王術(shù)明

(大港油田采油一廠，天津 300280)

0 引言

由油井計(jì)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(jì)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(diǎn)給天然氣計(jì)量儀表的設(shè)計(jì)選型、使用維護(hù)及準(zhǔn)確計(jì)量帶來較大困難。目前，在油田單井、分隊(duì)、自用氣及外輸氣交接計(jì)量中應(yīng)用孔板流量計(jì)較多，影響孔板流量計(jì)計(jì)量準(zhǔn)確的因素很多，筆者現(xiàn)就影響孔板流量計(jì)計(jì)量準(zhǔn)確的因素，從孔板流量計(jì)的工作原理、孔板的管理及孔板安裝使用條件等方面結(jié)合實(shí)際情況加以分析。

1 孔板流量計(jì)工作原理

孔板流量計(jì)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(jì)算公式如下:

(1)

式中：Qn為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下天然氣體積流量，m3/s；Ag為計(jì)量系數(shù)，視差壓、靜壓采用計(jì)量單位而定；C為流出系數(shù)；E為漸進(jìn)速度系數(shù)；d為孔板開孔直徑，mm；FG為相對密度系數(shù)；ε為可膨脹性系數(shù)；FZ為超壓縮因子；FT為流動溫度系數(shù)；p1為孔板上游側(cè)取壓孔氣流絕對靜壓，MPa；Δp為氣流流經(jīng)孔板時產(chǎn)生的差壓，Pa。

2 孔板流量計(jì)儀表特點(diǎn)

由于節(jié)流裝置具有結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，工作可靠，有一定的準(zhǔn)確度，能滿足一般工程測量和貿(mào)易計(jì)量的需要；且具有長期的使用歷史，有豐富可靠的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)加工已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，只要按標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)、加工、安裝、檢驗(yàn)和使用，無需進(jìn)行實(shí)測標(biāo)定，也能在已知的不確定度范圍內(nèi)進(jìn)行流量測量，這也是它得以如此廣泛使用的原因，據(jù)了解，國內(nèi)有80%以上的天然氣計(jì)量系統(tǒng)采用這種計(jì)量方法。

3 影響孔板流量計(jì)準(zhǔn)確計(jì)量的因素

通過現(xiàn)場多年使用和維護(hù)孔板流量計(jì)，發(fā)現(xiàn)儀表在運(yùn)行中普遍存在以下幾個問題：

1)采用傳統(tǒng)孔板流量計(jì)測量存在測量范圍窄(最大為1:3.5)、測量精度低以及在氣體流量波動范圍大時需更換不同的孔板元件等缺點(diǎn)。

2)在秋冬春三個季節(jié)，由于天然氣中含水、原油及一些顆粒雜質(zhì)，容易使差壓計(jì)導(dǎo)壓管路發(fā)生堵塞或阻塞現(xiàn)象，造成差壓計(jì)不能準(zhǔn)確地反映節(jié)流裝置產(chǎn)生的真實(shí)差壓信號。

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(jì)的正負(fù)壓力室產(chǎn)生積水、積油等現(xiàn)象，使差壓計(jì)產(chǎn)生液位附加誤差造成計(jì)量不準(zhǔn)。

4)孔板流量計(jì)內(nèi)的孔板需定期檢查、清洗和檢測幾何尺寸,而天然氣計(jì)量條件差,加之管理不夠,很難定期檢修,致使許多計(jì)量站上的孔板流量計(jì)安裝后長期失去管理。其結(jié)果是造成很大浪費(fèi)又沒有真正解決實(shí)際問題。

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。

6)盡管孔板流量計(jì)安裝規(guī)范一般都能夠掌握，但有些細(xì)節(jié)往往沒有引起重視，導(dǎo)致較大的計(jì)量誤差，安裝誤差如果不及時解決，會成為一個無法進(jìn)行完全定性分析的潛在誤差源。安裝誤差具有普遍性，如: a.受場地限制，實(shí)際安裝無法滿足設(shè)計(jì)所需的前后直管段長度，引起誤差；b.實(shí)際安裝管道與設(shè)計(jì)要求不符，主要原因是施工人員領(lǐng)料時領(lǐng)用相近規(guī)格的材料，造成安裝誤差；c.密封墊片內(nèi)孔未按環(huán)室尺寸加工，墊片伸出環(huán)室，干擾流體穩(wěn)定流動；d.導(dǎo)壓管走向不合理，差壓無法順利傳導(dǎo)。

上述6種情況是使孔板流量計(jì)難以作到準(zhǔn)確計(jì)量天然氣的主要原因。

4 提高孔板量計(jì)計(jì)量精度的措施

標(biāo)準(zhǔn)孔板節(jié)流裝置天然氣流量的計(jì)算公式是以通過孔板的氣流為單相、穩(wěn)定流動的基礎(chǔ)上推導(dǎo)出來的，當(dāng)測量的氣流條件達(dá)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(jì)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(bǔ)這種誤差。通過上述討論可知，要想提高雙波紋管差壓式流量計(jì)的計(jì)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(dá)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(yàn)與應(yīng)用，證明以下幾種方法可以提高孔板流量計(jì)計(jì)量精度。

1)孔板節(jié)流裝置的設(shè)計(jì)安裝應(yīng)嚴(yán)格按照SY/T 6143—1996標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，特別在安裝時，要根據(jù)孔板前阻力件形式配接足夠長度的直管段，一般應(yīng)至少前30D。

2)合理選取測量點(diǎn)。a.進(jìn)入雙波紋管差壓式流量計(jì)的氣體必須先通過氣液分離器、過濾器；b.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。

3)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(jì)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。

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，使進(jìn)入流量計(jì)的差、靜壓信號達(dá)到先氣液分離及緩沖后再進(jìn)入流量計(jì)。

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。

7)選用一體化、高精度、寬量比的新型智能孔板流量計(jì)，使用維護(hù)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(jìn)行保溫，并增加加熱補(bǔ)償保溫措施。

9)對于因下游波動源而引起計(jì)量點(diǎn)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(關(guān)小)，使計(jì)量點(diǎn)氣流脈動幅度減小。試驗(yàn)證明，采用關(guān)小計(jì)量管下游閥的方法來控制氣流的脈動，效果是十分明顯的。

10)在單井天然氣計(jì)量應(yīng)用時由于壓力、溫度變化會引起計(jì)量誤差，可采用具有壓力、溫度自動補(bǔ)償和壓縮因子修正功能的智能型流量計(jì)，提高計(jì)量精度。

11)必須對導(dǎo)壓管路、孔板裝置進(jìn)行定期排污清洗工作，確保導(dǎo)壓管暢通。

12)采用直徑比β值較小的孔板。在多路計(jì)量裝置中，使每一支路在盡可能高的差壓下操作。

5 孔板流量計(jì)發(fā)展與展望

從以上對孔板流量計(jì)在油田天然氣計(jì)量應(yīng)用情況的分析中可以看出，孔板流量計(jì)存在許多不盡人意的缺點(diǎn)，用于油田天然氣計(jì)量困難和問題較多，受各種因素影響綜合計(jì)量精度不是很高，但孔板流量計(jì)作為一種計(jì)量器具，它有悠久的歷史，經(jīng)過無數(shù)專家、學(xué)者的潛心研究和完善，它的設(shè)計(jì)、計(jì)算、加工、安裝、使用、維護(hù)等環(huán)節(jié)都具備了完備的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。目前還沒有任何一種流量計(jì)可以和它“相提并論”。 孔板流量計(jì)作為一種經(jīng)典流量計(jì)量器具，是由若干個獨(dú)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)范都會直接影響孔板的測量精度，因此研制一體化孔板流量計(jì)產(chǎn)品，簡化結(jié)構(gòu)，減少運(yùn)行維護(hù)量，提高性價(jià)比，是未來前景很廣闊的項(xiàng)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，與傳統(tǒng)孔板流量計(jì)相比，當(dāng)今孔板流量計(jì)發(fā)展趨勢是一體化、高精度、寬量比的新型智能流量計(jì)，擁有補(bǔ)償功能完善的流量計(jì)算機(jī)，具有強(qiáng)大的功能軟件，同時設(shè)有RS485計(jì)算機(jī)通信接口，可與DCS連接通信，對維護(hù)檢修提供了方便，這些都為孔板流量計(jì)更好地應(yīng)用提供了可靠的技術(shù)保證。

6 結(jié)束語

總之，提高孔板流量計(jì)計(jì)量精度是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，要從技術(shù)、管理、監(jiān)督等多方面著手，應(yīng)作為企業(yè)計(jì)量部門基礎(chǔ)管理工作的重點(diǎn)來抓。只有深人研究、多管齊下、措施到位，才能真正有效地提高計(jì)量精度，使企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和管理水平同時達(dá)到一個新的高度。

[1] 王術(shù)明.油田注水和天然氣單井計(jì)量儀表.計(jì)量技術(shù)，2001(12):28-30

[2] 張樹華.標(biāo)準(zhǔn)孔板流量測量現(xiàn)場實(shí)施方案及流量計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基本技術(shù)要求.計(jì)量技術(shù),2006(5):49-52

[3] 盧曉剛，高玉格，張紅兵.孔板流量計(jì)存在問題的探討.計(jì)量技術(shù),2005(8):60-62

[4] 馮欣.孔板在石化工業(yè)應(yīng)用中的常見問題.石油化工自動化,2004(3):63-67

[5] 王術(shù)明，等.單井天然氣常用流量計(jì)性能特點(diǎn)及應(yīng)用.石油知識,2009(5):30-31

[6] 王東，郭淑梅，白巖，單新宇.差壓式孔板流量計(jì)的誤差來源與控制對策.天然氣工業(yè),2004，24(10):132-135