差压式流量计安装方式对湿气计量准确度的影响

差压式流量计是当前应用的较为广泛的一种系列化流量计, 有着结构简单、应用广泛、便于维修以及标准件容易生产等优点, 因此被广泛应用于石油石化行业。但是其安装方式不同, 对计量准确度会有不同的影响。该文简要介绍了国内外湿气计量研究现状, 重点分析了在湿气计量条件下, 差压式流量计安装方式对流量计量准确度的影响, 并通过在导压管上安装沉降器, 经现场比对试验和数据分析, 阐明了沉降器对差压式流量计湿气计量准确度改善应用的可行性。

气田从单井开采到多井开采和集输过程中, 均会涉及湿气计量, 即使在计量前端都配备有分离器, 但由于工况条件 (压力、温度) 的变化, 经分离后的气体中还是不可避免地含有液体, 易在导压管上、下游淅出液体, 在导压管或仪表腔室内形成液柱, 产生一定的附加压力, 将影响差压式流量计的准确度, 通过在导压管加沉降器, 经过再次气液分离, 确保流量计计量准确度得到有效改善。

美国雪佛龙公司对湿气计量的试验研究结果表明: (1) 用孔板流量计测量气体流量, 当气体中夹带少量液体时, 流量测量不确定度偏高, 测量的湿气流量随β的增加而减少, 在比为0.7时, 测得的流量偏差为-1.7%; (2) 当少量液体时, 在比为0.5时表明孔板性能较好, 但是将夹带在孔板上游脱出, 以获得***佳的计量性能; (3) 用旧的孔板流量计测量湿气, 流量计量值将降低3%[1]。中石油计量测试研究所对湿气计量研究结果表明:在特定现场条件下对用于湿气测量的一台孔板流量计进行了现场系统测试, 测试结果表明, 湿气测量存在约3%的正偏差[2]。

图1 流量计在导压管上端安装误差理论分析图   下载原图

图2 流量计算机与流量核查仪现场安装示意图   下载原图

川西气田差压式流量计安装方式有三种:种是在导压管上端安装, 常用于流量计算机和SGQ化一体化差压式流量计;第二种是在导压管下端安装, 常见于流量比对用的核查仪;第三种是流量计与导压管直接安装, 如QJT01一体化差压式流量计。

流量计在导压管上端安装误差理论分析图如图1所示。

根据液体力学原理, 可得出以下公式:

根据公式 (3) 可以得出湿气条件下, 差压式流量计在导压管上端安装时, 差压、流量运行的几种情况:

图3 流量核查仪与流量计算机流量比对情况   下载原图

图4 联4高压2014年11月流量比对情况   下载原图

图5 安装沉降器, 一、二级计量系统流量比对情况   下载原图

(1) 当时, 湿气条件下测得的差压比干气条件下测量的差压值偏高, 流量比干气条件下测得的流量偏大。

(2) 当时, 湿气条件下测得的差压比干气条件下测量的差压值偏低, 流量比干气条件下测得的流量偏小。

(3) 当, 湿气条件下测得的流量与干气条件下测量的流量相同。

同理, 可以推出湿气条件下, 差压式流量计在引压管下端安装时, 差压、流量运行的几种情况:

(1) 当时, 湿气条件下测得的差压比干气条件下测量的差压值偏高, 流量比干气条件下测得的流量偏大。

(2) 当时, 湿气条件下测得的差压比干气条件下测量的差压值偏低, 流量比干气条件下测得的流量偏小。

(3) 当时, 湿气条件下测得的流量与干气条件下测量的流量相同。

当流量计与导压管直接安装, 流量计不受导压管、仪表腔室液柱的影响, 但易受测量管内液体的波动, 在引压管处形成脉动流, 影响计量准确度。

大邑配气站气质干净, 不含液, 通过在进气管线流量计算机加沉降器后计量与出气管线流量计算机进行比对 (大邑配气站只有一条进气管线和一条出气管线) , 通过65 min的流量比对, 进气管线流量计算机与出气管线流量计算机的流量误差-3 m, 流量相对误差为-0.0 6%, 说明在干气条件下, 加沉降器不会影响流量计计量准确度。

联4高压气质中含有一定的凝析油, 在联4井站高压装置计量系统排污阀接口并联连接SGQ流量核查仪, 经过6 d的流量比对, 流量核查仪比流量计算机偏低2.88%;可见, 湿气计量不适合作流量比对, 且核查仪在导压管下端安装, 一般流量偏低。

选择气质含液的联4井站, 取压装置采用孔板阀, 差压式流量计在引压管上端安装, 流量核查仪与沉降器的安装如图2所示。

流量计算机每隔8 h进行一次导压管排液, 沉降器每天排一次液, 流量计算机与流量核查仪比对数据如图3所示。

从图3中可以看出, 流量计算机每次排液后, 差压及流量相对误差***小, 随着时间的增加, 含液气体在导压管内淅出液体, 形成附加压力, 造成差压虚高, 从而引起流量偏高;同时, 可以看出, 含液气体对静压影响可以忽略不计, 可见, 湿气计量对所测的差压及流量的准确度影响极大。

联4高压流量计算机、流量核查仪的交接量与新场配气站联4高压接收量的流量误差如图4所示。

从图4以看出, 联4高压流量计算机与联4高压接收量之间流量波动较大, ***大日输差在6%左右, 通过加沉降器, 联4高压流量核查仪与联4高压接收量之间输差较平稳, 保持在2%左右, 说明通过安装沉降器, 对湿气计量准确度有明显改善。

在新26井一级分离后计量装置导压管上加沉降器后与流量核查仪相连, 一、二级计量均采用QJT01流量计, 流量、温度变化趋势如图5所示。

从图5中可以看出, 积液初期流量相对误差较小, 随着沉降器积液的增多, 沉降在沉降器内的液体易对差压信号产生脉动干扰, 流量相对误差变化幅度加大, 因此, 沉降器要按时排液, 一般沉降器每日排1~2次液, 可避免沉积在沉降器内的液体对流量的扰动;由于QJT01取压口向下, 水平安装不会在导压管及仪表腔室内形成液柱, 因此, 流量计水平安装对湿气计量有一定改善。

(1) 加密计量系统排液周期, 对含液较少的气体有明显改善, 对含液较多的气体计量改善不明显。

(2) 在导压管上加装沉降器后计量, 对计量准确度改善明显, 但必须加强对沉降器排液, 避免沉降器液体沉积较多时, 会对气流形成脉动干扰。

(3) 改善气质条件:①对气量较小的交接计量点加装分离器和自动疏水阀;②对集气量大的交接计量点加装脱水装置, 目前采气厂主要采用三甘醇脱水和分子筛脱水等工艺技术。