摘要(yào):文章論述了(le)智能孔闆流(liú)量計
在天然(ran)氣測量中的(de)應用情況,分(fen)析了傳統孔(kong)闆流量計的(de)原理及在石(shí)油天然氣鑽(zuan)采工程領域(yù)應用🔞的優缺(quē)點,闡述了新(xīn)🥵型一體化智(zhi)能孔闆流量(liàng)計的特點及(jí)🔞對未來發展(zhǎn)前⭕景的展望(wàng)。
在20世紀初,
孔(kong)闆流量計
應(yīng)用于天然氣(qì)流量測量,經(jing)過一個世紀(ji)的發展,它已(yi)💁成爲全世界(jiè)最主要的天(tiān)然氣流量計(jì)[1]。近年來,盡管(guan)出現了許多(duo)新型天然氣(qì)測量流量計(ji),如,超聲流量(liang)計、氣🔞體渦輪(lún)流量計等。但(dan)由👨❤️👨于孔闆流(liu)量計測量技(jì)術曆史悠久(jiǔ)、應用💘範圍廣(guǎng)、結構簡單、使(shǐ)用壽命長及(ji)價格低等特(tè)點,且标
準型(xíng)孔闆流量計(ji)
可以無須校(xiào)準而确定信(xìn)号(差壓)與流(liu)量的關系,并(bing)估算🔞其測量(liang)誤差等特點(dian),在流量計中(zhong)是惟一的。正(zheng)是由于上述(shù)原🍓因,在今後(hou)🥰相當長一個(ge)時期内,由于(yu)種種因素的(de)制約,特别是(shi)标定不能獲(huò)得妥善解決(jué)之前,孔闆⛷️流(liú)量計仍是天(tiān)然氣計量的(de)主🆚要儀表。
1 孔(kong)闆流量計的(de)測量原理
孔(kǒng)闆流量計是(shì)根據安裝在(zài)管道中孔闆(pan)産生的差壓(ya)、已知流體♌條(tiao)件和孔闆與(yu)管道的幾何(he)尺寸來測量(liang)流量。它由孔(kong)闆、
差壓變送(song)器
和流量顯(xiǎn)示儀組成。如(ru)圖1,當流體流(liu)經設置在管(guan)道🌂中的節流(liu)件(孔闆)時,流(liú)束将在節流(liú)件處形成局(jú)部收縮。此時(shí)流速增大,靜(jìng)差壓降低,在(zài)孔闆前後産(chan)生差壓,流量(liàng)愈大,差壓愈(yu)大,因而可根(gēn)據差壓來衡(heng)量🈲流量的大(dà)小。這種測量(liàng)方法是以流(liú)動連續性方(fang)程(質量守恒(heng)定律)和伯努(nǔ)利🌂方程(能量(liàng)守💋恒定律)爲(wèi)基礎,流量爲(wei)[2]。
qm= C(1-β 4)- 1/2επ/[4d2(2Δpρ1)1/2],
式中,qm爲質量(liang)流量,kg/s;C爲流出(chu)系數m3/s;ε爲可膨(péng)脹形系數;β爲(wèi)直徑比💰,β= d/ D; d爲工(gōng)🥰作條件下節(jiē)流件孔徑,m;D爲(wei)工作條件下(xià)上遊管道内(nei)徑,m;Δp爲差壓,Pa,Δp= p1- p2;ρ1爲(wei)上遊流體密(mì)度,kg/m3。
2 新型(xíng)孔闆流量計(jì)的特點
由孔(kǒng)闆流量計的(de)測量原理可(kě)知,流量與差(cha)壓爲平方根(gēn)關💋系,如🙇🏻果壓(yā)差降低到原(yuán)差壓的1/9,則流(liú)量将減小到(dao)原流🌂量的1/3,這(zhe)樣,對于✂️一個(ge)差壓上限固(gu)定的差壓變(biàn)送器來說,其(qi)測量精度是(shì)🔅下降了,這就(jiu)是傳統🐪孔闆(pan)流量㊙️計的量(liàng)程比最大爲(wèi)👣4∶1的原因。在石(shi)油天然😍氣鑽(zuàn)采工程領域(yù),天然氣的流(liu)量,物性參數(shù)等會随年份(fen)不同,工況條(tiao)件不同有很(hěn)大差異,采用(yòng)傳統孔闆流(liu)量計測量存(cun)在測量範圍(wei)窄,測量精度(dù)低,需在工況(kuàng)變化時,更換(huàn)不同的孔闆(pan)元件等缺點(dian)。近年來,随着(zhe)微電子技術(shù),計算機技術(shu),新材料,新工(gōng)藝🔞的迅速發(fa)展,差壓變送(sòng)✔️器和流🏃♂️量計(jì)已大大提高(gao)其性能及可(kě)靠性,儀表廠(chǎng)家相繼開發(fa)了一些寬幅(fú)
一體化智能(néng)孔闆流量計(ji)
,對原有的孔(kong)闆流量計做(zuo)了很大改進(jin)。
a) 流量測量範(fan)圍擴展方式(shì)改進 在石油(you)天然氣測量(liàng)中,對流量變(bian)化大的場合(he),傳統做法是(shi)同時配備多(duo)塊β值⛱️不同的(de)孔闆或🛀🏻并列(lie)🔴幾台流量計(ji)。新型智能孔(kong)闆流量計,如(ru),日本SONIC公司開(kai)發的孔闆流(liú)㊙️量計,其流量(liàng)比的範圍♈可(kě)在流量計算(suan)機上🈚進行選(xuǎn)擇。流量計算(suàn)機上除設有(yǒu)正常流量比(bi)外,還設有2個(gè)擴展功能(如(rú)圖2),一是爲了(le)計量小流量(liàng),可将計量範(fan)圍擴大到最(zui)大可測流量(liàng)的1/40,這種功能(néng)是在流量計(jì)算機上采用(yong)擴展差壓分(fen)解功能⭐系統(tǒng),不用更換孔(kong)闆和差壓變(biàn)送器就可完(wán)成;另一個擴(kuò)展功🐅能就是(shi)大流量側計(ji)量範圍的擴(kuo)張,這是将差(chà)💁壓擴大,從而(er)使大流量側(ce)的計量範圍(wei)🍉加以擴大的(de)一種系統。另(lìng)外還有超寬(kuān)🈲幅範圍方式(shi),量程比最大(da)可達1∶180,采用2台(tai)差壓變送器(qi)✌️,各自負擔着(zhe)小流量範圍(wei)和大流量範(fàn)圍的測量,各(gè)自獨立發信(xin)号,流量計算(suan)機則把這些(xie)信号分成不(bu)🌂同領域進行(hang)變換選💋擇,并(bìng)在各領域進(jìn)行演算,從而(er)使超寬幅範(fan)🈲圍在測量上(shang)也能保證較(jiào)高🚶的精度。雖(sui)然多投入了(le)1台差壓變送(sòng)器,但是與并(bìng)列2台流量計(jì)的設備費用(yòng)相比,既提高(gao)了經濟效⭕益(yi),又節省了來(lai)回切換的麻(ma)煩;與采用多(duō)塊孔闆的方(fāng)法相比,避免(miǎn)🥵了孔闆更換(huan),降低了生産(chǎn)操作難度💔。
b) 孔(kǒng)闆元件與二(èr)次儀表(差壓(yā)變送器及流(liu)量積算儀)一(yī)🧡體化 傳統孔(kǒng)闆流量計在(zai)應用中,孔闆(pǎn)與二次儀表(biao)分開,把差壓(ya)信号送到中(zhong)控進行流量(liàng)計算,在流量(liang)變化㊙️較大的(de)場合,還需配(pei)備💔多塊孔闆(pǎn),一體化流量(liang)計完全解決(jué)了這一不便(biàn),使孔闆和二(er)次儀表成爲(wèi)一體,省去了(le)引壓管線,減(jian)少了故障率(lǜ),改善了動态(tai)特性,方便了(le)安裝使用[2],且(qiě)體積小,節約(yue)成本,無需😄現(xiàn)場更換孔闆(pǎn),隻需設定量(liang)程比即🔞可,操(cao)作方便,受到(dào)用戶的歡迎(ying)。
c) 自動溫壓補(bǔ)償功能 孔闆(pǎn)流量計的總(zǒng)精度爲± 0.8%～ 5.0%[3],對孔(kǒng)闆流量計來(lai)說,密度是影(ying)響流量計特(te)性的最主要(yao)參數,而密度(dù)又是溫度、壓(yā)力的函數,現(xiàn)場壓力溫度(dù)波動是😍不可(ke)避免的,由此(ci)引起的物性(xìng)參數的變動(dong)是使用時産(chan)生附加誤差(chà)的主要原因(yīn)之一,在高精(jing)度測量時應(yīng)特别注意。由(yóu)于天然氣是(shi)可壓縮流體(ti)🌂,受溫度、壓力(li)的影響較大(dà),爲了保證精(jīng)确度,常常采(cai)用溫壓補償(cháng)。新型⛹🏻♀️孔闆流(liu)量計可将壓(yā)力和溫度信(xìn)号直接送入(rù)現場流😘量計(ji)算機,對流量(liàng)進行壓力和(hé)溫度變化時(shí)的自動補償(cháng)運算,并将精(jīng)确的流量值(zhi)🏃送到中控。但(dan)須注意的是(shì),零誤差的儀(yí)表是沒有的(de),若補償方法(fa)☁️不當,有累積(jī)這😍些儀表誤(wu)差的可能,增(zēng)加了故障因(yīn)素,所以,進行(háng)補償時須慎(shen)重考慮。另外(wài)☀️,在某些場合(he),當流體組分(fèn)發生變化時(shí),就不能采用(yòng)壓力、溫度補(bǔ)償,而應采用(yòng)密度補償[2]。
3 發(fa)展前景
随着(zhe)科學技術的(de)不斷發展,與(yǔ)傳統孔闆流(liú)量計相比,當(dāng)❓今智能孔闆(pan)流量計發展(zhan)趨勢是一體(tǐ)化、高精度、寬(kuan)量比的新🍉型(xíng)流量計,并擁(yōng)有補償功能(néng)完善的流量(liang)計算機,具🎯有(yǒu)強大的功能(neng)📐軟件,同時設(she)有RS485标準計算(suàn)機通信接口(kǒu),可與DCS連接通(tōng)🌈信,對維護檢(jiǎn)修提供㊙️了方(fāng)便,在工業生(shēng)産過程中方(fang)便實用。同時(shi),由于新🏒穎的(de)差壓變送器(qi)可同時測量(liàng)差壓、靜壓和(he)溫度,并經計(ji)算單元作氣(qi)體壓力、溫度(du)修正🧑🏾🤝🧑🏼或測氣(qì)體質量流量(liàng),減少了獨立(lì)的傳感器數(shù)量,簡化管線(xian)工程,降低安(an)裝費⭐用;減少(shǎo)管線開孔,降(jiang)低潛在洩露(lu)點❌[4],提高整體(tǐ)可靠性,這些(xie)都爲智能孔(kǒng)闆流量計更(gèng)好地應📧用提(ti)供了可靠的(de)技術保證。
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