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流量仪表在石油行业中的合理选型和应用
发布时间:2016-03-28   点击次数:1598次

 国家标准GB17167—2006《用能单位能源计量器具配备和管理通则》已于2007年1月1日开始实施。对于用能量超过限定值的用能量单位或设备,如尚未配备能源计量器具,则都应加装能源计量器具。对相应的用能量单位或设备的能源计量器具的准确度等级分别提出了具体要求[1]。目前,世界上不存在一种十全十美的流量仪表,市场上大约有超过100种不同的流量仪表,为此,用户应如何合理选择zui佳流量计,应用于石油、冶金、电力等各个领域,应当首先了解流量仪表的性能特点,再结合所应用场合的工况条件,zui终才能选择性价比合适的产品[2]

    1 流量仪表的类型及选型标准

    在众多的流量仪表中选择zui佳适应工况的流量计,应综合考虑流量仪表的类型、特点、环境影响因素及选型准则。

    1.1 流量仪表的分类特点及工作原理

    流量仪表的分类方法很多,至今国内外还没有统一的标准。表1列出了工业生产过程中常用的几类流量仪表的类型及其主要性能特点[3-5]

    表1中几类流量仪表的工作原理如下:

    (1)差压式:根据流体通过管道中的流量检测件产生的差压,与流体测量之间存在平方关系,经过换算达到测量流量的目的;

    (2)浮子式:浮子在垂直锥形管中随着流量变化而升降,改变它们之间的流通面积来进行测量;

    (3)容积式:利用机械测量原件把流体连续不断地分割成单个已知的体积部分,根据计量室逐次、重复地充满和排放该体积部分流体的次数来测量流体体积总量;

    (4)涡轮式:流体作用下的涡轮叶轮受力旋转,使检测线圈中产生感应电动势,由感应电动势换算成流体的流量;

    (5)电磁式:导电性液体在垂直于磁场的非磁性测量管内流动,切割磁力线,在其两端产生感应电动势,由电动势换算成流量;

    (6)涡街式:利用流体会在管道中的阻流体两侧交替地分离释放出规则的旋涡,旋涡分离频率正比于管道内的平均流速,由此可测量流体的流量;

    (7)超声式:测量原理分为时差法与多普勒法,时差法利用声波在流体顺流方向与逆流方向的传播速度差与被测流体流速之关系求取流速;多普勒法是利用静止点检测从移动源发射波产生多普勒频移用来测量流量;

    (8)科里奥利质量式:利用流体在直线运动的同时处于一旋转系中,产生与质量流量成正比的科里奥利力,根据此原理制成一种直接式质量流量仪表。

    1.2 流量仪表选型的关键影响因素

    流量仪表的选型对仪表能否成功使用往往起着很重要的作用,因此,选择流量仪表时应结合多方面影响因素,扬长避短,选择zui合适的仪表。一般选型可以从六个方面影响因素进行考虑[6-7]

    (1)满足工艺对压力损失的要求:核算经过流量仪表后的*压力损失是否影响生产;

    (2)被测流体的特性:流体成分、密度、黏度、压缩率及它们的变化情况,温度、压力、湿度及变化范围;

    (3)所选仪表的不确定度:应根据计量的级别确定所选仪表的准确度,以免造成浪费,流量测量系统的检测元件、一次仪表和显示、记录仪表之间的准确度应配合恰当;

    (4)仪表能否满足现场的安装要求:要使流量计能准确地进行测量,必须满足所规定的直管段长度,并考虑是否满足耐温、耐压、抗振动及安全保护问题等影响仪表安装的因素;

    (5)仪表使用后周围环境条件等:应考虑仪表的日常维修、更换是否方便,环境温度、湿度和电磁干扰对仪表的影响及环境的安全性能等;

    (6)仪表投资的费用:有时计量部门要求配置的仪表系统所需经费往往与实际所给的费用有差距,这时只能根据经费选择合适的仪表。

    1.3 流量仪表的选型准则

    分析确定出上述影响因素后,选择某个具体类型的流量仪表适合于现场工况,流量仪表应尽可能满足如下几点准则[8-9]

    (1)流量仪表的重复性要好;(2)流量测量系统的总准确度要较高;(3)流量计本身有相当强的流动调整能力,要求较短的直管段,无需流动调整器;(4)总的*压力损失要小、耗能费要少;(5)流量测量的量程比要较宽;(6)流量计本身有自清扫能力,可测量脏污流体,无需过滤器;(7)流量计本身耐受流体磨蚀能力要强,性能要长期稳定,可靠耐用;(8)流量计本身无可动部件,检定周期较长,使用寿命较长;(9)流量计本身故障率要小,维护与修理费用要少;(10)流量计的购置费与校准费要适中,安装与运行花费要少。

    2 流量计的工程应用

    流量仪表的选型是系统、科学的系统工程,通过分析流量仪表的类型、工作原理、影响因素及选型标准,结合现场实际工况做出正确选型。

    2.1 流量仪表选型在陆地油田中的应用

    在油田现场,针对全国各油田深井、超深井钻井,为解决目前高密度加重材料浪费的问题,若回收利用80%后,每年至少可节约近9000万元以上加重材料的费用。通过理论研究结合现场实验,得知要做到对加重材料“实时”回收,需根据钻井液中不同粘度、不同密度性能的变化及离心机性能参数的改变,经传感器检测后输入控制系统,相应给出离心机的工作转速及处理量,通过计算机去控制,达到设计要求,建立了控制系统流程,如图1所示。

    图1中要实现加重材料“实时”回收流量测量是个必要因素,因此,应如何对流量计正确选型,结合流量仪表的测量特点及具体工况,分析各大流量仪表的工作原理,具体步骤如下:

    (1)从“实时”控制的高精度、可靠性要求分析,根据表1,可排除差压式、浮子式、涡街式、超声式;

    (2)根据流体为高粘度钻井液,而涡轮流量计粘度适用范围小于80cp,因此排除涡轮流量计;

    (3)分析剩下的容积式、科里奥利式、电磁式三种流量计类型,从腐蚀特性分析,排除容积式,从压力损失和腐蚀性特性排除科里奥利式;

    (4)电磁流量计自身具有可测导电性、腐蚀性介质的特性,确定选用电磁流量计作为测量导电性、腐蚀性钻井液的流量测量仪表,通过现场实施达到设计要求,满足设计目标值。

    2.2 流量仪表选型在海洋平台中的应用

    以已投产的乐东气田为例,平台分为工艺生产系统、辅助工艺系统、公用系统三大部分,选择合适的流量计应用于不同系统的不同工况。以工艺生产系统中的凝析油处理系统流量计的选型为例,工况如图1所示。

    (1)介质:凝析油;(2)管道:2”-GC-20103-02;(3)zui大流量:2.5m3/h,正常流量:0.516m3/h;(4)粘度:0.88cp;(5)zui大压力:7400kPa,工作压力:4700kPa~6700kPa;(6)温度范围:40℃~66℃。

    针对上述工况参数,综合分析步骤如下:

    (1)从管道介质出发,管道介质为凝析油,此气田且流入管道的流量特别少,从管道出来的凝析油直接进入终端。首先从流量测量类型考虑,涡轮式、旋涡式、超声式、热式、科力质量式根据测量物质为小流量可以排除;

    (2)从导电性考虑由于介质为油,不具备导电性,因此排除电磁流量计;

    (3)差压式、浮子式、容积式满足上述需求,然后从直管段方面考虑,浮子式没有前后直管段要求,在安装空间上具有优势,在海洋平台上的场合,如在同等条件满足的情况下,选择小直管段要求的流量仪表更具有实用性;

    (4)从度考虑可知,此种控制精度要求的精度在价位适当情况下,可以考虑放宽精度的要求,由于浮子式价位zui低,而容积式为价位zui高的流量计,浮子式在同等要求的情况下满足工况;

    (5)结合浮子流量计自身适合小管径、低流速的特点,因此在此选择浮子流量计来满足设计需要。

    3 结语

    随着生产工艺复杂程度和自动化程度的提高,会对流量测量及控制提出更新、更高和更多的要求。应该根据实际情况权衡利弊分类讨论做出选择,不要盲目地根据经验做出判断。

    (1)流量仪表的选用是一项系统工程,对于某一具体的应用场所可以采用的仪表可能有几种方案,应根据实际工作情况量体裁衣,选择性能zui佳的流量仪表。

    (2)选型不应仅局限于标准化的仪表选型,思维应具有创新性,如目前非标准化的V锥流量计在很多方面具有其它流量计不具备的优点,同样在选型过程中值得商榷。

    (3)流量仪表的安装位置和方向选择应给予充分重视,特定的仪表有特定的安装要求,只有在仪表选择正确、安装位置正确、前后直管段长度充足等情况的共同配合下,测量系统才能zui终达到符合规定测量的准确度。

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