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孔板流量計(jì)在氣田生產(chǎn)中計(jì)量問題分析
某氣田氣質(zhì)特殊,,高含硫化氫和二氧化碳,硫化氫平均體積分?jǐn)?shù)1s. 16%,,二氧化碳平均體積分?jǐn)?shù)8. 64%,,對(duì)含酸性氣體的天然氣流量準(zhǔn)確計(jì)量難度很大‘。天然氣流量計(jì)量是企業(yè)生產(chǎn)和經(jīng)營(yíng)管理中的一項(xiàng)重要的技術(shù)基礎(chǔ)工作,,準(zhǔn)確計(jì)量不但能公平地進(jìn)行貿(mào)易結(jié)算,,而且能指導(dǎo)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,。某氣田集輸系統(tǒng)采用保濕混輸工藝,選用標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)進(jìn)行計(jì)量z一5,。在氣田投產(chǎn)初期,,存在計(jì)量不穩(wěn)定及偏差較大的問題。筆者從孔板閥選材,、流量計(jì)計(jì)算機(jī)選擇和連接部件設(shè)計(jì)3方面介紹了孔板流量計(jì)在某氣田的應(yīng)用,,后通過軟件和硬件分析了流量計(jì)量誤差產(chǎn)生的原因,提出了正確設(shè)置流量計(jì)算參數(shù),、定期清洗孔板閥,、五閥組和引壓管路等改進(jìn)措施。實(shí)踐證明,,這些措施可以有效解決某氣田流量誤差問題,。
該氣田是迄今為止中國(guó)規(guī)模大、豐度的特大型整裝海相氣田之一,。氣田的氣質(zhì)特殊,,屬高含硫化氫和二氧化碳,硫化氫含量15.16%,,二氧化碳含量8.64%,。氣田在天然氣外輸計(jì)量中選用的流量計(jì)量?jī)x表采用的是孔板流量計(jì),。孔板流量計(jì)在測(cè)量氣體方面有很大的優(yōu)勢(shì),,是一種性能好,,使用方便的測(cè)量裝置。廣泛地應(yīng)用于工業(yè)中,,在測(cè)量氣體,、蒸汽以及液體的流量方面有很大的造詣,這種儀器結(jié)構(gòu)穩(wěn)定簡(jiǎn)單,、維修起來(lái)方便,,性能十分穩(wěn)定。這是產(chǎn)品的簡(jiǎn)單特點(diǎn),,接下來(lái)我們?cè)敿?xì)介紹產(chǎn)品的特點(diǎn),。
首先,孔板流量計(jì)是一種方便的裝置,,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單容易復(fù)制,,簡(jiǎn)單而又十分牢固,性能穩(wěn)定可靠,,不必?fù)?dān)心中途會(huì)出現(xiàn)什么巨大的差池和問題,,并且,孔板流量計(jì)的壽命長(zhǎng),,價(jià)格低廉,,性價(jià)比非常高。
其次,,孔板流量計(jì)的應(yīng)用之廣泛超乎人的想象,可以測(cè)量天然氣,、空氣,、氮?dú)狻⒀鯕獾葰怏w,,很多工業(yè)中都使用孔板流量計(jì)來(lái)測(cè)量,,可見其廣泛性,并且這種裝置容易投入使用,,并不需要十分復(fù)雜的校準(zhǔn)就能簡(jiǎn)單地投入使用,。孔板流量計(jì)在測(cè)量時(shí)需要與差壓變送器配套使用,。
本文說(shuō)明孔板流量計(jì)在普田的使用情況,,并針對(duì)存在的計(jì)量問題進(jìn)行了分析。
1.計(jì)量原理及特點(diǎn)
計(jì)量原理
標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)的計(jì)量原理為:基于流體流動(dòng)的節(jié)流原理,,以能量守衡和流動(dòng)連續(xù)性方程為基礎(chǔ),,利用流體流經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)孔板時(shí)在其前,、后產(chǎn)生壓差,通過測(cè)量壓差的大小就可以間接地知道流量的大小,。在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下天然氣流量的實(shí)用計(jì)算公式為:
式中,,、為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下天然氣體積流量,,m; /s; A,為秒計(jì)量系數(shù),,視采用計(jì)量單位而定,此處A=311 794 x 10 -6; C為流出系數(shù);E為漸近速度系數(shù);d為孔板直徑,,mm; F}為相對(duì)密度系數(shù);,。為可膨脹系數(shù);F:為超壓縮因子;F:為流動(dòng)溫度系數(shù);P,為孔板上游側(cè)取壓孔氣流靜壓,,Pa;0P為氣流流經(jīng)孔板時(shí)產(chǎn)生的壓差,,Pao
1.2結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)
標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)結(jié)構(gòu)如圖1所示,包括節(jié)流元件(標(biāo)準(zhǔn)孔板及其取壓裝置),、傳輸壓差信號(hào)的引壓管路,、閥門以及差壓計(jì)等部分。標(biāo)準(zhǔn)孔板是壓差測(cè)量時(shí)的一次元件,,人們利用它在管道內(nèi)使流體產(chǎn)生壓差,,再通過引壓管路把孔板前、后產(chǎn)生的壓差傳送給差壓變送器,,再輸人到二次儀表,,從而顯示出管道內(nèi)流體的靜壓、壓差,、瞬時(shí)流量和累計(jì)流量等計(jì)量參數(shù),。
標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)有以下特點(diǎn):①孔板閥結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,應(yīng)用技術(shù)成熟,,容易掌握;②適應(yīng)性強(qiáng),,可實(shí)現(xiàn)在線更換、清洗和檢查孔板;③性能穩(wěn)定可靠,,使用壽命長(zhǎng);④孔板為標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流元件,,不需要標(biāo)定。存在的缺點(diǎn)主要有:①量程比較小;②壓力損失較大;③受影響因素較多,,不確定度大;④對(duì)前,、后直管段要求高。
2標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)在某氣田的應(yīng)用
某氣田集氣站外輸計(jì)量和集氣總站外輸總計(jì)量選用的流量計(jì)量?jī)x表均為孔板閥流量計(jì),,由孔板閥,、流量計(jì)算機(jī)及過程連接部件3部分組成。由于某氣田介質(zhì)為高含硫化氫天然氣,,且集輸工藝采用保濕混輸工藝,,天然氣中含水和單質(zhì)硫,,相對(duì)于常規(guī)天然氣計(jì)量,標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)在普田的應(yīng)用中有其本身的特點(diǎn),。
2. 1孔板閥的選材
某氣田酸氣外輸采用的是丹尼爾孔板閥,,以法蘭取壓標(biāo)準(zhǔn)孔板作為流量檢測(cè)元件。閥體由上,、下2部分組成,,中間滑閥連通或切斷,設(shè)有密封脂注人機(jī)構(gòu),,下閥腔與孔板上游連通,。當(dāng)孔板閥正常工作時(shí),滑閥關(guān)閉,,下閥腔壓力與上游管內(nèi)壓力相等,,上閥腔壓力與大氣壓力相等,在上,、下閥腔之間產(chǎn)生較大的壓力差,,此壓力差作用在滑閥下方,從而增強(qiáng)其密封性,??装彘y底部設(shè)有排污閥,用于定期吹掃排除閥內(nèi)污物,。上閥腔亦設(shè)置有放氣孔,,可排出上閥腔內(nèi)介質(zhì)??装彘y可實(shí)現(xiàn)在線更換,、清洗和檢查孔板,其操作也靈活方便,。
為保證在某高含硫化氫工況下孔板閥的性能滿足要求,,并確保其使用壽命和安全生產(chǎn),孔板閥上,、下腔間的密封件采用全硬密封結(jié)構(gòu),閥板和閥座均采用316L材質(zhì),,標(biāo)準(zhǔn)孔板片采用In-conel 625材質(zhì),,可有效防止硫化物應(yīng)力開裂和氫致開裂。
2. 2流量計(jì)算機(jī)選擇
對(duì)于高含硫化氫氣田來(lái)說(shuō),,一個(gè)重要的原則就是盡量減少動(dòng)靜密封點(diǎn),,從而降低泄漏風(fēng)險(xiǎn)。某氣田地面集輸系統(tǒng)選用的流量計(jì)算機(jī)為艾默生的FLOBOSS103流量計(jì)算機(jī),,集成壓差,、靜壓雙變量變送器,、RTD溫度變送器和流量計(jì)算功能于一體。FLOBOSS103檢測(cè)孔板兩側(cè)壓差及管道靜壓,,并通過Pt100熱電阻采集流體溫度,,可以就地顯示這些測(cè)量值,同時(shí)也可通過標(biāo)準(zhǔn)的MODBUS RTU協(xié)議和RS485通信接口將參數(shù)值傳給站控SCADA系統(tǒng),??梢越邮丈衔粰C(jī)控制系統(tǒng)下載的氣體組分信息,也可由MODSCAN犯軟件通過串口通信向FLOBOSS103內(nèi)寫人氣體組分信息,,還可通過配置軟件ROCLINK 800人工輸人組分信息,。
雙變量變送器(DVS)采用成熟可靠的羅斯蒙特電容元件技術(shù)測(cè)量壓差。同時(shí)利用壓阻和硅傳感器技術(shù)檢測(cè)靜壓,,測(cè)量的過程值,、穩(wěn)定和可重復(fù)性好。其微處理器使用存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的特征化數(shù)據(jù)對(duì)原始傳感器信號(hào)進(jìn)行線性化和校正,。讀數(shù)存儲(chǔ)于FLOBOSS103的內(nèi)部模擬輸人點(diǎn)中,,通過中斷的方式向變送器的處理器發(fā)送數(shù)據(jù)。RTD溫度變送器采用鉑電阻Pt100來(lái)采集現(xiàn)場(chǎng)流體溫度,,測(cè)量范圍為一40一240℃,,準(zhǔn)確度等級(jí)為1 0. 2℃。
2. 3過程連接部件
過程連接部件主要是指2個(gè)1 /4NPT的取壓閥,、五閥組以及引壓管路,。雙變量變送器(DVS)底部采用NPT內(nèi)螺紋連接孔板上的引壓管。上,、下游管線通常連接到孔板的高,、低壓側(cè)。由于連接部件均為長(zhǎng)期接觸高含硫化氫天然氣的部件,,且天然氣為濕氣,,故不同于一般的天然氣計(jì)量場(chǎng)合。普田現(xiàn)場(chǎng)的取壓閥,、五閥組和引壓管均采用哈氏合金材質(zhì),,且連接部件的孔徑較大,如引壓管路內(nèi)徑為12 mm,,以防止沉積的單質(zhì)硫等雜質(zhì)堵塞引壓管路,。
3誤差分析
某氣田實(shí)際生產(chǎn)中,天然氣外輸計(jì)量采用的標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)存在計(jì)量不穩(wěn)定,、讀數(shù)偏差較大等問題,,各集氣站場(chǎng)的天然氣外輸計(jì)量總和與集氣總站分線外輸總計(jì)量存在輸差問題。針對(duì)這一實(shí)際情況,,從軟件和硬件2方面展開分析,。
3. 1軟件問題產(chǎn)生的計(jì)量數(shù)據(jù)誤差
采用標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)測(cè)量天然氣流量,,其流量值與天然氣組分、壓差,、壓力和溫度等參數(shù)有關(guān),。流量測(cè)量系統(tǒng)若未能嚴(yán)格按計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)要求配置相應(yīng)的測(cè)量?jī)x表,流量計(jì)算時(shí)氣體壓力,、溫度和天然氣組分的變化未能得到*補(bǔ)償,,則會(huì)造成流量計(jì)準(zhǔn)確度下降,形成測(cè)量誤差,。檢查某氣田現(xiàn)場(chǎng)使用的流量計(jì)算機(jī)計(jì)算軟件,,其符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),測(cè)量系統(tǒng)*標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn),,其測(cè)量誤差基本可以忽略不計(jì),,所以在采用的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)方面,某氣田現(xiàn)場(chǎng)使用標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)符合要求,,不是產(chǎn)生誤差的原因,。
標(biāo)準(zhǔn)孔板測(cè)量是通過節(jié)流取壓差,引壓管高壓側(cè)為靜壓,,軟件根據(jù)靜壓,、壓差、溫度,、氣體組分,、孔板孔徑和管徑等參數(shù)計(jì)算流量計(jì)值。在軟件中可以對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行設(shè)置,,若其中有一個(gè)參數(shù)不準(zhǔn)確,,都會(huì)引起流量不準(zhǔn)確。現(xiàn)場(chǎng)通過流量計(jì)配置軟件檢查各流量計(jì)參數(shù)的配置情況,,設(shè)置值均與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況相符,。同時(shí),根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)采集到的溫度,、壓力,、壓差及軟件中配置的管徑、孔徑等參數(shù),,然后根據(jù)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)AGA8氣體壓縮因子計(jì)算方式計(jì)算出的流量與流量計(jì)測(cè)量值非常接近,,若以上有任何參數(shù)設(shè)置不正確,就會(huì)造成氣體計(jì)量不準(zhǔn)確4-5,。隨著高含硫氣田的開發(fā),氣體中硫化氫含量不斷增加,,造成氣體計(jì)量誤差不斷增大,,通過及時(shí)更新氣體組分?jǐn)?shù)據(jù),,基本保證了氣體流量計(jì)量的準(zhǔn)確性。
3. 2硬件問題產(chǎn)生的計(jì)量數(shù)據(jù)誤差
現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)實(shí)踐表明,,標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)會(huì)因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)孔板,、五閥組、引壓管路等硬件出現(xiàn)異常,,導(dǎo)致流量計(jì)量不準(zhǔn)確,,下面分別進(jìn)行分析。
3. 2. 1標(biāo)準(zhǔn)孔板
對(duì)孔板進(jìn)行研究后發(fā)現(xiàn),,某氣田生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)85%以上的標(biāo)準(zhǔn)孔板均受到了不同程度的刮傷,、變形,觀察上,、下游直管段,,管道內(nèi)壁沉積了大量的單質(zhì)硫,導(dǎo)板周圍出現(xiàn)腐蝕,、碳化,,且有雜質(zhì)附著。
某氣田現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)較多,,關(guān)井之后重新開井的過程比較迅速,,造成孔板受天然氣的強(qiáng)力沖蝕或機(jī)械磨損而產(chǎn)生劃傷、變形,,孔板的光潔度下降,,人口的尖銳程度變圓,使其圓弧半徑不能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求,,使得計(jì)量數(shù)據(jù)比實(shí)際流量偏低;孔板閥和直管段內(nèi)部附著單質(zhì)硫之后,,氣體不能形成穩(wěn)定的牛頓流體,造成計(jì)量誤差;孔板在天然氣沖擊過程中,,不同程度地產(chǎn)生了偏心,,同時(shí)導(dǎo)板周圍出現(xiàn)的腐蝕、碳化和雜質(zhì)沉淀等因素,,也會(huì)嚴(yán)重影響流量計(jì)量的準(zhǔn)確性,。通過嚴(yán)格執(zhí)行操作規(guī)程,按照操作步驟平穩(wěn)操作,,確定開井方式;同時(shí)定期清洗孔板閥,、計(jì)量直管段等方式可以有效解決上述問題。普田集氣站氣體流量計(jì)量不準(zhǔn)確,,誤差很大,,通過拆卸孔板閥和直管段,發(fā)現(xiàn)內(nèi)部有許多單質(zhì)硫沉積。清洗孔板閥和直管段后,,氣體流量恢復(fù)正常,。
3.2.2五閥組
在生產(chǎn)過程中,需要定時(shí)對(duì)孔板流量計(jì)進(jìn)行排污,。通過對(duì)五閥組進(jìn)行解體檢查,,發(fā)現(xiàn)內(nèi)部存在單質(zhì)硫等雜質(zhì),造成五閥組中的平衡閥關(guān)不嚴(yán),,形成內(nèi)漏,,影響孔板流量計(jì)的上、下游取壓,,導(dǎo)致壓差信號(hào)變小,,儀表計(jì)量偏低。此類問題可通過清洗或更換新的五閥組得以解決,。
3.2.3儀表引壓管路
某天然氣會(huì)析出單質(zhì)硫,,單質(zhì)硫在引壓管路中沉積、固化,,會(huì)引起引壓管路堵塞,,不能正常取壓,孔板流量計(jì)不能及時(shí)得到正確的靜壓和壓差,,從而造成計(jì)量偏差,。前期在某氣田現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)過程中經(jīng)常出現(xiàn)流量計(jì)示值長(zhǎng)期不變化的情況。對(duì)此,,采取在孔板流量計(jì)引壓管線,、五閥組等部位安裝電伴熱裝置的辦法,減少單質(zhì)硫在引壓管路中的析出,、沉積,,防止引壓管路堵塞。同時(shí)定期對(duì)引壓管路進(jìn)行放空,、清洗,,確保引壓管路不堵塞。
4結(jié)束語(yǔ)
由于某氣田氣質(zhì)的特殊性,,前期生產(chǎn)過程中更多的關(guān)注在選材和防腐方面,,對(duì)造成計(jì)量偏差的因素估計(jì)不足,導(dǎo)致計(jì)量偏差較大;后期采取設(shè)定正確的計(jì)算參數(shù),,定期清洗孔板閥,、五閥組和引壓管線等措施后,圓滿解決了計(jì)量偏差問題,??傮w而言,,類似某氣田的工況使用標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)需注意以下問題:①設(shè)定正確的流量計(jì)算參數(shù),及時(shí)修正氣體組分參數(shù);②定期對(duì)標(biāo)準(zhǔn)孔板進(jìn)行檢查,、清洗,,發(fā)現(xiàn)問題后及時(shí)更換;③定期對(duì)五閥組及其引壓管路進(jìn)行排污驗(yàn)漏檢查,冬季氣溫下降易發(fā)生凍堵和硫沉積,,需增加排污次數(shù)。若發(fā)現(xiàn)五閥組及引壓管路堵塞,,應(yīng)及時(shí)清洗或更換,,保證其正常運(yùn)行。