[摘要]闡述了孔板流量計的測量原理,針對目前在天然氣計量中孔板流量計的運行情況，分析了影響孔板流量計計量精度的因素,提出了提高孔板流量計計量精度的若干措施。
引言
由油井計量分離器分離出的天然氣由于分離不凈含有油污,屬臟污介質(zhì);計量分離器常有氣路跑油現(xiàn)象，造成管線內(nèi)積液;天然氣流量不穩(wěn)定并隨時間周期性地大幅度變化,屬脈動流體"上述特點給天然氣計量儀表的設(shè)計選型、使用維護及準(zhǔn)確計量帶來較大困難。目前,在油田單井、分隊、自用氣及外輸氣交接計量中較多應(yīng)用孔板流量計。影響孔板流量計計量準(zhǔn)確的因素很多,從孔板的技術(shù)原理、孔板的管理及孔板安裝使用條件等方面結(jié)合實際情況進行了分析。
1孔板流量計工作原理
孔板流量計是根據(jù)安裝在管道中的孔板產(chǎn)生的差壓,已知流體條件和孔板與管道的幾何尺寸來測量流量。它由孔板、差壓變送器和流量顯示儀組成。當(dāng)流體流經(jīng)設(shè)置在管道中的節(jié)流件(孔.板)時，流束將在節(jié)流件處形成局部收縮,此時流速增大，靜壓降低，在孔板前后產(chǎn)生差壓;流量愈大,差壓愈大，因而可根據(jù)差壓來衡量流量;的大小。這種測量方法以流動連續(xù)性方程(質(zhì)量守恒定律)和伯努利方程(能量守恒定律)為基礎(chǔ)。天然氣標(biāo)準(zhǔn)體積流量計算公式如下:
式中:Qn一標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下天然氣體積流量,m3/s;Ag一秒計量系數(shù),視采用計量單位而定;
C一流出系數(shù);E一漸進速度系數(shù);d一孔板開孔直徑,mm;Fc-相對密度系數(shù);?一可膨脹性系數(shù);Fz-超壓縮因子;Fr一流動溫度系數(shù);P1一孔板.上游側(cè)取壓孔氣流絕對靜壓,MPa;Δp-氣流流經(jīng)孔板時產(chǎn)生的差壓,Pa。
2孔板流量計儀表特點
孔板流量計得以廣泛使用，是因為它具有以下優(yōu)點:節(jié)流裝置結(jié)構(gòu)簡單,安裝方便,工作可靠，有一定的精度,能滿足一般工程測量和貿(mào)易計量的需要;使用歷史悠久,有豐富可靠的實.驗數(shù)據(jù)，設(shè)計加工已標(biāo)準(zhǔn)化，只要按標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計、加工、安裝、檢驗和使用，勿需進行實測標(biāo)定,也能在已知的不確定度范圍內(nèi)進行流量測量]。
3影響孔板流量計準(zhǔn)確計量的因素
通過現(xiàn)場多年使用和維護孔板流量計,發(fā)現(xiàn)儀表在運行中普遍存在以下幾個問題:
1)采用傳統(tǒng)孔板流量計測量,存在測量范圍窄(最大為1:3.5)、測量精度低、在氣體流量波動范圍大時需更換不同的孔板元件等缺點。
2)秋冬春三季，天然氣中含水、原油及一些顆粒雜質(zhì),容易使差壓計導(dǎo)壓管路堵塞或阻塞,從而不能準(zhǔn)確反映節(jié)流裝置產(chǎn)生的真實差壓信號'51。
3)由于天然氣氣液分離效果不好，在導(dǎo)壓管路中及差壓計的正負(fù)壓力室產(chǎn)生積水、積油等現(xiàn),象，使差壓計產(chǎn)生液位附加誤差造成計量不準(zhǔn)。
4)孔板需定期檢查、清洗和檢測幾何尺寸,而天然氣計量條件差,很難定期檢修。
5)對天然氣來說，當(dāng)介質(zhì)壓力溫度變化時,其體積也隨之改變,從而使儀表顯示隨溫度壓力的變化而產(chǎn)生誤差。
4提高孔板流量計計量精度的措施
標(biāo)準(zhǔn)孔板節(jié)流裝置天然氣流量的計算公式是以通過孔板的氣流為單相及穩(wěn)定流體的基礎(chǔ)上推導(dǎo)出來的,當(dāng)測量的氣流條件達不到規(guī)定要求時,便不能獲得可靠的測量值。對于氣流脈動、氣質(zhì)中含水及含雜質(zhì)的油田單井天然氣計量,目前尚未找到一-種方法來確定或預(yù)測一個修正系數(shù)以便.彌補這種誤差。要想提高雙波紋管差壓式流量計的計量精度,必須抑制氣流波動、消除氣質(zhì)中的水分及雜質(zhì),使氣流條件達到規(guī)定的要求,并減少環(huán)境及人為因素對儀表的影響。通過長時間的試驗與應(yīng)用,證明以下幾種方法可以提高孔板流量計計量精度:
1)合理選取測量點。進入雙波紋管差壓式流量計的氣體必須先通過氣液分離器、過濾器。把測量管裝在對消除脈動來說較為有利的位置,例如裝在調(diào)壓閥的入口側(cè)或遠(yuǎn)離脈動源。
2)為了減少脈動幅度,可在脈動源和測量管之間的管線上加裝-一個容器(具有一定容積)或者設(shè)計專門的脈動衰減器。把節(jié)流閥或限流器裝在脈動源和測量管之間是減少脈動的最有效方法,但是這種方法如果壓力降過大,會提高油井回壓,對油井正常生產(chǎn)有不利影響,就不宜采用。
3)采用直徑比β值較小的孔板。在多路計量裝置中，使用每一支路在盡可能高的差壓下操作。
4)在差壓仍保持較高的操作前提下,可用較小的測量管,而孔板開孔直徑基本不變。
5)在節(jié)流裝置前后取壓管出口處分別加裝一個具有一定容積的氣液分離器，使差、靜壓信號達到先氣液分離及緩沖后再進入流量計。
6)導(dǎo)壓管路，上的.上下游導(dǎo)壓閥應(yīng)選用大通徑的球型閥[51。
7)選用一體化、精度高、寬量比的新型智能孔板流量計，使用維護更加方便。
8)為了防止導(dǎo)壓管的凍堵,必須對導(dǎo)壓管路進行保溫,并增加加熱補償保溫措施。
9)對于因下游波動源而引起計量點氣流脈動的情況,可通過調(diào)整節(jié)流裝置下游側(cè)閥門的閥位,使計量點氣流脈動幅度減小。試驗證明，采用關(guān).小計量管下游閥的方法控制氣流脈動,效果明顯。
10)在單井天然氣計量應(yīng)用時,由于壓力溫度變化會引起計量誤差,可采用具有壓力、溫度自動補償和壓縮因子修正功能的智能型流量計(2]。
11)必須對導(dǎo)壓管路、孔板裝置定期進行排.污清洗工作，確保導(dǎo)壓管暢通[5]。
5孔板流量計發(fā)展與展望
孔板流量計作為一種經(jīng)典流量計量器具,是由若干個獨立單元組合在一起的，它們之間配置合理與否,安裝是否規(guī)范，都會直接影響測量精度,因此研制一體化孔板流量計產(chǎn)品，簡化結(jié)構(gòu),減少運行維護量,提高性價比,是前景廣闊的項目,它的型式和參數(shù)是隨著測試技術(shù)的發(fā)展而不斷優(yōu)化的。當(dāng)今孔板流量計發(fā)展趨勢是一體化、精度高、寬量比的新型智能流量計,擁有補償功能完善的流量計算機，具有強大的功能軟件,同時設(shè)有RS485計算機通信接口，可與DCS連接通.信,對維護檢修提供了方便,這些都為孔板流量計更好地應(yīng)用提供了可靠的技術(shù)保證。
6結(jié)束語
從以上分析可以看出,孔板流量計用于油田天然氣計量困難和問題較多,受各種因素影響綜合計量精度不是很高。但孔板流量計作為一種計量器具，具有悠久的歷史,它的設(shè)計、計算、加工、安裝、使用、維護等環(huán)節(jié)都具備了完備的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展,一體化智能孔板流量計的量程范圍和精度都有較大提高。
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