摘要 :本文通過在海洋石油某處理廠的火炬氣管道中流量計(jì)選用的應(yīng)用實(shí)例,研究了流量測量儀表的工作原理及特性,探討了流量計(jì)的選擇、安裝、使用及維護(hù),為油田生產(chǎn)提供基于高精度計(jì)量儀表的解決方案。這種新型流量測量儀表在獲得精que測量數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,使傳感器的計(jì)量特性長期穩(wěn)定,大大減少油田生產(chǎn)的現(xiàn)場維護(hù)量。
流量計(jì)是測量流量的儀器,通常由主裝置和副裝置組成。主裝置指產(chǎn)生流量信號(hào)的裝置 ;副裝置指接受來自主裝置的信號(hào)并顯示、記錄、轉(zhuǎn)換或傳送該信號(hào)以得到流量值的設(shè)備。流量計(jì)可以指示和記錄某種流體的瞬間流量值、累積流量值,在一定的時(shí)間間隔內(nèi)累計(jì)流體的總量,也可以測量流體的體積或質(zhì)量。
流量通過體積稱為體積流量,用符號(hào) Q 表示 ;如果管道或設(shè)備某橫截處的面積為 A,該處流體的平均流速為 v,則有 :Q= v/A。
1 流量計(jì)的工作原理及特性
油田中常用的流量大致分為速度式流量計(jì)、容積式流量計(jì)和質(zhì)量流量計(jì)。
(1)通過各種物理現(xiàn)象直接測量封閉管道中全管流的液體流速,并且進(jìn)一步計(jì)算出流速的流量計(jì)是速度流量計(jì)。主要包括透平流量計(jì)、旋渦流量計(jì)、超聲波流量計(jì)等。其特點(diǎn)為精度高(可達(dá) 0.5 級(jí)),量程范圍大,可遠(yuǎn)距離傳輸流量信號(hào),并可與計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng),實(shí)現(xiàn)集中管理。
(2)使用機(jī)械測量元件連續(xù)分配流入單個(gè)體積部分的液體,以計(jì)量液體總體積的流量計(jì)被稱為液體體積流量計(jì)。包括橢圓型齒輪聯(lián)軸流量計(jì)、羅茨流量計(jì)、史密斯流量計(jì)等。其特征為精度可達(dá) 0.2 級(jí),粘度越低泄漏量越大,結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,制造精度要求高。
(3)用于計(jì)量流過某一橫截面的流體質(zhì)量或總量的稱為質(zhì)量流量計(jì),石油用質(zhì)量流量計(jì)為液體流量計(jì),主要為科里奧利力式質(zhì)量流量計(jì)。其特點(diǎn)是適應(yīng)寬廣的流體介質(zhì)面,能夠直接得到質(zhì)量流量信號(hào),還可直接測量流體的溫度和密度,是一種智能化的流量測控儀表。
2 流量計(jì)的選型、安裝、使用及維護(hù)
2.1 流量計(jì)的選用原則
流量計(jì)的選用主要參考流量范圍(L/h)、溫度(℃)、壓力(MPa)、口徑(mm)、黏度(mPa·s)、計(jì)量精度、腐蝕性、周圍工作環(huán)境、計(jì)算器形式等。
2.2 流量計(jì)的安裝
任何類型的流量計(jì)都有一定的安裝要求,只有正確安裝才能使流量計(jì)正常、準(zhǔn)確地運(yùn)行。流量計(jì)的安裝應(yīng)按產(chǎn)品使用說明書的要求,結(jié)合安裝現(xiàn)場的實(shí)際情況,以#合適的方式進(jìn)行。
2.3 流量計(jì)的使用與維護(hù)
只有當(dāng)流量計(jì)正確使用并及時(shí)的維護(hù)時(shí),流量計(jì)才能以規(guī)定的精度運(yùn)行。
(1)使用流量計(jì)時(shí)應(yīng)按照規(guī)定的流量范圍、工作壓力和工作溫度,不得隨意超出范圍以確保測量精度及使用壽命。
(2)對于運(yùn)行中的流量計(jì),應(yīng)按時(shí)巡檢,并記錄有關(guān)運(yùn)行參數(shù),如溫度、濕度、壓力、噪聲及有無滲漏等。
(3)長時(shí)間不用的流量計(jì)應(yīng)將殼內(nèi)殘留的流體泄放掉,根據(jù)需要涂防腐劑。
(4)對于一些guojia特定的流量計(jì)量儀表,按規(guī)定按期強(qiáng)制標(biāo)定。
3 新型流量計(jì)應(yīng)用實(shí)例
本節(jié)介紹一種新型流量測量儀表及整個(gè)測量系統(tǒng)的選型、安裝、使用、檢定、維護(hù)等完整過程。
3.1 應(yīng)用背景
在海洋石油某油氣處理廠,介質(zhì)名稱:火炬氣,流量:10~35 000 m3/h,介質(zhì)溫度:0~70 ℃,管道直徑:10"(250 mm),輸出類型 :4~20 mA,供電電源 :220 VAC。
3.2 流量計(jì)選型
在對此種工況條件安裝,選用型號(hào)為 BTB 系列高穩(wěn)定、高重復(fù)性,溫度、壓力一體化傳感器。測量介質(zhì)流動(dòng)差,因介質(zhì)所需測量量程比大,同一臺(tái)差壓變送器的差壓量程計(jì)量不能滿足要求,所以需接兩臺(tái)差壓變送器設(shè)置不同的差壓量程,儀表能自動(dòng)識(shí)別差變,保證測量。同時(shí)利用壓力、溫度測點(diǎn)做補(bǔ)償,計(jì)算出流量值,直接測量出介質(zhì)的標(biāo)況體積流量,測量精度能夠達(dá)到1.0% 級(jí) FS。
該流量計(jì)采用皮托管原理,用傳感器取管道內(nèi)介質(zhì)流動(dòng)差壓 ;安裝方式采用球閥連接垂直向下插入管道,能夠防止介質(zhì)中的雜質(zhì)、水等進(jìn)入傳感器影響流量計(jì)量,對直管段不足的情況下采用模擬現(xiàn)場管段情況下進(jìn)行檢定,保證測量精度。
3.3 測量系統(tǒng)組成及各部件功能
本流量測量系統(tǒng)由一次測量原件寬量程傳感器、高精度差壓變送器、流量積算儀組成 ;作為流量測量的傳感器配合差壓變送器測出壓力差,將差壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成4~20 mA 標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào),引入流量計(jì)或直接將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào),顯示差壓、壓力、溫度、瞬時(shí)流量、累積流量等參數(shù)。
各部件功能如下 :①寬量程傳感器 :用來提取管道內(nèi)流體流動(dòng)產(chǎn)生的差壓。通過管道直徑定制,通過接口法蘭連接到管道。有兩個(gè)壓力連接接口,與傳感器連接體上標(biāo)有“H”的一方為總壓接口,標(biāo)有“L”的一方為靜壓接口 ;②一次截止閥 :安裝了傳感器的總壓力端口和靜壓端口之一。安裝此閥門的目的是為了在必要時(shí)隔離傳感器和儀表,以便在現(xiàn)場進(jìn)行校準(zhǔn)。所選閥門的壓力公差必須與介質(zhì)的壓力相當(dāng) ;③差壓變送器 :傳送測得的總壓與靜壓之差球閥填料連接裝置 1 套,實(shí)現(xiàn)在線安裝 ;④三閥組 :調(diào)節(jié)差壓變送器的零點(diǎn),使差壓變送器的正、負(fù)壓室的壓力相同 ;⑤流量積算儀 / 計(jì)算機(jī) :配有的二次表為特謘houㄓ昧髁炕鬩牽本哂蠷S485RS232 通訊接口,4~20 mA 流量輸出,信號(hào)傳輸?shù)街骺厥遥鋫浣泳箱,箱內(nèi)配有電源開關(guān)和接線端子,箱體防爆,IP44 ;⑥溫度壓力變送器 :做溫度壓力補(bǔ)償。
3.4 安裝及注意事項(xiàng)
①選擇直管段足夠位置并開孔 ;②開孔完成后,焊接基座并在插入管道前檢查傳感器的插入尺寸 ;③填料函密封裝置與球閥連接鎖緊,取四個(gè)石墨環(huán)裝入填料函內(nèi),將傳感器插入填料函內(nèi),打開球閥,將傳感器插入球閥中心至管道中心 ;④安裝差壓變送器前,應(yīng)按順序打開截止閥,再徹底清理管道內(nèi)焊渣和污物 ;⑤連接差壓變送器及連接導(dǎo)壓管 ;⑥連接壓力變送器,熱電阻溫度計(jì)等儀表信號(hào)線到流量積算儀或 DCS 系統(tǒng)控制柜。
3.5 流量計(jì)的檢定
為了確保使用中的流量計(jì)的準(zhǔn)確性和可靠性,必須定期進(jìn)行標(biāo)定和校準(zhǔn)。一般儀表在廠家出廠前都進(jìn)行了檢定,并且?guī)е鴻z定報(bào)告。安裝完成仍需要在線檢定,在線驗(yàn)證不要求把流量計(jì)從工藝管線上拆除。在線驗(yàn)證可以通過設(shè)置參數(shù)來糾正系統(tǒng)錯(cuò)誤,以便總量滿足測量誤差要求。
3.6 運(yùn)行及維護(hù)
將差壓變送器 24 V 直流電源輸入運(yùn)行。shou先打開平衡閥,然后打開兩個(gè)主截止閥,以確保差壓變送器兩個(gè)接口的壓力均勻分布,并且差壓變送器的膜片不會(huì)損壞,直至正常運(yùn)行后,再關(guān)閉平衡閥,確保系統(tǒng)正常運(yùn)行。
檢查流量儀表故障的原則是先工藝后儀表,差壓式流量計(jì)出故障時(shí),shou先要檢查導(dǎo)壓管、閥門計(jì)管路附件,看有無泄漏、堵塞現(xiàn)象,然后再檢查變送器及相關(guān)附件。
4 結(jié)論
通過以上分析可以看出,該流量計(jì)插入到管道中心區(qū)域測量,管道中的流體流過測量桿的前端測量孔測得的壓力為高壓,由后部中的測量孔測得的壓力為低壓,并且由差壓變送器測量的差壓值與流量數(shù)據(jù)成正比,BTB 型傳感器采用 V 字型的幾何斜面,開放式取壓孔結(jié)構(gòu),流體再前端可以形成穩(wěn)定的分離區(qū),增加差壓信號(hào)強(qiáng)度,極大的減少了湍流的影響,保證高準(zhǔn)確度穩(wěn)定測量,擁有 1∶5100 寬廣的速度量程范圍。
油田開采生產(chǎn)過程中的油、氣、水不同混合狀態(tài)的兩項(xiàng)流、三相流計(jì)量,此種流量測量儀表巧妙的設(shè)計(jì)可輕松計(jì)量不同工況,在獲得精que測量數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,為工業(yè)用戶提供基于高精度計(jì)量的反應(yīng)器測控優(yōu)化解決方案,使傳感器的計(jì)量特性長期穩(wěn)定,大大減少用戶現(xiàn)場維護(hù)量。