鄭 超趙 漾羅 洋鄭 榕薛小紅杜 浪楊 鑒蔣佩忱

（1.中國石油西南油氣田公司川西北氣礦，四川 江油 621709；2.四川頁巖氣勘探開發(fā)有限責任公司，四川 成都 610051；3.中國石油西南油氣田公司技術咨詢中心，四川 成都 610051）

0 引言

天然氣作為清潔能源，其需求量隨著社會的發(fā)展逐年增大，與之相應的是對天然氣計量的準確度要求精益求精。目前，天然氣計量廣泛使用標準孔板流量計。其原理是以流體進入孔板前、后所形成的壓差為基礎，通過理想流態(tài)下的經驗公式結合數學模型進行計算，得出具體數值［1-3］。實際使用過程中管內流態(tài)是否能滿足相應要求是計量準確度的關鍵［4-5］。通過前人研究表明，影響流量計準確度的因素較多，特別是氣體流態(tài)對計量準確度的影響。如孫萬章［6］認為影響孔板流量計測量精度的根本因素是節(jié)流裝置的幾何形態(tài)和流動狀態(tài)是否偏離設計標準；楊晶華［7］認為流體流態(tài)與孔板前積水是引起計量誤差的主要原因；王川紅［8］認為計量管段粗糙度的增加會增加系統(tǒng)誤差?，F階段我國所使用的整流器為固定式結構，但其存在較多缺陷［9-14］，因此提出一種可在線維護的體積流量計整流器的設計思路，其使用、維護方便，無需繁瑣的工藝流程，使操作人員的勞動強度及作業(yè)風險得以降低，工作效率提高的同時還可節(jié)約生產成本。目前，該設計已申報國家發(fā)明專利并獲得授權（專利號：ZL 2018 10599861.4）。

1 固定式整流器缺陷分析

整流器為氣體平整裝置，安裝于標準孔板流量計的前端，其作用是將天然氣的流態(tài)從紊流變?yōu)槠搅鳎瑥亩购蠖藰藴士装辶髁坑嫷挠嬃扛訙蚀_［15-18］。目前所使用的整流器均為固定式結構［19-20］（圖1）。

圖1 固定式整流器實物圖

整流器在工作過程中，由于氣流所攜帶的雜質會使管內堆積污垢，引起管束內部堵塞或半堵塞，易形成紊流，使整流效果變差［21］。通過對現有固定式整流器結構及使用效果分析，主要存在以下不足：①維護、清洗時必須要實施關井、放空、置換等一系列流程倒換及停產斷氣等操作，工作程序繁瑣，不但影響氣井的正常生產，還影響對下游天然氣用戶的正常供氣；②整流器作為計量裝置的一部分，與計量準確度密切相關，若長時間不清洗，會降低整流效果，使紊流加重，影響計量的準確性，對企業(yè)經濟效益造成直接影響；③若在拆卸、更換的過程中遇到有毒或高壓氣流，可能會對操作人員的人身安全造成威脅。

2 新型整流器設計思路與特點

2.1 工作原理

設計改進以分體式閥腔為基礎，通過滑板閥的阻隔將其分為上、下兩個閥腔，并在工作中利用齒輪軸逐層傳遞的方式將整流管（板）從下閥腔移至上閥腔。通過放空閥平衡上閥腔與外界壓力，安全取出整流管（板）。在對其清洗、維護后用相同方式將其安裝歸位。

2.2 結構設計

根據國家標準（GB／T 21446-2008）規(guī)定，標準孔板流量計整流器分為兩種：一種為管束式，即整流管；另一種為孔板式，即整流板。兩者均為固定式安裝模式。新型整流器在固定式整流器結構的基礎上，以國家標準為依據，利用閥腔阻隔結構，結合齒輪傳動原理進行設計，使其滿足對管束式及孔板式的使用需求（圖2）。

裝置整體為上、下雙閥腔式，外部通過閥體固定螺絲使其相連，閥腔內部通過滑閥的移動上、下阻隔。整流管（板）安放于下閥腔下部，兩端與輸氣管道相接，內部可使氣流平穩(wěn)流通。整流管（板）兩端外側設有齒輪槽，下閥腔底部為排污槽，排污槽順氣流方向的一側安裝有排污閥。下閥腔上部兩端安裝有齒輪軸，其轉動時可帶動整流管（板）上下移動。上閥腔底部為滑閥，中部兩端設計有與下閥腔相同的齒輪軸，其作用是接替下閥腔齒輪對整流管（板）的作用，上閥腔頂部設計有壓板、頂板以及頂絲，作用為密封及固定整流器頂部。腔體兩側安裝有輔助設計，如下閥腔與上閥腔連接處設有平衡閥及注脂口，上閥腔頂部側面設置有放空閥。

圖2 可在線維護標準孔板流量計整流器設計圖

2.3 使用方法

裝置工作前，首先對密封性進行檢查，保證其處于安全工作狀態(tài)。工作時主要包括整流管（板）平穩(wěn)提升、整流管（板）安全取出以及整流管（板）安裝歸位三個部分。整流管（板）平穩(wěn)提升：打開平衡閥，使上閥腔與下閥腔連通，從而平衡上閥腔與下閥腔內的壓力。其次，打開滑板閥，驅動下閥腔齒輪軸，將整流管（板）從下閥腔移至上閥腔，接著關閉滑板閥，關閉平衡閥。整流管（板）安全取出：打開放空閥，上閥體通過放空通孔與外界大氣連通，使上閥腔與外界的壓力平衡。打開頂絲，取出頂板、壓板。驅動上閥腔齒輪軸，將整流管（板）從上閥腔取出。整流管（板）安裝歸位：將整流管（板）放入上閥腔，驅動上閥腔齒輪軸，將整流管（板）下放上閥腔底部為止。蓋好壓板、頂板，安裝頂絲，關閉放空閥。打開平衡閥，使上閥腔與下閥腔內的壓力平衡。打開滑板閥，驅動下閥腔齒輪軸，將整流管（板）從上閥腔移至下閥腔。關閉滑板閥，關閉平衡閥。打開放空閥，將上閥腔氣體放空，確保上閥腔內部壓力平穩(wěn)，最后關閉放空閥。

2.4 性能特點

設計發(fā)明的新型整流器的優(yōu)勢主要在于提取、安裝整流管的過程中無需截斷流體或置換流體管路，實現在線維護整流器。此外，設計驅動裝置使整流管在上下閥腔內穿梭時，可實現整流管兩端同步升降，使整流器安裝與拆卸快捷、簡便。整個維護過程可避免高壓流體給現場操作人員帶來傷害，同時也解決了清洗、更換整流器時需要停產的問題。

通過上閥腔齒輪軸、滑板閥、下閥腔齒輪軸的配合就可移動管腔內的整流管（板），取出與安裝歸位的整個過程簡單、平穩(wěn)、快捷，實現了在線維護整流器，減少天然氣或有毒有害氣體與操作人員的接觸，消除了潛在的危險。

3 新型整流器與固定式整流器實用性對比

新型整流器較傳統(tǒng)固定式整流器在清洗時間、清洗方式、作業(yè)方式、計量準確度影響以及操作的安全性方面具有更好的效果，提高工作效率的同時，對作業(yè)期間的安全性也有了明顯保障（表1）。同時，根據相關管理規(guī)定，計量設備需在半年內清洗、維護，但受實際生產條件的限制，難以達到管理規(guī)定要求，新型整流器設計的提出，可有效解決無法按期清洗維護的問題。

4 經濟效益分析

固定式整流器從停產斷氣開始完成一套清洗流程一般需要約4 h，根據要求每半年需清洗一次。清洗過程中無法持續(xù)生產，會影響天然氣銷售量以及用戶用氣。以單井日產量為30×104m3計算，天然氣出廠價按1.548元／m3（含稅及管輸費）計算，清洗一次影響天然氣銷售量約為5×104m3，損失銷售額達7.74萬元，全年合計則為15.48萬元。若按照油氣田全年生產天然氣量為300×108m3計算，由于清洗影響全年天然氣銷售量達2 700×104m3，損失銷售額約為4 000萬元。

表1 新型整流器與固定式整流器優(yōu)缺點對比表

對于低壓低產積液氣井，年度產氣量約為5×108m3，一旦氣井關井將有可能不能復產，需要氣舉增壓機等措施輔助復產，預計年度因實施復產措施而減產的天然氣產量約為500×104m3，損失的價值約為770萬元。若采用新型整流器，預計可有效解決上述兩項問題，減少企業(yè)經濟效益損失。

5 結論

1）通過查閱整流器相關資料，發(fā)現并總結了目前國內現有固定式整流器的缺點與不足。

2）經過對現有固定式整流器設計的優(yōu)化，原創(chuàng)性地設計了一種可在線維護的體積流量計整流器?？朔藗鹘y(tǒng)整流器拆裝工藝繁瑣、作業(yè)風險高等不足，在實現可在線清洗、維護的同時提高了現場作業(yè)的安全性。

3）目前，設計的新型整流器已獲得國家發(fā)明專利授權。雖然所設計的裝置暫未在氣田現場進行實際應用，但目前已通過國家石油天然氣大流量計量站成都分站的檢測，表明該設計符合國家規(guī)定的使用標準，后期將會結合現場實際應用效果進一步優(yōu)化。