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海洋石油平台上常用流量计的选型及使用

时间:2017/12/07来源:未知

 摘要:简要先容海洋油气田上常用的8种类型流量计的工作原理和优缺点。针对各类流量计的特点,在选型时须从流体特性、仪表性能、安装条件、环境条件、经济因素等多方面综合考虑,选择***适宜的流量计。结合流量计在海上平台中的实际应用,论述了在选型和使用时应注意的问题。

海洋石油平台上常用流量计的选型及使用
0、引言:
  海洋石油作业是“三高”作业,即高风险、高投资、高科技,在有限的空问内往往布置着大量的油气生产工艺设施,而且平台与陆地有一定的距离,一旦发生事故,轻者维修不方便,影响油气生产,重者引起火灾甚至平台的爆炸事故。由于平台自身的救助能力有限,岸基应急救援力量又不能及时到达,从而酿成重大的恶性伤亡事故,平台人员和平台自身可能会遭受灭顶之灾。国内外许多海洋石油平台的事例可以证明这一点。    流量计是石油工业中***基本的计量器具,在海洋石油的生产中发挥着重要作用。,通过对流量的准确计量,可以及时控制和调节许多生产参数,如发电机的进气流量、井口油嘴的尺寸、注水流量的调节等;第二,通过对流量计的正确选型,可以***大限度地减少流量计的故障率,尽可能地提高计量精度和延长标定周期;第三,通过正确选择流量计的防爆等级和防护等级。增加在危险区内使用流量计的安全性。因而流量计的正确选型不仅对海洋石油平台具有重要意义,而且有比较明显的经济和社会效益。

1、海洋平台上常用流量计:
  单位时间内,流体流过管道或设备某处横截面的量称为流量。流量测量是一项极其复杂的工作,流体对象有各种液体、气体和多相流体。测量条件差别很大,进行流量测量时的流体温度范围可自高温至低温乃至极低温;压力范围可自超高压至低压;流量范围可自大流量至微小流量;豁度范围可自低勃度至高勃度;流态范围有层流、紊流、脉动流和各种多相流流型。因此,在具体进行测量时应根据测量对象和各种测量条件,采用相应的流量测量方法。
   测量流体流量的仪表统称为流量计。流量测量方法和仪表的种类繁多,其测量原理结构特性、适用范围及使用方法各不相同。至今为止,可供工业用的流量仪表种类达60多种。品种如此之多的原因就在于至今还没找到一种对任何流体、任何量程、任何流动状态以及任何使用条件都适用的流量仪表。
   流量计的分类方式有多种,根据测量原理大体可分为差压式流量计、容积式流量计、速度式流量计、质量流量计等。本文简要的对海上平台常用的差压式流量计、容积式流量计、浮子流量计、涡轮流量计、电磁流量计、涡街流量计、超声波流量计、质量流量计等分别阐述其原理和特点。

1.1、差压式流量计:
   差压式流量计(pressure dif'erent flow meter)是应用流体流经节流装置产生的静压差来测量流量的一种流量计。
   差压式流量计中应用***多的孔板式流量计,其优点是结构简单牢固,性能稳定可靠,使用寿命长,应用范围广泛。差压式流量计缺点为:测量精度普遍偏低;测量范围窄,一般仅3:14:1;现场安装条件要求高(上下游需有足够长的直管段长度等);压力损失大(指孔板、喷嘴等)。

1.2、容积式流量计:
   容积式流量计(positive displacement flow meter)又称定排量流量计,简称PD流量计,在流量仪表中是精度***高的一类。容积式流量计的原理是利用机械测量元件把流体连续不断地分割成单个已知的体积部分,根据测量室内重复地充满和排放流体的次数来测量流体体积总量。
   容积式流量计优点为:测量准确度高;测量准确度与流体种类、私度、密度等物理量无关,也不受流动状态影响;量程比宽,可达10:1以上;直读式仪表无需外部能源可直接获得累计总量,清晰明了,操作简便。容积式流量计缺点为:结构复杂,体积庞大;被测介质种类、口径、工作状态局限性较大;不适用于高、低温场合;对被测介质的清洁度要求严格,大部分仪表只适用于洁净单相流体;易产生噪声及振动。
海洋石油平台上常用流量计的选型及使用
1.3、浮子流量计:
   浮子流量计(variable area flow meter)又称转子流量计,是变面积式流量计的一种。在一根由下向上扩大的垂直锥型管中,圆形横截面的浮子的重力是由液体动力承受的,使浮子在锥型管内自由地_仁升和下降。    浮子流量计的特点是:灵敏度高、结构简单、直观、使用方便、测量范围大、价格低廉等;压力损失较低。

1.4、涡轮流量计:
   涡轮流量计(turbine flow meter)是速度式流量计中的主要种类,它采用多叶片的转子(涡轮)感受流体平均流速,从而推导出流量或总量。
   涡轮流量计优点为:高精度;重复性好;无零点漂移,抗干扰能力好;范围度宽;结构紧凑。涡轮流量计缺点为:不能长期保持校准特性;流体物性对流量测量有较大影响。

1.5、电磁流量计:
   电磁流量计(electro magnetic flow meter)是根据法拉第电磁感应定律制成的一种测量导电性液体的仪表。它是利用导电体在磁场中流动产生的感应电动势,推算并显示流量。    电磁流量计优点为:测量通道是段光滑直管,不会阻塞,适用于测量含固体颗粒的液固二相流体;不产生因流量检测造成的压力损失,节能效果好;所测得体积流量实际上不受流体密度、勃度、温度、压力和电导率变化的明显影响;流量范围大,口径范围广;可应用于腐蚀性流体。
   电磁流量计缺点为:不能侧量电导率很低的液体,如石油制品;不能测量气体、蒸汽和含有较大气泡的液体;不能用于较高温度;成本较高。

1.6、涡街流量计:
   涡街流量计(vortex flow meter)是在流体中安顿一个非流线型漩涡发生体,流体在发生体两侧会周期性交替向下游分离释放流体旋涡,并在下游形成两串规则地交错排列的漩涡队列(卡门涡街)的仪表。
   涡街流量计优点为:结构简单牢固:适用流体种类多:精度较高:范围帘:压力损失小。涡街流量计缺点为:不适用于低雷诺数测量;需较长直管段;仪表系数较低(与涡轮流量计相比);仪表在脉动流、多相流中尚缺乏应用经验。

1.7、超声波流量计:
   超声波流量计(ultrasonic flow meter)是通过检测流体流动对超声束(或超声脉冲)的作用来测量流量的仪表。
   超声波流量计优点为:是非接触式测量;为无流动阻挠测量,无压力损失;可测量非导电性液体,是对无阻挠测量的电磁流量计是一种补充。超声波流量计缺点为:传播时间法只能用于清洁单相液体和气体,而多普勒法只能用于测量含有一定量悬浮颗粒和气泡的液体;多普勒法测量精度不高。

1.8、Coriolis质量流量计:
   科里奥利质量流量计是利用流体在振动管中流动时产生的与质量流量成正比的科里奥利力原理制成的一种直接式质量流量仪表。这种流量计可以测量单相流体,也可用以测量气液两相流和液固两相流体的流量,但在测气体流量时误差较大。
海洋石油平台上常用流量计的选型及使用
2、流量计的选型:
   各类流量有各自的特点,选型的目的就是在众多品种中扬长避短,选择***适宜的仪表。要正确地选择流量测量方法和仪表,必须熟悉仪表和被测对象这两方面的情况。
   首先要明确使用流量计的目的,即要知道测的是体积流量,还是质量流量;要测瞬时流量,还是累积流量。如液压行业更关心体积流量和瞬时流量;物料平衡、交易中需要质量流量和累积流量。而流量计由于结构、原理上的差异往往只适用于一种流量的测量,或者是测量某一种流量***为。测量其他的流量则需要增加转换设备或精度下降。像容积式流量计、涡轮流量计等靠计数或脉冲数来获取累积流量值的仪表,适合计量总量。如果要用其计量瞬时流量,则要加计时装置和相应的计算电路才能转换为瞬时值。在转换过程中因有效数位等因素必将降低其精度。而超声流量计、电磁流量计原理上是靠测流速来换算出流量,更适合计量瞬时流量。
   明确流量测量的目的后,按照流体特点及应用范围初选流量测量方法和仪表,剔除显然不合适的方法与仪表,再对余下几种方案作深入分析和比较。分析主要按以下五个方面进行,即流量特性方面,仪表特性方面,安装特性方面,环境特性方面和经济因素方面,具体考虑因素如表1所示。
表1流量计选型考虑因素

表1流量计选型考虑因素

2.1、被测流体特性方面:
   正是因为流体状态和性质的多样性,才有了适用于不同状态、不同性质流体的测量仪表。必须清楚流体是气态,还是液态;是单相流,还是多相流;流体流量范围大致是多少;流体中是否含有固体杂质,浓度是多少;流体流过的是密闭管道,还是明渠或开口槽:还有流体的粘度、密度、雷诺数、导电性、腐蚀性等。以上因素中的某个或某几个都会或多或少地影响到流量测量,必须充分考虑。
    结合海洋石油平台上的使用实际经验,流量计选型的一个原则就是“适用原则”。对测量范围宽的使用工况(即量程比宽)和对持续时间短的流量工况,以牺牲一些测量精度的方式选择流量计。

2.2、仪表性能方面:
   仪表性能主要体现在度、重复性和线性度三个方面。其中度并不是越高越好,因为高精度的流量计往往价格和复杂程度也很高。一般来说,容积式流量计、电磁式流量计、超声式流量计、涡轮式流量计和科氏质量流量计的精度都很高。误差能达到0.5%R(测量值的百分率用%R表示,与之相对的%FS,为测量上限或量程的百分率。前者的度更具说服力)或更高,有的容积式流量计甚至可以达到0.05 %。而插入式流量计一般精度比较低。其他的都比较适中。可以在精度不是很高的条件下选用。
    重复性是指环境条件和介质参量等因素不变的情况下。对某量值在短时间内同方向进行多次测量的一致性。其常常受流体粘度、密度等参量变化的影响。例如浮子流量计容易受流体密度影响;涡轮式流量计在测量时由于粘度的变化需要重新调校和修正。此外,流量计输出有线性和非线性平方根两种。非线性误差对于脉冲输出、流量范围又很大的总量型流量计的影响很大,而且非线性会影响到仪表的重复性。但现在通过信号适配技术已经基本上可以修正非线性。
    在众多的流量仪表中。容积式流量计、涡轮流量计和科氏质量流量计被认为是重复性、精度***佳的产品。可以用在性能要求较高的场合,但价格也较昂贵。

2.3、安装条件方面:
   安装条件往往取决于现场空间、方位的要求。容积式、浮子式和涡轮式等流量计常常要求传感器的安装方向和流动方向分别是水平、垂直和水平,且对流体有过滤精度的要求,有时需加过滤装置;容积式、浮子式和科氏质量流量计以外的大部分流量计由于受流速畸变等因素影响,需要在上游或下游加一定长度的直管,以消除干扰。当受空间限制时.也有加流动调整器的。除涡轮式、电磁式、超声式和部分差压式流量计外。大多数流量计不能测双向流。因此,很多流量计不能或者不适合安装在某些指定的空间和方位上。

2.4、环境因素方面:
   在仪表使用时,影响它的周围环境因素主要是温度.其次是电磁干扰。容积式流量计是用定容积容腔来衡量流量的。构成容腔的机械部件的材料一般是用钢材制成,它在低温下变脆、高温时膨胀,使其低温下的压力承受受到限制,而高温时容腔体积的变化又导致精度下降。可见其受温度影响是很大的。此外。热式流量计受温度影响也较大,而科氏质量流量计、电磁式流量计和流体振动式流量计受温度的影响很小,其余则比较适中。
   电磁干扰主要是由周围环境中的电力、电气设备开关引起的。超声式流量计、流体振动式流量计和科氏流量计会受到一定的影响,其余的流量计受到的影响不会太大。

2.5、经济性方面:
   流量计的费用主要是购置仪器的费用,运行维护费用也应当加以考虑。一般来讲,容积式流量计中的转子由于机械活动部件较多,加工精度高,材料要求也高.从而购买价格昂贵。此外.超声式流量计、科氏质量流量计、电磁式的价格也都比较高。运行和维护的费用主要体现在容积式、涡轮式等流量计需要加诸如过滤器等附件上。要求经常调校的流量计的流量校验和调节的费用有时也需要考虑。
   实际上,选用流量计只靠以上几点还是不够的,还要详细地阅读产品样本,关注其技术的革新,并参考其他项目的经验。在综合这些因素后,选出的流量计的性价比将是令人满意的。

3、流量计的使用:
   选出一款合适的流量计只是步.只有正确的使用和维护才能充分发挥流量计的潜力,可靠、长久、准确地进行测量工作。
   首先,必须正确地安装流量计。提到流量计常有严格的安装要求,如加设过滤装置或流体调整器。或设置上游和下游一定长度的直管。所以必须严格按照具体流量计说明书的要求进行安装。
   其次.定期检定和校准是保证流量计长期准确工作的保证。因为随着流体性质和状态的变化,流量计的重复性将受到影响,所以必须进行定期的检定和调校。
   再次.应该定期地检修和清洗.对易损件要定期地检查并更换。注意清洗流量计内的污垢,这些对于保护流量计不受损坏和保证流量计的精度是有益的。

4、结语:
   流量计的选型过程是不断综合比较的过程,既要了解使用条件又要熟悉流量计的性能参数,一般而言,要注意以下几点:  
   (1)以计量总量为目的时,应优先选用输出信号为频率量或脉冲量、线性输出特性的流量计,使用的范围在流量计满量程的400/u}80%。对于要求较高的现场,应将流量计及其前后直管段一起在计量设备上标定。
   (2)在考虑流量计精度时,应注意厂家提供的数据是在出厂标定条件下测定的。而在使用时,由于流体介质温度、压力、安装情况、管段情况等不同于出厂标定情况,精度会受到影响。
   (3)在选择流量计的同时,还应注意选择流量计所需的辅助器件,如过滤器、单向阀等。以保证流量计正常、可靠地工作。
   (4)海洋石油平台危险隐患多,井口及生产工艺设备周围常有大量可燃气体存在,因此特别要选用能满足防爆等级和防护等级要求的流量计,以减少可能造成的事故。
   (5)平台业主和设计部门要经常沟通情况,以便在设计新平台时选用性能价格比高的流量计。

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