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二氧化碳(tàn)流量計在氣(qì)田生產中使用情況與計量問題分析

點擊次數:2222 發布(bù)時間:2021-01-08 05:45:23
該氣田是迄今為止中國規模*大(dà)、豐度*高的特大型整裝海相氣田之一。氣(qì)田的氣質特殊,屬高含(hán)硫化氫和二氧化碳,硫化氫含量15.16%,二氧化碳含量8.64%。氣田在(zài)天(tiān)然氣外輸計(jì)量中選用(yòng)的(de)流量計量儀表采用的是高級二氧化碳流量計二氧(yǎng)化碳流量計在測量氣體(tǐ)方麵有很(hěn)大的優勢(shì),是一種性(xìng)能好,使用方便的測量裝(zhuāng)置。廣泛地應用於工業中,在測量氣體、蒸汽以(yǐ)及液(yè)體的流(liú)量方麵有很大的造(zào)詣(yì),這種儀器結構穩定簡(jiǎn)單、維修起來方便,性能十分穩定。這是產品的簡單特點(diǎn),接下(xià)來我們詳細(xì)介紹產品的特(tè)點。
*先,二氧化(huà)碳流量計是(shì)一種方(fāng)便的裝置,結構簡(jiǎn)單(dān)容易複製,簡單而又十分牢固,性能穩定(dìng)可靠,不必擔心中途會出現什麽巨大的差池和問題(tí),並(bìng)且,二氧化碳流量計的壽命(mìng)長,價格(gé)低廉,性價比非常高。
其次,二氧(yǎng)化碳流(liú)量計的應用之廣泛超乎人的想象,可以測量(liàng)天然氣、空氣、氮氣、氧氣等氣體,很多工業中都使用二氧化碳(tàn)流量計來測量,可見其廣泛性,並且這(zhè)種裝置容易投入使用,並不需要十分複雜的校準就(jiù)能簡單(dān)地投入使用。二氧化碳流量(liàng)計在測量時需要(yào)與差壓變送器配套使用。
本文說明二氧化碳流量計在(zài)普光(guāng)氣田的使用情(qíng)況,並針對存在的計量問題進行了分析。
1.計量原理及特點
計量(liàng)原理
標準二氧(yǎng)化碳流量計的計量原理為:基於流體流(liú)動的節流原理,以能量守衡和流動連續性方(fāng)程為基礎,利用流體(tǐ)流經標(biāo)準孔板時在其前、後產(chǎn)生壓差,通過測量壓差的大小就可(kě)以間接(jiē)地知道流量的大小。在標準狀態下天然氣流(liú)量的(de)實用計(jì)算公式為:    

式中,、為標準(zhǔn)狀態(tài)下天然氣體積流量,m; /s;  A,為秒計量係數,視采用計(jì)量單位而定,此處A=311 794 x 10 -6;  C為流出係數;E為(wéi)漸近速度係數;d為孔板直徑,mm;  F}為相對(duì)密度係數;。為可(kě)膨脹係數;F:為超壓縮因子;F:為(wéi)流動溫(wēn)度係數;P,為孔(kǒng)板上遊側取壓孔氣流絕(jué)對靜壓(yā),Pa;0P為氣流流經孔板(bǎn)時產生的壓差,Pao
1.2結構及特點  
標準二氧化碳流量計結(jié)構如圖1所(suǒ)示,包括節流元件(標準孔板及其取壓裝置)、傳輸壓差信號(hào)的(de)引壓管(guǎn)路、閥門以及差壓計等部分。標準孔板是壓(yā)差測量時的一次元件,人們利用它在管道內(nèi)使流體產生壓差,再通過引壓(yā)管路把孔(kǒng)板(bǎn)前(qián)、後(hòu)產生的壓差傳送給差壓變送器,再(zài)輸人到二次儀表,從而顯示出管(guǎn)道內流體的靜壓、壓(yā)差(chà)、瞬時(shí)流量和累(lèi)計流量等計量參數。

標準(zhǔn)二氧化碳(tàn)流量(liàng)計有以下特點:①高級孔(kǒng)板閥(fá)結構簡單,應用技術成熟(shú),容易掌握;②適(shì)應性強,可實現在線更換、清洗和檢查孔板;③性能穩定可靠,使用壽命長;④孔板為標(biāo)準節(jiē)流元件(jiàn),不(bú)需(xū)要標定(dìng)。存在(zài)的缺點(diǎn)主要(yào)有:①量程比較小;②壓力損失(shī)較大;③受影響因素較多(duō),不確(què)定度大;④對前、後(hòu)直管段要求高。
2標準二氧化碳流量計在某(mǒu)氣(qì)田的應用    
某氣田集氣站外輸計量(liàng)和集氣總站外輸總計量選用的流量計量儀表均為高級孔板閥流量計,由高(gāo)級孔板閥、流量計算機及過程連接部件3部分組成。由於某氣田介質為高含(hán)硫化氫天然氣,且(qiě)集輸工藝采用保濕混輸工藝,天然氣中含水和(hé)單質(zhì)硫,相對(duì)於常規天然氣計量,標(biāo)準二氧化碳流量(liàng)計在普(pǔ)光(guāng)氣田的應用中有其本身(shēn)的特點。
2. 1高級孔板閥的選(xuǎn)材   
某(mǒu)氣田酸氣外輸采(cǎi)用的是丹尼爾高級孔板(bǎn)閥,以法蘭取壓標(biāo)準孔板作為流量檢測元件。閥體由(yóu)上、下2部分組成,中間滑閥(fá)連通或切斷,設有密封脂注人機構,下閥腔(qiāng)與孔(kǒng)板上遊連通。當孔板閥正(zhèng)常工作時,滑閥關(guān)閉,下閥(fá)腔壓力與上遊管內壓(yā)力相等(děng),上閥(fá)腔壓力(lì)與大氣壓力相等,在上、下(xià)閥腔之間產(chǎn)生較大的壓力差(chà),此壓力差(chà)作用在滑閥下方,從而增強其密封性(xìng)。孔板閥底部設有排汙閥(fá),用於定期吹(chuī)掃排除(chú)閥內汙物。上閥腔亦設置有(yǒu)放氣孔,可排出上閥腔內介質。孔板閥可實現在線(xiàn)更換、清洗(xǐ)和檢查孔板(bǎn),其操作(zuò)也靈活(huó)方便(biàn)。   
為(wéi)保證(zhèng)在某高含硫化氫工(gōng)況(kuàng)下高級孔板閥的性能滿足要求,並確保其使用壽命和安全(quán)生產,高級孔板閥上、下腔間的密封(fēng)件采用全硬(yìng)密封結構,閥板和閥座均采用316L材質,標準孔板片采用In-conel 625材質,可有效(xiào)防止硫化物(wù)應力開裂和氫致開裂。
2. 2流量計算機選擇(zé)    
對於高含硫化氫氣田來說,一個(gè)重要的原(yuán)則就是盡量減少動靜密封(fēng)點,從而降低泄漏風(fēng)險。某氣田地(dì)麵(miàn)集輸係統選用的流量計算機為艾默生的FLOBOSS103流量計算機,集成壓差(chà)、靜壓雙變量變(biàn)送器、RTD溫度變送器和流量計算功能於一(yī)體。FLOBOSS103檢測孔板兩(liǎng)側壓差及管道靜壓,並通過Pt100熱電阻采集流體溫度,可以就地顯示這些測量值,同時也可通過標準的MODBUS RTU協議和RS485通(tōng)信接(jiē)口將參數值傳給站控SCADA係統。可以接收上位機控製係統下載的氣體組分信息(xī),也可由MODSCAN犯軟件通過(guò)串口通信向FLOBOSS103內(nèi)寫人氣體組分信息,還可通過配置軟件ROCLINK 800人工輸人組分信息(xī)。   
雙變量變送器(qì)(DVS)采用成熟可靠的羅斯蒙特電容元件技術測量壓(yā)差。同時利用壓阻和矽傳感器技術檢測靜壓,測量的過程值精確、穩定和可重複性好(hǎo)。其專(zhuān)用微處理器使用存儲在永久(jiǔ)存儲器中的特征化數據對原(yuán)始(shǐ)傳感器信(xìn)號(hào)進行線性化和校正。讀(dú)數存儲於FLOBOSS103的內部模擬輸(shū)人點中,通過中(zhōng)斷的方式向變送器的(de)處理器發送數據。RTD溫度變送器采用鉑電阻Pt100來采(cǎi)集現場流體(tǐ)溫度,測量範圍為一40一240℃,準確度(dù)等級為1 0. 2℃。
2. 3過程連(lián)接部(bù)件   
過(guò)程連接部件主要是指2個1 /4NPT的取壓閥、五閥組以及引壓管路。雙變(biàn)量變送器(DVS)底部采用(yòng)NPT內螺(luó)紋連接孔板上的引(yǐn)壓管。上(shàng)、下遊管線通常連(lián)接到孔板的高(gāo)、低壓側。由於連接部件均為長期接觸高含硫化氫天然氣的部件(jiàn),且天然氣為濕氣,故不同於一般的天然氣計量場合。普光氣田(tián)現場的取壓閥、五閥組和引壓管均采用哈氏合金材質,且連接部件的孔徑(jìng)較(jiào)大,如引壓管路內徑為12 mm,以防止(zhǐ)沉積的單質硫等雜質堵塞引(yǐn)壓管路。
3誤差分析    
某氣田實際生(shēng)產中,天然氣外(wài)輸計量采用(yòng)的標準二氧化碳流量計(jì)存在(zài)計量不穩定、讀數偏差較大等問題,各集氣站(zhàn)場的天然氣外輸計量總和(hé)與集氣總站分線外輸總計量存在輸差問題。針對這一實際(jì)情況,從軟件和硬件2方麵展開分析。
3. 1軟(ruǎn)件問題產生的計量數據誤差   
采用標(biāo)準二氧化碳流量計測量天然氣流量,其流量(liàng)值與天然氣組分、壓差、壓力和溫度等(děng)參數有關。流量測量係統若未能嚴格按計量標準要求配置相應的測量儀表(biǎo),流量計(jì)算時(shí)氣體壓力、溫度和天然氣組分的變化未能(néng)得到完全補償,則(zé)會(huì)造成流量計準確(què)度下降,形成測量誤(wù)差。檢查某氣田現場使用的流量計算機計算軟件,其符合**標準,測量係統完全滿足標準(zhǔn)二氧化碳流量計計量標準,其測量誤差基本可以忽略不計,所(suǒ)以在采用的計量標準方麵,某氣田現場使用標準二氧化碳流量計符合(hé)要求,不是產生誤差的原因。   
標準孔板測量是通過節流取壓差,引壓管高壓側為靜壓,軟(ruǎn)件根據(jù)靜壓、壓(yā)差、溫度、氣體組分、孔板(bǎn)孔徑(jìng)和管徑等參數計算流量計值(zhí)。在軟件(jiàn)中可(kě)以對這些參數進行設置,若其(qí)中有一個參數不準確,都會引起流量不準確(què)。現(xiàn)場通過流(liú)量計配置軟件檢(jiǎn)查各流量計參數的配(pèi)置情況,設置值(zhí)均與現場實際情況(kuàng)相符。同時,根據現場采集到的溫度、壓力、壓差及軟件中配置的管徑、孔徑等參數,然後(hòu)根據國際計量標(biāo)準AGA8氣體(tǐ)壓縮因子計算(suàn)方式計算出(chū)的流量與流量計測量值非常接近,若以上有任何參數設置不正確,就會造成氣體計量不準(zhǔn)確4-5。隨著高含硫氣田的開發,氣體中硫化氫含量不(bú)斷增加,造成氣體計量誤差不斷增(zēng)大(dà),通過(guò)及時更新氣體組(zǔ)分數(shù)據,基本(běn)保證了氣體流量計量的準確(què)性。
3. 2硬件問題產生的計量數據誤差   
現場生產實踐(jiàn)表明,標(biāo)準二氧(yǎng)化碳流量計會因為標準孔板、五閥組、引壓(yā)管路等硬件出現(xiàn)異(yì)常,導致流量計量不準確,下麵分別進行分析。
3. 2. 1標準孔板   
對孔板進行研究後發現,某氣田生產現場85%以上的標準孔板(bǎn)均受到了不同程度的刮傷、變形,觀察上、下遊直管段(duàn),管道(dào)內壁沉(chén)積了大量(liàng)的單質硫,導板周(zhōu)圍出現腐蝕、碳(tàn)化,且有雜質附著。   
某氣田現場作業較多,關井之後重新開井的過程比較迅速,造成孔板受天然氣的強力衝蝕或機械磨損(sǔn)而產生劃傷、變形,孔板的光潔度下降,人口的尖銳程度變圓(yuán),使其圓弧半徑不能(néng)滿(mǎn)足標準要求,使得計量數據比實(shí)際流量偏低;高級孔板閥和直管段內部附著單質硫之後,氣(qì)體不能形成穩定的牛頓流體,造成計(jì)量誤差;孔板在天然氣衝擊過(guò)程中,不(bú)同程度地產生了偏心,同時導板周圍出現的腐蝕、碳化和雜質沉澱(diàn)等因素,也會嚴重(chóng)影響流量計量的準確性。通(tōng)過嚴格執(zhí)行操作規程,按照操作步驟平穩(wěn)操作,確定開井方式;同時(shí)定期清洗孔板閥、計量(liàng)直管段等方式(shì)可(kě)以有效解決上述問題。普光氣田集氣站氣體流量計量不準確,誤差很大,通過拆(chāi)卸高(gāo)級孔板閥和直管段,發現內部有許多單質硫沉積。清洗高級孔板閥和直管段後,氣體流量恢複(fù)正常。
3.2.2五閥組   
在生產過程中,需要定(dìng)時對二氧化碳流量計進行排汙。通過對五閥組進行解體檢查,發現內部存在單質硫等雜質,造成五閥組中(zhōng)的平衡閥(fá)關不嚴,形成內漏,影響二氧化碳流量(liàng)計的上、下遊取壓,導致壓(yā)差信號變小,儀表計量偏低。此類問題可通過清洗或更換新的五閥組得以解(jiě)決。
3.2.3儀表引壓管路   
某天(tiān)然氣(qì)會析(xī)出(chū)單質硫,單質(zhì)硫在引壓管路中沉積、固化,會引起引壓管路堵塞,不能正常取壓,二氧化碳流量計不能及時得到正確的靜壓和壓差,從而造成計量偏差。前期在(zài)某氣田現場生產過程中經常出現流量計示值長期不變化的情況。對此,采取在二氧化碳流量計引壓管線、五閥組等部(bù)位安裝電(diàn)伴熱裝置的辦法,減少單質硫在引(yǐn)壓(yā)管路中的析出、沉積,防止引壓管路堵塞。同時定期對引壓(yā)管路進行放空、清洗,確保引壓管路不堵塞。
4結束語    
由於某氣田氣質的特殊性,前期生產過程中更多的關(guān)注在選材和防腐方麵,對造成計量偏差(chà)的因素估計不足,導致計量偏差較大;後期采取設定正確的(de)計算參數,定期清洗孔板閥(fá)、五閥組和引壓管(guǎn)線等措施後,圓滿解決了計量偏差問題。總體(tǐ)而言,類似某氣田(tián)的工況使用標準二氧化碳流量計需注意(yì)以(yǐ)下問題:①設定正確的流量計算參數,及時修正氣(qì)體組分參數;②定期對標準孔板進(jìn)行檢查、清洗,發(fā)現問題後及時更換;③定期對五閥組及其引壓管路(lù)進行排汙驗(yàn)漏檢查,冬季氣溫下降易發生凍堵和(hé)硫沉積,需增加排汙次數。若發現五閥組及引壓管路堵塞,應及時清洗或更換,保證(zhèng)其正常運行。

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