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气体超声波流量计在撬装计量分离器中的应用

时间:2018/07/16来源:未知

摘 要: 为解决海洋石油平台撬装式三相计量分离器天然气的准确计量及解决撬装设备空间尺寸有限等问题,在实际应用中采用气体超声波流量计代替传统采用高级孔板阀计量天然气的方案,通过对仪表主要性能指标、现场安装条件、后期运行经济性能进行比较分析,提出了气体超声波流量计在撬装三相计量分离器中的应用优势及在具体应用中应注意的问题。

  随着我国对南海深海油气勘探开发的逐步深入,南海已成为我国深海油气勘探开发潜力最大的海域之一,它将为我国东南沿海地区和海南的能源配套产业及石化产业带来巨大发展机遇,
是解决国家能源需求的重大领域之一。 海洋石油平台用撬装三相计量分离器采用高级孔板阀作为天然气的主要计量方案已由于其自身结构的限制而显示出其局限性,而气体超声波流量计作为一种新型速度式流量计,由于其优越性能,在天然气计量领域表现出了较明显的优势,它改善了传统高级孔板阀对安装要求高、测量干扰因素多、直管段占用空间大、操作维护工作量大等缺点,优化了撬装设备整体管路设计。

1、主要性能参数对比:
  对仪表本身的技术性能参数进行对比,见表 1。
表1 高级孔板阀与气体超声波流量计性能比较

表1 高级孔板阀与气体超声波流量计性能比较

1.1、量程比对比:
  高级孔板阀是通过节流件来完成测量的,所以其量程比通常只有 1:3,随着海洋油气田的开发,当油气田单井产量或分离器计量油井数发生变化时,流量范围通常变化较大,需要更换节流件,虽然高级孔板阀可进行在线对节流件进行更换,但同时也增加了现场操作人员的工作量,并需要现场操作人员掌握更换方法,在人员安全方面带来隐患,并在采办时按预期产量变化准备好相应备件,而气体超声波流量计量程比较大,在选型时可充分考虑各年份油气井产量变化情况。

1.2、压损对比:
  由于高级孔板阀的结构有阻流件,所以,压损较大,能耗较大,而气体超声波流量计则没有压损,口径越大,其节约能耗的优势会更明显。
 
1.3、脉动流影响:
  高级孔板阀不适合用于脉动流测量,因为高级孔板阀是靠孔板前后的差压信号来实现流量测量的,差压信号与流量为非线性关系(平方关系),引压管线会使得信号迟滞及畸变,节流件也会对脉动波产生阻碍形成波的反射,而气体超声波流量计可以测量脉动流的强度并消除其干扰。

1.4、湿气体影响:
  高级孔板阀不适合测量湿气体,若被测液体为湿气体,那么在孔板流量计的前端容易积液,使得差压发生变化。 气体超声波流量计具有自检测功能,如果测量气体为湿气体,对超声波流量计产生影响时,仪表自身可以进行修正。

2、现场安装条件对比:
  通过两种仪表对现场安装条件的要求进行对比,见表 2。
表 2 高级孔板阀与气体超声波流量计安装条件比较

表 2 高级孔板阀与气体超声波流量计安装条件比较

  同陆地油田开发相比,海洋石油平台开发的装备制造费用和施工作业成本巨大,海洋石油开采平台寸钢寸金,因此,对撬装设备的尺寸也限制较大,而高级孔板阀测量对直管段要求较高,在有限的撬块尺寸内,给配管专业设计带来较大困难,另外,高级孔板阀对现场安装要求也比较高,同心度要求很高,若安装不到位会直接影响其测量精度,由于高级孔板阀需要配套差压变送器使用,现场需要安装差压信号管路,导压管路很容易引起差压流量计测量故障,在现场安装时,完全满足高级孔板阀的标准安装条件很困难,会加大仪表的测量误差,而采用气体超声波流量计能够很好解决上述问题,且气体超声波流量计对现场的适用性强,对压力、流量的波动不敏感,有较强的过载能力。

3、经济性能对比:
1) 一次性投资 。 高级孔板阀工艺管路相对复杂,对前后直管段要求较高,占用空间较多,配套的阀门、压力变送器、温度变送器、节流件备品、整流器等配套产品多, 虽然单表价格低于超声波流量计,但整体投资较多。
2)后期维护费用 。 高级孔板阀需要经常维护 ,节流装置安装在现场长期运营后,无论管道或节流装置都会发生一些变化,如,堵塞、结垢、磨损、腐蚀等,要定期检查节流件。 在线更换后很难保证不露,使差压不准,难以保证计量精度,而超声波流量计可实现免维护,自检功能强大,且无需更换部件,探头可以带压更换并清洗,维护费用明显少于高级孔板阀。

4、总结:
  通过实际应用,气体超声波流量计测量天然气与高级孔板阀相比确有很多优点,但在实际应用中应注意以下问题:
 1)正确选型。 应注意气体超声波流量计其理想的工作流速范围(2.7~27m/s),流速太低,气体超声波流量计的准确度将降低, 从而会出现较大误差,流速过高,会出现超声波信号被吹跑,换能器检测不到超声波信号的情况,出现计量故障;另外,还应考虑是否存在声波干扰源,主要指能产生超声波信号的各种设备,如,高速度、大差压的减压设备和消音设备等,如果这些设备的频率与气体超声波流量计的工作频率接近时将造成超声波流量计工作不正常,甚至不工作。 因此,选用、安装气体超声波流量计时应该避开存在对流量计产生影响的声波场合。
 2)合理安装。 应根据具体情况满足直管段安装要求,
必要时可安装整流器;应采取水平安装方式,天然气含液较多的场合,气体超声波流量计及其计量管段的安装位置不应低于其上下游管道,使得天然气中凝析出来的液体能够随气流被带走,而不在流量计处堆积,造成计量故障。

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