流量儀表在石油行業中的合理選型和應用

 國家標準GB17167—2006《用能單位能源計量器具配備和管理通則》已于2007年1月1日開始實施。對于用能量超過限定值的用能量單位或設備，如尚未配備能源計量器具，則都應加裝能源計量器具。對相應的用能量單位或設備的能源計量器具的準確度等級分別提出了具體要求^［1］。目前，世界上不存在一種十全十美的流量儀表，市場上大約有超過100種不同的流量儀表，為此，用戶應如何合理選擇*流量計，應用于石油、冶金、電力等各個領域，應當首先了解流量儀表的性能特點，再結合所應用場合的工況條件，zui終才能選擇性價比合適的產品^［2］。

    1 流量儀表的類型及選型標準

    在眾多的流量儀表中選擇*適應工況的流量計，應綜合考慮流量儀表的類型、特點、環境影響因素及選型準則。

    1.1 流量儀表的分類特點及工作原理

    流量儀表的分類方法很多，至今國內外還沒有統一的標準。表1列出了工業生產過程中常用的幾類流量儀表的類型及其主要性能特點^［3－5］。

    表1中幾類流量儀表的工作原理如下：

    （1）差壓式：根據流體通過管道中的流量檢測件產生的差壓，與流體測量之間存在平方關系，經過換算達到測量流量的目的；

    （2）浮子式：浮子在垂直錐形管中隨著流量變化而升降，改變它們之間的流通面積來進行測量；

    （3）容積式：利用機械測量原件把流體連續不斷地分割成單個已知的體積部分，根據計量室逐次、重復地充滿和排放該體積部分流體的次數來測量流體體積總量；

    （4）渦輪式：流體作用下的渦輪葉輪受力旋轉，使檢測線圈中產生感應電動勢，由感應電動勢換算成流體的流量；

    （5）電磁式：導電性液體在垂直于磁場的非磁性測量管內流動，切割磁力線，在其兩端產生感應電動勢，由電動勢換算成流量；

    （6）渦街式：利用流體會在管道中的阻流體兩側交替地分離釋放出規則的旋渦，旋渦分離頻率正比于管道內的平均流速，由此可測量流體的流量；

    （7）超聲式：測量原理分為時差法與多普勒法，時差法利用聲波在流體順流方向與逆流方向的傳播速度差與被測流體流速之關系求取流速；多普勒法是利用靜止點檢測從移動源發射波產生多普勒頻移用來測量流量；

    （8）科里奧利質量式：利用流體在直線運動的同時處于一旋轉系中，產生與質量流量成正比的科里奧利力，根據此原理制成一種直接式質量流量儀表。

    1.2 流量儀表選型的關鍵影響因素

    流量儀表的選型對儀表能否成功使用往往起著很重要的作用，因此，選擇流量儀表時應結合多方面影響因素，揚長避短，選擇zui合適的儀表。一般選型可以從六個方面影響因素進行考慮^［6－7］。

    （1）滿足工藝對壓力損失的要求：核算經過流量儀表后的*壓力損失是否影響生產；

    （2）被測流體的特性：流體成分、密度、黏度、壓縮率及它們的變化情況，溫度、壓力、濕度及變化范圍；

    （3）所選儀表的不確定度：應根據計量的級別確定所選儀表的準確度，以免造成浪費，流量測量系統的檢測元件、一次儀表和顯示、記錄儀表之間的準確度應配合恰當；

    （4）儀表能否滿足現場的安裝要求：要使流量計能準確地進行測量，必須滿足所規定的直管段長度，并考慮是否滿足耐溫、耐壓、抗振動及安全保護問題等影響儀表安裝的因素；

    （5）儀表使用后周圍環境條件等：應考慮儀表的日常維修、更換是否方便，環境溫度、濕度和電磁干擾對儀表的影響及環境的安全性能等；

    （6）儀表投資的費用：有時*要求配置的儀表系統所需經費往往與實際所給的費用有差距，這時只能根據經費選擇合適的儀表。

    1.3 流量儀表的選型準則

    分析確定出上述影響因素后，選擇某個具體類型的流量儀表適合于現場工況，流量儀表應盡可能滿足如下幾點準則^［8－9］：

    （1）流量儀表的重復性要好；（2）流量測量系統的總準確度要較高；（3）流量計本身有相當強的流動調整能力，要求較短的直管段，無需流動調整器；（4）總的*壓力損失要小、耗能費要少；（5）流量測量的量程比要較寬；（6）流量計本身有自清掃能力，可測量臟污流體，無需過濾器；（7）流量計本身耐受流體磨蝕能力要強，性能要長期穩定，可靠耐用；（8）流量計本身無可動部件，檢定周期較長，使用壽命較長；（9）流量計本身故障率要小，維護與修理費用要少；（10）流量計的購置費與校準費要適中，安裝與運行花費要少。

    2 流量計的工程應用

    流量儀表的選型是系統、科學的系統工程，通過分析流量儀表的類型、工作原理、影響因素及選型標準，結合現場實際工況做出正確選型。

    2.1 流量儀表選型在陸地油田中的應用

    在油田現場，針對全國各油田深井、超深井鉆井，為解決目前高密度加重材料浪費的問題，若回收利用80%后，每年至少可節約近9000萬元以上加重材料的費用。通過理論研究結合現場實驗，得知要做到對加重材料“實時”回收，需根據鉆井液中不同粘度、不同密度性能的變化及離心機性能參數的改變，經傳感器檢測后輸入控制系統，相應給出離心機的工作轉速及處理量，通過計算機去控制，達到設計要求，建立了控制系統流程，如圖1所示。

    圖1中要實現加重材料“實時”回收流量測量是個必要因素，因此，應如何對流量計正確選型，結合流量儀表的測量特點及具體工況，分析各大流量儀表的工作原理，具體步驟如下：

    （1）從“實時”控制的高精度、可靠性要求分析，根據表1，可排除差壓式、浮子式、渦街式、超聲式；

    （2）根據流體為高粘度鉆井液，而渦輪流量計粘度適用范圍小于80cp，因此排除渦輪流量計；

    （3）分析剩下的容積式、科里奧利式、電磁式三種流量計類型，從腐蝕特性分析，排除容積式，從壓力損失和腐蝕性特性排除科里奧利式；

    （4）電磁流量計自身具有可測導電性、腐蝕性介質的特性，確定選用電磁流量計作為測量導電性、腐蝕性鉆井液的流量測量儀表，通過現場實施達到設計要求，滿足設計目標值。

    2.2 流量儀表選型在海洋平臺中的應用

    以已投產的樂東氣田為例，平臺分為工藝生產系統、輔助工藝系統、公用系統三大部分，選擇合適的流量計應用于不同系統的不同工況。以工藝生產系統中的凝析油處理系統流量計的選型為例，工況如圖1所示。

    （1）介質：凝析油；（2）管道：2”－GC－20103－02；（3）zui大流量：2.5m³/h，正常流量：0.516m³/h；（4）粘度：0.88cp；（5）zui大壓力：7400kPa，工作壓力：4700kPa～6700kPa；（6）溫度范圍：40℃～66℃。

    針對上述工況參數，綜合分析步驟如下：

    （1）從管道介質出發，管道介質為凝析油，此氣田且流入管道的流量特別少，從管道出來的凝析油直接進入終端。首先從流量測量類型考慮，渦輪式、旋渦式、超聲式、熱式、科力質量式根據測量物質為小流量可以排除；

    （2）從導電性考慮由于介質為油，不具備導電性，因此排除電磁流量計；

    （3）差壓式、浮子式、容積式滿足上述需求，然后從直管段方面考慮，浮子式沒有前后直管段要求，在安裝空間上具有優勢，在海洋平臺上的場合，如在同等條件滿足的情況下，選擇小直管段要求的流量儀表更具有實用性；

    （4）從度考慮可知，此種控制精度要求的精度在價位適當情況下，可以考慮放寬精度的要求，由于浮子式價位zui低，而容積式為價位zui高的流量計，浮子式在同等要求的情況下滿足工況；

    （5）結合浮子流量計自身適合小管徑、低流速的特點，因此在此選擇浮子流量計來滿足設計需要。

    3 結語

    隨著生產工藝復雜程度和自動化程度的提高，會對流量測量及控制提出更新、更高和更多的要求。應該根據實際情況權衡利弊分類討論做出選擇，不要盲目地根據經驗做出判斷。

    （1）流量儀表的選用是一項系統工程，對于某一具體的應用場所可以采用的儀表可能有幾種方案，應根據實際工作情況量體裁衣，選擇性能*的流量儀表。

    （2）選型不應僅局限于標準化的儀表選型，思維應具有創新性，如目前非標準化的V錐流量計在很多方面具有其它流量計不具備的優點，同樣在選型過程中值得商榷。

    （3）流量儀表的安裝位置和方向選擇應給予充分重視，特定的儀表有特定的安裝要求，只有在儀表選擇正確、安裝位置正確、前后直管段長度充足等情況的共同配合下，測量系統才能zui終達到符合規定測量的準確度。