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差壓式流量計實際應(yīng)用中存在的問題及對策
發(fā)布時間：2017-09-01
1差壓式流量計使用現(xiàn)狀
勝利油田年產(chǎn)天然氣約8億m3，其中4億m3用于外銷，天然氣成為油田重要的經(jīng)濟(jì)資源。在油田生產(chǎn)和經(jīng)營管理中天然氣流量計量是一項日常進(jìn)行的重要的技術(shù)基礎(chǔ)工作。天然氣的準(zhǔn)確計量不但能公平的貿(mào)易結(jié)算，而且能改進(jìn)生產(chǎn)工藝，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低產(chǎn)品生產(chǎn)成本，確保安全生產(chǎn)，提高經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。油田目前在天然氣的計量中主要使用差壓式流量計。在差壓式流量計中，因標(biāo)準(zhǔn)孔板節(jié)流裝置結(jié)構(gòu)簡單、制造成本低，并且已標(biāo)準(zhǔn)化而得到最廣泛的應(yīng)用。目前油田范圍內(nèi)差壓式流量計的節(jié)流裝置普遍采用標(biāo)準(zhǔn)孔板，因此本文所討論的差壓式流量計僅限于孔板流量計。
2差壓式流量計應(yīng)用中存在的問題及原因
差壓式流量計借助國際上長期的試驗研究及實踐經(jīng)驗總結(jié)，早在20世紀(jì)30年代開始實行儀表干校，從而獲得了廣泛應(yīng)用。我國制定的天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《天然氣流量的標(biāo)準(zhǔn)孔板計量方法》SY/T6143一1996，規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)孔板的結(jié)構(gòu)形式、技術(shù)要求、節(jié)流裝置的取壓方式、使用方法以及流量計算及其不確定度方面的資料，為天然氣流量計量提供了標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)。
差壓式流量計是以伯努利方程和流體連續(xù)性方程為依據(jù)，根據(jù)節(jié)流原理，當(dāng)流體流經(jīng)節(jié)流件時(如標(biāo)準(zhǔn)孔板、標(biāo)準(zhǔn)噴嘴、長徑噴嘴、經(jīng)典文丘利嘴、文丘利噴嘴等)，在其前后產(chǎn)生壓差，此差壓值與該流量的平方成正比。孔板流量計理論流量計算公式為:
對于天然氣而言，在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下天然氣體積流量的實用計算公式為:
差壓式流量計一般由節(jié)流裝置(節(jié)流件、測量管、直管段、流動調(diào)整器、取壓管路)和差壓計組成，對工況變化、準(zhǔn)確度要求高的場合則需配置壓力計(傳感器或變送器)、溫度計(傳感器或變送器)流量計算機(jī)，組分不穩(wěn)定時還需要配置在線密度計(或色譜儀)等。由于現(xiàn)場的工作環(huán)境較為惡劣，節(jié)流裝置與差壓變送器及其連接部分引壓管線受到浸蝕和破壞。天然氣從地層中開采出來，雖經(jīng)分離，除塵和過濾，因其所含成分十分復(fù)雜，從單井計算，集氣計量到配氣計量，氣體組分各不相同，所以節(jié)流裝置在使用中所受到的腐蝕也各不相同。特別是對孔板直角人口邊緣和測量管內(nèi)壁的沖刷、腐蝕尤為嚴(yán)重，這將影響孔板直角人口邊緣弧半徑rK和測量管內(nèi)壁的相對粗糙度K/D的規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，流出因數(shù)。將發(fā)生變化，流量測量不確定度超出估計數(shù)。流出因數(shù)。偏離標(biāo)準(zhǔn)值的影響因素主要有以下三項。
2.1儀器本身產(chǎn)生的誤差
儀器本身產(chǎn)生的誤差包括10項。
①環(huán)室尺寸產(chǎn)生臺階、偏心;②節(jié)流件附件產(chǎn)生臺階、偏心;③孔板厚度誤差;④管徑尺寸與計算不符;⑤孔板上游端面平度;⑥孔板人口直角銳利度;⑦取壓位置;⑧焊接、焊縫突出;⑨取壓孔加工不規(guī)范或堵塞;⑩節(jié)流件不同軸度。
2.2安裝誤差
管線布置的偏離。管線布置的偏離造成的安裝誤差是普遍性的，其產(chǎn)生的主要原因是現(xiàn)場不能滿足直管段要求的長度。
2.3節(jié)流組件和管璧發(fā)生變化
造成的原因有以下6項。
①孔板人口直角邊緣變鈍，破損;②上游測量管沉積臟物;③上游端面沉積臟物;④孔板彎曲(變形);⑤雷諾數(shù)范圍不符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定;⑥管道粗糙度增加，管道粗糙度變化不定。
以上這些因素對流出因數(shù)產(chǎn)生影響，也就直接影響到了差壓式流量計的準(zhǔn)確計量。
經(jīng)過長期實踐檢驗，差壓式流量計在使用中還存在以下缺點:①測量的重復(fù)性、精確度在流量計中屬于中等水平，由于眾多因素的影響錯綜復(fù)雜，精確度難以提高;②范圍度窄，由于儀表信號(差壓)與流量為平方關(guān)系，一般范圍度僅3:1一4:1;③現(xiàn)場安裝條件要求較高，如需較長的直管段(指孔板，噴嘴)，一般難以滿足;④檢測件與差壓顯示儀表之間引壓管線為薄弱環(huán)節(jié)，易產(chǎn)生泄漏、堵塞、凍結(jié)及信號失真等故障;⑤壓損大(指孔板，噴嘴)。
綜上所述，差壓式流量計其輸出的信號只與工況流量呈正比例(線性刻度)關(guān)系，其與被測介質(zhì)標(biāo)態(tài)流量之間的刻度只能依據(jù)其某一特定工況(如設(shè)計工況)來確定，如果現(xiàn)場的實際工況(如介質(zhì)的溫度、壓力、成分及流量范圍等)已經(jīng)發(fā)生了變化，這時仍按原刻度關(guān)系讀取標(biāo)態(tài)流量，顯然就會產(chǎn)生不同程度的附加誤差，使流量讀數(shù)(原刻度)失去意義。要想準(zhǔn)確地測量氣體流量，則就要求使用現(xiàn)場實際工況與設(shè)計工況一致并保持穩(wěn)定。然而實際工況經(jīng)常發(fā)生變化，也正因為變化才需要快速、可靠地知道變化后實際工況條件下的準(zhǔn)確流量，否則，測量的意義也就不復(fù)存在。在現(xiàn)場實際應(yīng)用中，工況穩(wěn)定是相對的，變化是絕對的。因此，差壓式流量計除了需要配置作為關(guān)鍵部分的流量傳感器之外，對工況變化有規(guī)律、準(zhǔn)確度要求不高，無需遠(yuǎn)傳或自動控制的場合，采取配置壓力計、溫度計、計算器由人工錄取參數(shù)查表格的方法計算流量這種補(bǔ)償方式不僅不連續(xù)、不快捷，而且繁瑣、誤差大。在絕大多數(shù)情況下，現(xiàn)場實際工況變化往往是突發(fā)和未知的，不僅頻繁出現(xiàn)且波動范圍大，此時仍依靠人工錄取參數(shù)查表格方法快速而又準(zhǔn)確地計算流量已不現(xiàn)實，必須采取自動補(bǔ)償措施。
3解決途徑
通過分析可以看出，差壓式流量計在現(xiàn)場工況變化頻繁的情況下，造成差壓式流量計超差，流出因數(shù)C偏離標(biāo)準(zhǔn)值，無法快速而又準(zhǔn)確計算流量，量值的準(zhǔn)確傳遞得不到保證。然而在當(dāng)前差壓式流量計如此普遍使用的前提下，要想全部改用其它種類的流量計，又是不可能實現(xiàn)的。但在現(xiàn)有的條件下，應(yīng)如何確保差壓式流量計的準(zhǔn)確性及貿(mào)易的公平結(jié)算呢?筆者依據(jù)多年的計量管理工作經(jīng)驗，認(rèn)為應(yīng)從以下三個方面予以解決。
3.1加強(qiáng)計f管理提高人員素質(zhì)
差壓式流量計易于偏離標(biāo)準(zhǔn)的原因在于儀表本身的工作原理與結(jié)構(gòu)特點.儀器自身誤差是制造時產(chǎn)生的，安裝和使用誤差則是在安裝時或長期使用中由于流體介質(zhì)腐蝕、磨損、沽污等造成的。因此，應(yīng)嚴(yán)格按技術(shù)要求安裝流量計量系統(tǒng)，消除安裝誤差。在使用過程中，操作人員應(yīng)做好差壓式流量計的維護(hù)、保養(yǎng)工作，延長其使用壽命。差壓式流量計檢測件節(jié)流裝置安裝于現(xiàn)場嚴(yán)酷的工作場所，在長期運行后，無論管道或節(jié)流裝置都會發(fā)生一些變化，如堵塞、結(jié)垢、磨損、腐蝕等等。檢測件是依靠結(jié)構(gòu)形狀及尺寸保持信號的準(zhǔn)確度，因此任何幾何形狀及尺寸的變化都會帶來附加誤差。但問題是，測量誤差的變化并不能從信號中覺察到，因此定期檢查檢測件是必要的。可以根據(jù)測量介質(zhì)的情況確定檢查的周期，周期的長短沒有統(tǒng)一規(guī)定，使用單位應(yīng)該根據(jù)自己的具體情況確定，有的可能要摸索一段使用時間才能掌握，周期一旦確定就應(yīng)嚴(yán)格按周期檢測:因此計量檢定人員要嚴(yán)格執(zhí)行《差壓式流量計檢定規(guī)程》( JJG640一1994)，對流量計實施周期檢定，減小計量誤差。《天然氣流量的標(biāo)準(zhǔn)孔板計量方法》(SY/T6143一1996)中也提到了減少誤差的方法如附錄《節(jié)流裝置在使用中出現(xiàn)部分偏離標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的處理》中規(guī)定在實際應(yīng)用中采取在流出因數(shù)c中增加2個修正系數(shù)，即孔板入口尖銳度修正系數(shù)bK和粗糙度系數(shù) γRe，或采用可換孔板節(jié)流裝置。另外標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的工作條件是所謂參考工作條件，這些條件在實驗室里可以滿足，但是在現(xiàn)場要完全滿足比較困難，可以說，偏離標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定要求是難免的，這時重要的是要估計偏離的程度，如果能進(jìn)行適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償(修正)是最好的，否則要加大估計的測量誤差。因此在差壓式流量計計量的實際應(yīng)用中應(yīng)深人研究，吃透《天然氣流量的標(biāo)準(zhǔn)孔板計量方法》( SY/T6143 -1996)及《差壓式流量計檢定規(guī)程》( JJG640一1994)的精髓，嚴(yán)格按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定安裝、使用、處理數(shù)據(jù)，保證差壓式流量計計量的準(zhǔn)確性。
3.2計量器具的正確選用
計量器具應(yīng)首選標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置，當(dāng)流量變化范圍大時要考慮用寬量程智能差變。其它類型檢測儀表在相應(yīng)的計量天然氣的標(biāo)準(zhǔn)出臺前要慎重選用。二次儀表的計量模型應(yīng)符合SY/T6143一1996的要求計算FL能輸入組份，實時計算c值。
3.3加強(qiáng)技術(shù)培訓(xùn)借鑒國外經(jīng)驗
在實際應(yīng)用中應(yīng)強(qiáng)化宣貫《天然氣流量的標(biāo)準(zhǔn)孔板計量方法》( SY/T6143一1996)標(biāo)準(zhǔn)力度，對計量檢定人員要加強(qiáng)《差壓式流量計檢定規(guī)程》( JJG640-1994)的學(xué)習(xí)，在油田范圍內(nèi)開展培訓(xùn)學(xué)習(xí)活動，聘請油田或國內(nèi)氣體計量方面的專家講課，以加深對標(biāo)準(zhǔn)的理解，并提高檢定和操作人員的技術(shù)水平。引進(jìn)、消化、吸收近幾年發(fā)展起來的天然氣計量新技術(shù)。從國外情況來看，在天然氣國際貿(mào)易中能量計量幾乎已全面取代傳統(tǒng)的體積計量，而我國的天然氣計量領(lǐng)域中體積計量仍占主要地位。為了盡快與國際接軌，使用單位可以與各科研究院所聯(lián)合攻關(guān)，開展天然氣能量計量的試驗工作，并在此基礎(chǔ)上制定標(biāo)準(zhǔn)，加以推廣應(yīng)用。為了加快試驗進(jìn)度，建議引進(jìn)國外先進(jìn)的在線氣相色譜系統(tǒng)和流量計算機(jī)，在消化引進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，發(fā)展適合油田實際生產(chǎn)的天然氣能量計量系統(tǒng)。
4結(jié)束語
以上是筆者在多年的計量管理工作和日常學(xué)習(xí)中總結(jié)出的一些經(jīng)驗和看法，由于篇幅和水平有限，文中有些方面有敘述不周詳，甚至有些觀點可能有錯誤和欠妥的地方，還請專家予以斧正。同時感謝組織一單位提供這樣一個和大家共同探討和交流的機(jī)會，在提高自身計量管理水平的同時，能和大家共同提高油田的計量檢定和管理水平.
摘自：中國計量測控網(wǎng)
