未穩定原油的質量流量計量
發布時間：2017-09-01
本文所指的未穩定原油是油氣水三相分離器分離出來的原油，由于其在壓力狀態下會帶有一定的甲烷、乙烷;丙烷等揮發性輕烴，在壓力降低后，這些輕烴就從原油中揮發出來，不僅造成了大量揮發損耗，而且在油量計量方面也有較大難度。淮城油田濮三聯擔負著兩個采油礦的油氣處理任務。由于工藝狀況的限制，采取了在三相分離器出口進行原油交接計量的方式。原計量儀表采用的是容積式羅茨流量計。
在實際交接計量工作中，無法消除分離器的竄氣、分離器初段脫水原油含水率波動大、腰輪卡堵等問題，經常造成原油交接計量糾紛。為了消除以上因素的影響，我們選用了質量流量計，有效地解決了分離器出口原油交接計量中存在的問題。
1質量流量計的結構原理
1.1質量流量計的結構
質量流量計是由帶有鉑熱電阻、兩個電磁信號檢測器、一個電磁驅動線圈的振動管構成的傳感器，九芯專用信號線，NOC純油計算機組成。
1.2基本原理
質量流量計主測量參量是質量流量，次測量參量是流體密度，還有附加測量流體溫度。還可由質量流量和流體密度派生出測量含水率。
(1)質量測量的基本原理
根據科里奧利現象，當流體流人流量測量管時將導致流量管產生扭曲。流量管扭曲量的大小是完全與流經流量管的質量流量的大小成正比的。安裝于流量管兩側的電磁信號檢測器用于檢測振動管的振動。質量流量的大小是由這兩個信號的相位差 φ 來決定的。當有流體流經流量管時產生流量管的扭曲，從而導致兩個檢測信號的相位差 φ ，這一相位差正比于流過的質量流量。
(2)密度測量的基本原理
質量流量計的流量管是通過驅動線圈和反饋電路振動在它的諧振頻率fo上。流體的密度 ρ就是通過利用流量測量的一對信號檢測器測量流體流過流量管時的諧振頻率fx而得到的。
(3)含水率的基本原理
根據相平衡原理通過混合液體質量百分比計算出來的。
2質量流量計在工藝流程中的實際應用
2.1工藝流程簡介
質量流量計在淮三聯油氣水三相分離器中的應用如圖1所示。
由于采油四礦是新成立的單位，在工藝上還無法實現獨立的處理流程，因此只能在三相分離器的出口上使用質量流量計。
2.2安裝方法
質量流量計在無泵無罐工藝流程中要求測量管垂直安裝，被測液體從下而上流動。對測量直管段沒有特殊要求。這種安裝方式主要是便于原油中揮發出來的氣體隨原油的流動而被帶走，避免氣體在管線中積聚而影響計量。
2.3對原油中游離氣的處理
三相分離器在實際運行中，由于浮子液面調節機構失靈，可能出現短暫的原油攜帶部分游離氣的現象。一旦被測原油含氣量超過一定量和一定時間(一般為15s)時，質量流量計的NOC將對密度測量值進行數據處理。NOC設定了三種處理方式:保持前值、只發出警報、停止計量。我們根據實際情況選用第一種方式。這么做主要是為了避免原油含游離氣時，所測原油密度 ρe可能會小于純油密度 ρo，造成含水率計算的偏低(甚至小于0)，從而造成純油質量偏大。
2.4純油、純水密度的確定
確定純油、純水密度主要是NOC用來計算原油含水率的。在質量流量計中，混油密度是質量流量計測定出來的，而原油含水率則是根據相平衡原理通過混合液體質量百分比計算出來的。原油含水率計算公式如下:
由此可見，純油、純水密度的確定是極為重要的。
(1)純水密度的確定
這里的純水就是分離器產出的含油污水。由于含油污水的物理性質與原油中含水的物理性質是一致的。所以可以從分離器的放水管線上取水樣，做出水樣密度，視為原油中水的密度。對取出水樣的處理方法:水樣靜置到含油污水中的微小油粒全部上浮到水面為止(必要時，可加除油劑)，經過以上除油后，做出水樣的密度(淮三聯產出水的密度為1.1kg/L。
(2)純油密度的確定
純油密度的確定是有一定難度的。在實際生產中，不含水的純油是很難取到的。在現場由于實驗條件的限制，獲得純油就有了很大的難度。為此，根據混合液體質量百分比，可以計算出純油密度。計算公式如下:
我們只要測定出混合油的標準密度及混合油的含水率，就可以計算出純油密度了。
2.5純油油量的計算
質量流量計的NOC系統中有兩種方式可以計算出純油量:一種是混油質量乘以原油期間平均含水率，另一種是標準狀態下的純油體積乘以純油密度。在計量過程中，瞬時含水波動大，期間平均含水的錄取又較為復雜，且不易操作，故第一種方式不實用。相比之下，第二種方式較為簡單易用。一般應采用第二種方式。
3影響質量流量計計量精度的因素分析
影響質量流量計的因素分為兩類，即穩定影響因素和不穩定影響因素。穩定影響因素主要是純水、純油密度的確定。我們主要討論一下不穩定影響因素。
實踐證明:工藝狀況對質量流量計的準確計量起著至關重要的作用。質量流量計在無泵無罐密閉流程中，它的應用環節決定了其使用精度和準確度。根據質量流量計在無泵無罐密閉流程中分離器出口使用情況，主要的不穩定影響因素有以下兩個:
3.1原油含氣率的影響
這里所說的原油含氣是指原油中的游離氣。首先是對原油含水率的影響。根據質量流量計含水率的計算公式(1)可知:當含氣率增加，混油密度下降，從而導致原油含水率偏低:其次是對混油密度的影響。當原油含氣率上升至一定程度，會使傳感器的驅動電壓大于傳感器設定的驅動電壓(設定驅動電壓可以根據實際情況設定，當驅動電壓在設定驅動電壓以下時為正常工作)，使NOC對混油密度做“保持前值”處理，將會出現混油密度偏大的現象。
3.2原油含砂量的影響
原油含砂的影響程度視原油中的含砂量大小和砂的密度而定。含砂量越大，砂的密度越大，所測出的原油密度越大，計算出來的原油含水率也越高;反之亦然。同時，還要防止泥沙在質量流量計的測量管段沉積，從而影響其測量精度
4幾種計量方法的比較
由于兩種計量手段的不同，在兩個礦的原油交接過程中，引起了許多爭議，特別是采用質量流量計和腰輪流量計在數據上不可避免地存在一些差異。為r對質量流量計的計量結果有一個清晰的認識，我們對質量流量計、腰輪流量計和采用罐車過磅進行廠比較。比較結果見表1。
從上表可以看出:質量流量計質量比罐車過磅高出1.38%，腰輪流量計比罐車過磅低了3.98%。腰輪流量計在三相分離器計量中，其溶解氣系數的確定是較為困難的。并且需要人工不間斷地進行密度、含水等參數的監測，特別是要防止分離器的大量竄氣，造成計量值過大。而質量流量計則不需要人工進行監測，可以自動進行計量，定點讀數即可，具有較大的優勢。
從計量成本上講，腰輪流量計一次性投入較低，但需要經常性地維護，由于蹼城油田原油含砂較高，每周至少需要清洗過濾器一到兩次，而日.還存在著腰輪卡死等故障。因此，在日常運行中需要投入大量的人力物力。而質量流量計能夠解決腰輪流量計存在的弊端，只是一次性投入較高，價格約為腰輪流量計10倍。
5使用質量流量計的幾點建議
質量流量計經過在膜三聯兩年多的應用實踐，發現在以下幾個方面應予以考慮:
(1)處于高寒天氣時，尤其是質量流量計安裝在室外的場合，應對質量流量計采取適當的保溫措施。因為質量流量計的溫度適用范圍在一18℃一150℃之間。
(2)質量流量計的傳感器與NOC純油計算機的信號傳輸距離一般不宜超過150m 。
(3)應避免在震動較大的場合安裝使用，如泵房等。
(4)在三相分離器與質量流量計之間盡量不要節流，以防原油中的溶解氣逸出，影響質量流量計的準確計量。
(5)根據工藝狀況(主要是游離氣產生的多少)，應合理確定質量流量計的驅動電壓。
(6)根據測定的介質密度，合理選表，以滿足密度量程的要求。
摘自：中國計量測控網
