條件差,很難定期檢修。
5)對(duì)天然氣來(lái)說(shuō)，當(dāng)介質(zhì)壓力溫度變化時(shí),其體積也隨之改變,從而使儀表顯示隨溫度壓力的變化而產(chǎn)生誤差。
4提高孔板流量計(jì)計(jì)量精度的措施
標(biāo)準(zhǔn)孔板節(jié)流裝置天然氣流量的計(jì)算公式是以通過(guò)孔板的氣流為單相及穩(wěn)定流體的基礎(chǔ)上推導(dǎo)出來(lái)的,當(dāng)測(cè)量的氣流條件達(dá)不到規(guī)定要求時(shí),便不能獲得可靠的測(cè)量值。對(duì)于氣流脈動(dòng)、氣質(zhì)中含水及含雜質(zhì)的油田單井天然氣計(jì)量,目前尚未找到一-種方法來(lái)確定或預(yù)測(cè)一個(gè)修正系數(shù)以便.彌補(bǔ)這種誤差。要想提高雙波紋管差壓式流量計(jì)的計(jì)量精度,必須抑制氣流波動(dòng)、消除氣質(zhì)中的水分及雜質(zhì),使氣流條件達(dá)到規(guī)定的要求,并減少環(huán)境及人為因素對(duì)儀表的影響。通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的試驗(yàn)與應(yīng)用,證明以下幾種方法可以提高孔板流量計(jì)計(jì)量精度:
1)合理選取測(cè)量點(diǎn)。進(jìn)入雙波紋管差壓式流量計(jì)的氣體必須先通過(guò)氣液分離器、過(guò)濾器。把測(cè)量管裝在對(duì)消除脈動(dòng)來(lái)說(shuō)較為有利的位置,例如裝在調(diào)壓閥的入口側(cè)或遠(yuǎn)離脈動(dòng)源。
2)為了減少脈動(dòng)幅度,可在脈動(dòng)源和測(cè)量管之間的管線上加裝-一個(gè)容器(具有一定容積)或者設(shè)計(jì)專門的脈動(dòng)衰減器。把節(jié)流閥或限流器裝在脈動(dòng)源和測(cè)量管之間是減少脈動(dòng)的最有效方法,但是這種方法如果壓力降過(guò)大,會(huì)提高油井回壓,對(duì)油井正常生產(chǎn)有不利影響,就不宜采用。
3)采用直徑比β值較小的孔板。在多路計(jì)量裝置中，使用每一支路在盡可能高的差壓下操作。
4)在差壓仍保持較高的操作前提下,可用較小的測(cè)量管,而孔板開孔直徑基本不變。
5)在節(jié)流裝置前后取壓管出口處分別加裝一個(gè)具有一定容積的氣液分離器，使差、靜壓信號(hào)達(dá)到先氣液分離及緩沖后再進(jìn)入流量計(jì)。
6)導(dǎo)壓管路，上的.上下游導(dǎo)壓閥應(yīng)選用大通徑的球型閥[51。
7)選用一體化、精度高、寬量比的新型智能孔板流量計(jì)，使用維護(hù)更加方便。
8)為了防止導(dǎo)壓管的凍堵,必須對(duì)導(dǎo)壓管路進(jìn)行保溫,并增加加熱補(bǔ)償保溫措施。
9)對(duì)于因下游波動(dòng)源而引起計(jì)量點(diǎn)氣流脈動(dòng)的情況,可通過(guò)調(diào)整節(jié)流裝置下游側(cè)閥門的閥位,使計(jì)量點(diǎn)氣流脈動(dòng)幅度減小。試驗(yàn)證明，采用關(guān).小計(jì)量管下游閥的方法控制氣流脈動(dòng),效果明顯。
10)在單井天然氣計(jì)量應(yīng)用時(shí),由于壓力溫度變化會(huì)引起計(jì)量誤差,可采用具有壓力、溫度自動(dòng)補(bǔ)償和壓縮因子修正功能的智能型流量計(jì)(2]。
11)必須對(duì)導(dǎo)壓管路、孔板裝置定期進(jìn)行排.污清洗工作，確保導(dǎo)壓管暢通[5]。
5孔板流量計(jì)發(fā)展與展望
孔板流量計(jì)作為一種經(jīng)典流量計(jì)量器具,是由若干個(gè)獨(dú)立單元組合在一起的，它們之間配置合理與否,安裝是否規(guī)范，都會(huì)直接影響測(cè)量精度,因此研制一體化孔板流量計(jì)產(chǎn)品，簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu),減少運(yùn)行維護(hù)量,提高性價(jià)比,是前景廣闊的項(xiàng)目,它的型式和參數(shù)是隨著測(cè)試技術(shù)的發(fā)展而不斷優(yōu)化的。當(dāng)今孔板流量計(jì)發(fā)展趨勢(shì)是一體化、精度高、寬量比的新型智能流量計(jì),擁有補(bǔ)償功能完善的流量計(jì)算機(jī)，具有強(qiáng)大的功能軟件,同時(shí)設(shè)有RS485計(jì)算機(jī)通信接口，可與DCS連接通.信,對(duì)維護(hù)檢修提供了方便,這些都為孔板流量計(jì)更好地應(yīng)用提供了可靠的技術(shù)保證。
6結(jié)束語(yǔ)
從以上分析可以看出,孔板流量計(jì)用于油田天然氣計(jì)量困難和問(wèn)題較多,受各種因素影響綜合計(jì)量精度不是很高。但孔板流量計(jì)作為一種計(jì)量器具，具有悠久的歷史,它的設(shè)計(jì)、計(jì)算、加工、安裝、使用、維護(hù)等環(huán)節(jié)都具備了完備的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展,一體化智能孔板流量計(jì)的量程范圍和精度都有較大提高。
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