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浅析孔板流量计在油田天然气计量上的应用


文章日期:2017-06-17|阅读数:


在分析孔板流量计类型的基础上,探讨了孔板流量计的工作原理,并重点就孔板流量计的选型和安装中需要注意的问题进行分析,并就其中存在的问题进行分析,***后提出有效的解决方法,希望对于进一步应用孔板流量计具有一定意义。

孔板流量计选购资料

引 言

就当前的流量计量仪表的应用情况来说,孔板流量计则是用途***为广泛的一种,其可以用来测量相应的所用单相流体。其应用的历史也比较长,在大量的试验过程中,积累了丰富的统计数据以及宝贵的经验,通过有效的干标的方法,能够有效保证流量计的计量精度,这个特点具有一定的特点。经过笔者的多年应用实践证明,经过多种流量计的应用对比,孔板流量计具有较为可靠的工作性能。针对天然气计量的相应领域,孔板流量计应用非常多,一般情况下,针对长输管道、油气田的天然气交接中的计量情况下,都是采用孔板流量计进行有效的计量,截至目前,已经具备较为完善的大量应用经验,值得进一步进行总结和思考。

1.孔板流量计类型

当前使用的孔板流量计一次装置来说,主要包括两个方面的形式:①利用简易孔板而形成的节流装置;②孔板阀。对于简易孔板节流装置来说,并不存在一定的孔板升降机构,在进行孔板的检查和更换过程中,则应该保证停止介质输送的情况下进行,具有造价低且结构简单的特点;对于孔板阀来说,比简易孔板截流的精度要高一些,可以实现在不停止生产的情况下进行孔板的检查、维修和更换操作,能够实现在线操作,流量计中存在孔板升降机构,能够有效进行在线的孔板检查工作,更换操作方便。

2.工作原理

在一定的工况要求下,流动的流体能够相互转化自身的静压能和动能,同时,还能有效利用上述关系进行流体流量的测量工作。当介质流过管道中的孔板位置时,遇到突然缩小的截面情况,这种缩小的流通面积能够让流束产生一定的局部收缩情况,造成流速进一步加快,静压力而有所降低,这样就会使得压力差在孔板前后出现。根据一定的函数关系,对于此压差进行测量,就可以计算得出流量值。根据流体连续性原理以及能量守恒定律,可以得到节流装置的运动、能量方程如下:

原油.jpg

式中:Q-体积流量,单位为 m3/s;M-质量流量,单位为 kg/s;F0 -节流装置的开孔面积,单位为 m2;ε -流量膨胀系数;α -流量系数;ρ1 -流体经过节流元件之前的密度,单位为 kg/m3;△p=p1 -p2 ,为经过节流件的前后压力差,单位为 Pa。

经过上式,可以看出,天然气经过节流孔板的情况下,质量、体积流量和产生的平方根所成正比关系,在此原理的基础上,可以对于孔板前后的差压利用孔板流量测量,经过一定的函数关系换算,可以得到天然气的流量。

3.孔板流量计的选型和安装思考

3.1孔板流量计的选型

所谓的孔板流量计,则是涉及到相应的仪表所组成的整体,对于其的选型过程中,主要涉及到的选型内容包括温度变送器、差压变送器、孔板阀、压力变送器等的选型。

在进行孔板流量计的选型过程中,涉及到的基本内容则是通过有效的换算,能够得到孔板片标准开口尺寸以及孔板片前后的压差值。根据相应的标准所编制的应用软件,主要涉及到的计算内容和步骤如下:①辅助计算。首先,应该由设计人员根据管道介质要求进行直径的确定,也就是在 20℃的条件下,对于测量管直径(孔板阀孔径)的检测工作,应该注意,在保证能够具有一定的计量能力的要求下,应尽量选用内径较小的测量管,这样能够有助于孔径比、差压的提升,然后,依次进行天然气的压缩因子、密度、相对密度以及超压缩系数的计算,在此基础上,进行天然气的动力粘度、嫡指数的计算,并计算得到雷诺数。②计算顺序。计算顺序,先把 β 近似值带入应用工况中,可以得到相应的开孔直径和孔径比,这样就会得到 d20,也就是在 20℃下的孔板测出的孔径值。一般情况下,单片孔板量程比仅能达到 1:3 的比例,而不能超过 1:4,所以,如果涉及到流量范围较大的问题,则应该进行分段处理,这样,口径从大到小的 2~3 片孔板进行分别计算。在此基础上,结合具体的工况、孔板开孔直径以及孔板阀孔径参数,能够有效计算,进行适合工况要求的孔板片、孔板阀的设计计算,有效保证差压检测范围的确定,在一定的条件下,保证温度、压力补偿仪表的测量范围,就完成孔板阀的选型。

3.2  孔板流量计的安装

应该根据相应的标准,进行安装和调校孔板流量计。

(1)在直管段方面的要求上,对于速度式流量计来说,前后都应该安装直管段,这样才能较好保证稳流效果。在一定的工况要求下,在进行孔板流量计的直管段前端安装过程中,根据阻流件的结构和要求,经过标准查询,获得直流管的长度,可以得到各种阻流件要求的***短直管段长度,但是,如果整流器安装在孔板上游的时候,则能有效保证直管段得到缩短,所以,这样的标准也应用整流器。

根据具体的规范,在具体的设计中,把流动调整器设置在孔板上游中,根据规定,整流器安装在孔板上游 13D 的位置,这样就能有效保证 30D 的前直管段要求,能够实现上游阻流件下的安装的要求,当前,在设计中已经普遍采用此项设计。另外,确定后直管段则比较容易,通过直径比就可以确定。

需要注意的问题则是,直管段安装在阻流件以及孔板上游则是由两种管段所组成:①工程上所提供;②孔板配套,这样就会导致可能出现不一样的内径配套情况,造成凸台的出现,根据实践经验,要求 10D 之外的凸台台阶控制在 2%内的圆度。

应该要求管段的直的要求,如果存在管道直线的偏移不超过长度的0.4%的情况,就可以认为则是直的。在进行相应的目测检验过程中,上下游直管段所引起的管道直线偏差也应该控制在长度的 0.4%范围内。

(2)在对于孔板安装方面,应该保证孔板和节流装置中的直管段进行对中处理。通过实验,可以得到,孔板偏心问题所引起的误差一般在2%左右,孔径比值越高,则会越容易造成偏心率影响,不应该采用比值过大的孔板。应该杜绝出现孔板的变形或者弯曲情况,这样会造成流量误差的增加。在测试法兰取压的孔板过程中,通过实验,因为孔板弯曲所造成的***大误差大约为 3.5%。

(3)在变送器安装方面,应该保证不影响仪表安装的基础上,尽量缩短差压和压力引压的管段,这样有利于防冻以及保温处理,在一定的斜度情况下,不会出现天然气所产生的凝液在变送器进行汇集的情况。

(4)其他方面的安装要求。要求不能使用厚度太大的垫片,要求控制在 0.5mm 范围,要求垫片不能突出管壁要求,控制有效的测量误差。对于流量调节的阀门来说,应该保证节流件后***小直管段长度以外。在工艺管道上安装节流装置,则应该进行相应的管道清洗吹扫工作。

4.存在问题及解决方法

4.1存在的问题

(1)计量仪表本身的精度方面的问题。当前的孔板流量计自动计量系统发展速度很快,随着信息技术的发展,还存在一定的测量仪表本身以及自动计量的限制性问题,针对数据处理以及提高计量准确性方面的问题,还需要进一步探讨。在测量的度以及重复性方面,孔板流量计属于中等水平,对于较为干净的流体,且满足具有较长的直管段、流体处于紊流状态下,这样的测量精度较高。但是,上述要求没有达到,以及存在损坏的孔板入口锐角、孔板表面的固体污物的堆积问题,都会造成孔板表面粗糙度增加,使得测量误差增加。

(2)在量程比方面存在问题。在此种流量计应用方面,主要表现在孔板流量计测量范围有限的问题,考虑到仪表信号和流量的平方关系,一般的测量范围都是为 3:1~4:1 范围内。

(3)在安装方面的问题。由于现场的安装条件要求较高,需要的直管段的长度比较大,在实际中难以满足。另外,对于压力检测仪表和孔板阀之间的引压管线容易出现冻堵、泄露等方面的问题。

(4)在使用过程中的问题,主要是包括弯曲变形的孔板,以及脏物在上游端面上沉积,出现破损的孔板入口直角边缘等问题,这些都会造成计量精度受到影响。

4.2  解决天然气计量问题的途径

(1)保证安装质量,定期进行维护处理。在分析影响孔板流量计测量精度的过程中,涉及到很多维护和安装方面的因素,所以,在具体的安装过程中,应该保证通过严格施工,努力消除安装误差。在具体的使用中,操作人员应该做好系统的保养和维护工作,以便能够保证使用寿命的延长,应该关注实际工况下的流量、温度、压力等参数的变化,通过有效的处理,尽量控制计量误差。

(2)应用多种有效方法来保证量程比的进一步提高。①可以利用双差压变送器配置在同一台的孔板阀中,能够有效根据差压的变化值,进行信号的切换工作,使得量程比有效扩大,保证测量范围的提升,有效保证计量准确性;②利用宽量程差压变送器,这样能够有效保证量程比的提升,利用有效的软件方式能够保证实现自动调整量程,通过软维护方式扩大量程比,使得测量有效范围和准确度进一步提升;③利用多路计量的方式,根据进行天然气流量检测范围的具体要求,保证进行不同口径的两套孔板流量计设计,根据流量低谷以及峰值的时间特点,进行有效的介质流路的切换工作,保证宽量程计量的实现。

5.结束语

对于已经应用多年的孔板流量计来说,应该充分的经验基础上,总结出更加有效的科学设计方法。随着信息技术、组分分析仪、流量计算机等高新技术的应用,孔板流量计具有自身的经济、方便、可靠、耐用的特点,依然活跃在能量交接的计量工作中,具有一定的应用潜力。



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