苏丹石油工程外输涡轮流量计量及在线标定橇的

  中国石油集团公司自从1998 年正式在苏丹开采石油以来, 已经先后涉足 1/2/4 区 , 3/7 区和 6区等多个区块的开采 .在各个油田中 ,分别建有井口设施(FSF), 计量阀组(OGM), 集油站(FPF)和中心处理站(CPF).井口、计量阀组 、集油站的原油经过简单的处理和三级计量输送到中心处理站 .在中心处理站采用沉降或热交换等物理方法进行油、气、水分离, 使原油含水低于 3 %.经过分离之后的合格原油通过长输管道分别输送到红海岸边的苏丹港装油轮外输, 或者到喀土穆炼厂进行深加工 .由于所生产的原油属于不同的操作公司, 必然就涉及到交接计量的问题.为了保证计量的准确性, 目前所有交接计量都采用成熟厂家生产的采用国际标准设计的计量橇[ 1 -4].由于苏丹相对比较落后 ,没有标定工厂, 而计量装置要在使用一定的周期后进行标定 , 以保证计量的准确性, 所以,在设计计量橇的同时带有在线标定橇[ 2 -4].本研究以苏丹 6 区的计量橇的设计为例, 具体介绍一下以涡轮流量计作为检测元件的计量橇和标定撬的设计 .

1、计量标定橇：
　　苏丹 6 区油田是中国石油集团公司和苏丹政府的合资开发的油田 ,原油产量大约200 万t/a.所生产的合格原油通过长输管线输送到喀土穆炼油厂进行深加工 .在原油外输时采用以涡轮流量计为计量元件的计量橇进行交接计量.工艺流程如图1 所示.
　　该计量橇采用 FMC 高精度涡轮流量计作为检测元件对原油进行计量 , 采用一用一备的运行方式,每路设有温度变送器 、压力变送器 ,对流量进行温度和压力补偿.出口设有含水分析仪和自动采样装置 .通过含水分析仪测量原油的含水量.流量计测定通过的液体量, 减去含水就是所输送原油的***终量.
　　流量计上游和下游都设有双密封无泄漏型电动开关阀, 电动开关阀门通过计量控制系统预先编制的程序开关, 实现计量回路及标定回路的自动切换.
　　在每一计量管路和标定装置的出口都安装流量调节阀.计量管路的流量调节阀的作用是在正常分输和标定过程中控制该管路的流量 , 而标定装置出口流量调节阀用于防止流体挥发.
　　在每条计量管线的两个截断阀之间安装热膨胀安全阀 ,来减小因热膨胀造成的过压 .

图 1　计量及标定橇工艺流程

2、流量计量系统：
　　在苏丹石油工程中 , 根据原油物理性质的不同,各个油田的计量橇也不同, 主要采用涡轮式流量计、容积式流量计和科氏质量流量计等 3 类流量计 .这 3 类流量计都具有重复性 、度***佳的特点.而涡轮式流量计又具有结构简单、加工零部件少、重量轻、维修方便、流通能力大(同样口径可通过的流量大)和可适应高参数(高温、高压和低温)等特点 .目前 , 苏丹项目原油输送管线的首末站都采用涡轮流量计作为贸易结算.
　　涡轮流量计由涡轮 、轴承、前置放大器、显示仪表组成.被测流体冲击涡轮叶片, 使涡轮旋转 ,涡轮的转速随流量的变化而变化.当流体沿着管道的轴线方向流动 ,并冲击涡轮叶片时 ,便有与流量 Qv 、流速 V 和流体密度ρ的乘积成比例的力作用在叶片上, 推动涡轮旋转 .在涡轮旋转的同时 ,叶片周期性地切割电磁铁产生的磁力线 , 改变线圈的磁通量.根据电磁感应原理, 在线圈内将感应出脉动的电势信号, 此脉冲信号的频率与被测流体的流量成正比.涡轮变送器输出的脉冲信号, 经前置放大器放大后, 送入显示仪表 , 就可以实现流量的测量 .
　　由于密度和粘度与温度、压力关系密切, 而现场温度 、压力波动是难免的 ,所以在流量计的出口设置了高精度的温度变送器和压力变送器, 在流量计算机内实现温度和压力补偿, 保证了流量计的高计量精度.
　　此外,流量计受流体流速分布畸变和旋转流的影响较大,在传感器上下游侧设置直管段.

3、流量计标定系统：
　　流量计标定系统为双向球式固定体积管.双向型球式体积管主要由标准容积段、设置在标准容积段两端的检测开关 、在标准容积段内运行置换出标准体积值液体的位移球及有关辅助设备组成.位移球在体积管内作往返运行 , 并且以位移球在2 个检测开关之间往返运行所置换出的流体体积之和作为体积管体积 .因此 ,标定球在 2 个检测开关之间移动时所置换出来的体积量(标准体积值)等于相应时间间隔内流经流量计的体积量 ,两者相比较即可确定流量计的示值误差.
　　在系统正常操作条件下, 流量计标定系统可以进行单台流量计标定.在标定时, 可以通过管理计算机进行手动和自动标定, 而不中断流量计的工作.标定时标定监控计算机实时采集体积管上的相关数据,并通过与流量计算机之间的通讯与流量计的有关数据进行比对,得到准确的标定结果.

4、计量控制系统：
　　流量信号进入安装在控制室内的流量计算机,通过流量、温度 、压力和含水量等工艺参数得出***终的流量 .流量计算机信号通过 MODBUS RS-485 上传到计量控制系统上位管理计算机.完成流量计的自动标定和计量系统的流程切换等功能.计量系统的 PLC 通过 MODBUS RS -485 通信协议与站控 DCS 通信 .流量计量控制系统如图 2所示 .
　    计量控制系统主要包括监控计算机、每一支路流量计算机、流量计标定专用的流量计算机 .量控制系统具有以下功能:① 完成流量的自动瞬时和累积计量 ;②检查计量和标定系统阀门的确切位置 ;③ 自动接通/断开备用计量和标定管线 ;④完成流量计的自动标定 , 并得到流量因子 ;⑤完成体积管标定.

图 2 　计量控制系统

5、存在的问题和解决的方法：
　　传统涡轮流量计受流体黏性阻力影响较大 ,随着黏度的增大,流量计测量下限值提高, 范围度缩小 ,线性度变差.因此在设计中采用了FMC 适用于高粘度介质的流量计 ,解决了这个问题.由于 6 区原油中含有较多的固体悬浮物 , 为了减少对涡轮流量计叶轮的冲刷磨损 ,在流量计前安装有过滤器,保证流体的洁净度 , 延长了流量计的使用寿命 .为了减少温度波动对计量精度的影响, 整个计量标定橇都设计有电伴热系统, 通过电伴热系统的温度自动控制保持所通过流体的温度.