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            孔板流量計

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            孔板流量計在油田天然氣計量上的選型與安裝及存在的問題

            作者: 來源: 發布時間:2018-07-06 11:07:50

             【摘要】文章結合孔板流量計的基本原理及主要特性,闡述孔板流量計在天然氣計量上的應用情況,總結問題,探討解決方法,為今后在設計中使用孔板流量計積累經驗。

             
            引 言
                    孔板流量計是目前世界上應用范圍zui為廣泛的流量計量儀表之一。所有單相流體都可以測量。由于應用歷史悠久,在試驗研究中積累的豐富資料和統計數據,用干標的方法即可保證流量計計量精度,這在所有流量儀表中是weiyi的。多年應用經驗及現場實流對比證明,孔板流量計工作非常穩定可靠。
             
                    孔板流量計在天然氣計量方面應用廣泛,目前全國許多油氣田、長輸管道的天然氣交接計量都采用三暢孔板流量計完成,到現在已經形成了許多應用經驗,值得總結探討。
             
            1 孔板流量計類型
                    目前廣泛使用的孔板一次裝置分為兩種,一種是簡易孔板截流裝置,一種是高級孔板閥。簡易孔板截流裝置:無孔板升降機構,必須停止介質輸送才能完成孔板檢查及更換,結構簡單,造價低。
             
                    高級孔板閥:精度比簡易孔板截流裝置高,檢查、更換孔板、維修時可以不停止生產,在線進行,由于具有孔板升降機構,能夠很快在線完成孔板檢查及更換。操作靈活方便。
             
            2 工作原理
                    流體在流動過程中,在一定條件下,流體的動能和靜壓能(壓力能)可以互相轉換,并可以利用這種關系來測量流體的流量1 。
             
                    介質流經管道中孔板所在的截面時,由于流通面積突然縮小,促使流束產生局部收縮,流速加快,靜壓力降低,因而在孔板前后出現壓力差(簡稱差壓)。可以通過測量此差壓的大小按一定的函數關系來計算出流量值。根據能量守恒定律及流體連續性原理,節流裝置的流量方程可以寫成:
             

            20180706110928.jpg

             
                    由式(1)和(2)可見,天然氣流經節流裝置(孔板)時的體積(質量)流量與產生的差壓平方根成正比。基于此原理,三暢孔板流量計通過測量孔板前后差壓,經過計算換算出天然氣的流量。
             
            3 孔板流量計的選型和安裝
            3.1 孔板流量計選型
                    我們所說的孔板流量計實際上是許多儀表組成的一個整體,其選型包括高級孔板閥、差壓變送器、壓力變送器、溫度變送器的選型。
             
                    孔板流量計的選型zui基本內容即是通過計算獲得孔板片標準開口尺寸 d 20 和孔板片前后差壓值。目前我們采用符合 GB/T21446-2008 標準
             
            2 的計算軟件,其計算步驟簡述如下:
            1)輔助計算:
                    首先設計人員根據管道介質流量確定d20 ,即 20℃條件下檢測的測量管直徑(孔板閥孔徑)。需要注意的是在滿足計量能力的條件下,應選擇內徑較小的測量管,提高差壓和孔徑比。計算天然氣真實相對密度、密度、壓縮因子和超壓縮系數。
                    計算天然氣等熵指數、動力粘度。
                    計算管徑雷諾數。
             
            2)計算順序:
                    計算 近似值
                    將β近似值帶入工時zui終求出β值(孔徑比)和 d值(開孔直徑),進而求出 d 20 ,即孔板在 20℃條件下
            測量出的孔徑值。
             
                    需要注意的是,由于單片孔板量程比只能達到 1:3,zui多不超過 1:4,因此對于流量范圍較大的工況,可將流量值分作 2 ~ 3 段,分別計算出口徑從大到小的 2 ~ 3 片孔板。
             
                    結合孔板閥孔徑、孔板開孔直徑和介質工藝條件,就可以計算出QQ截圖20180706115509.jpg
             
                    計算完畢后,結合工藝介質條件即可選擇適合設計工況的高級孔板閥和孔板片,并可確定差壓檢測范圍,再根據工況確定壓力、溫度補償儀表的測量范圍,孔板閥的選型就完成了。
             
            3.2 孔板流量計的安裝
                    孔板流量計的安裝調校,必須嚴格按照相關國家標準 GB/T21446-2008 進行。
             
            1)直管段的要求
                    速度式流量計都有前后直管段的安裝要求,用以起到被測流體穩流的作用,三暢孔板流量計的直管段由其前端安裝的阻流件形式和直徑比 確定,在阻流件和值確定的情況下,可以通過查詢 GB/T21446-2008 來確定直管段長度,GB/T21446-2008 規定了各種阻流件要求的zui短直管段長度,但在孔板上游安裝整流器的情況下,可以縮短直管段的長度,因此該標準也推薦采用整流器。
             
                    根據規范的要求,目前我們的設計中均在孔板上游設置了流動調整器,按照規范規定,在孔板上游13D(孔板閥內徑)處安裝整流器,再保證 30D 的前直管段的情況下,可以滿足任何上游阻流件下的安裝,目前這樣的直管段配置已經在設計中普遍采用,相對而言,后直管段的確定則比較簡單,僅僅由直徑比 確定,直管段安裝如圖 1 所示。
            孔板流量計安裝圖
                    值得注意的是,由于安裝在孔板上游和阻流件之間的直管段由兩種管段組成,一截是孔板配套提供,一截是工程上提供,兩種管段可能存在內徑不完全一樣的情況,這樣會形成一個凸臺,根據經驗,10D 之外臺階 h 不超過 2%的圓度要求即可。
             
                    管段必須是直的,當與管道直線的偏移不超過其長度的 0.4%時,即認為管道是直的。通常只需目測檢驗,上下游直管段對接引起的管道直線的偏差也應不超過其長度的 0.4%。
             
            2)孔板安裝要求
                    孔板應與節流裝置中的直管段對中。實驗表明,孔板偏心引起的計量誤差一般在 2%以內,孔徑比 值愈高,偏心率影響愈大,應不用值高的孔板。不能使孔板發生彎曲或變形,否則將導致流量測量誤差較大。在法蘭取壓的孔板上進行測試,孔板彎曲產生的zui大誤差約為 3.5%。
             
            3)變送器安裝要求
            差壓和壓力引壓管段在不影響儀表安裝操作的前提下應盡量短,這樣便于保溫和防凍,同時因具有一定斜度,使天然氣中產生的凝液不致在變送器側匯集3 。
             
            4)其他安裝要求
                    所有墊片不能用太厚的材料,zui好不超過0.5mm,墊片不能突出管壁內否則可能引起很大的測量誤差。凡是調節流量用的閥門,應裝在節流件后zui小直管段長度以外。
             
                    節流裝置在工藝管道上的安裝,必須在管道清洗吹掃后進行。
             
            4 存在問題及解決方法
            4.1 存在的問題
            1)儀表本身計量精度問題
                    盡管孔板流量計自動計量系統的發展越來越完善,但由于設備、測量儀表本身的原因和自動計量技術上的局限性,在提高計量的準確性和數據處理上,仍存在一些問題。
             
                    測量的重復性、精確度在流量計中屬于中等水平,三暢孔板流量計在流體較為干凈、直管段較長、流體處于紊流狀態(雷諾數大于 4000)時,測量精度較高。但由于氣質、計量直管段沒有達到要求,造成孔板入口銳角損傷;液體及固體污物堆積在孔板表面,使孔板表面粗糙度改變,大大增加測量誤差。
             
            2)量程比問題
                    孔板流量計測量范圍太窄,這是此種流量計應用上的zui大不足,由于儀表信號(差壓)與流量為平方關系,一般測量范圍度僅 3∶1 ~ 4∶1。
             
            3)安裝問題
                    現場安裝條件要求較高,需要較長的直管段,在工程中有時難以滿足。孔板閥與差壓、壓力檢測儀表之間引壓管線易產生泄漏、凍堵等問題。
            4)使用中產生的問題
                    孔板彎曲變形,上游端面沉積臟物,孔板入口直角邊緣破損等問題都會影響到計量精度。
             
            4.2 解決天然氣計量問題的途徑
            1)保證安裝質量,勤于維護
                    可以看到,很多安裝和維護的問題往往影響到孔板流量計測量精度,因此安裝時必須嚴格按要求施工,消除安裝誤差。在使用過程中,操作人員應做好系統的檢修、維護、保養工作,延長其使用壽命,對于實際使用中的壓力、溫度、流量等工況參數的變化,應進行及時修改以減小計量誤差。
             
            2)采用多種辦法提高量程比
                    采用寬量程差壓變送器為了提高量程比,可以考慮利用變送器寬量程的特點,運用軟件的方式實現量程的自動調整(軟維護),從而擴大量程比,提高測量的有效范圍,保證計量的準確性。
             
            采用雙差壓變送器
                    為同一臺孔板閥配套兩臺差壓變送器,根據實際差壓的變化,切換差壓信號,從而擴大量程比,提高測量的有效范圍,保證計量的準確性。
             
            采用多路計量的方式
                    針對天然氣流量檢測范圍,設計兩套及以上不同口徑的三暢孔板流量計,根據流量峰值和低谷的時間段,手動或自動切換介質流路,實現寬量程的計量。
             
            5 結束語
                    孔板流量計已經應用多年,在總結問題的基礎上得出更加科學可靠的設計、使用方法十分重要。隨著流量計算機、組份分析儀的成功應用,孔板流量計作為一種可靠、經濟和方便耐用的儀表設備仍然可以適用未來能量交接的計量場合,潛力依舊可觀。
            下一篇:孔板流量計在洛陽石化氫氣平衡計量的應用分析

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