管道空氣流量計在氣田生產(chǎn)中使用情況與計量問(wèn)題分析

某氣田氣質(zhì)特殊，高含硫化氫和二氧化碳，硫化氫平均體積分數1s. 16%，二氧化碳平均體積分數8. 64%，對含酸性氣體的天然氣流量準確計量難度很大‘。天然氣流量計量是企業(yè)生產(chǎn)和經(jīng)營(yíng)管理中的一項重要的技術(shù)基礎工作，準確計量不但能公平地進(jìn)行貿易結算，而且能指導改進(jìn)生產(chǎn)工藝，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低產(chǎn)品生產(chǎn)成本。某氣田集輸系統采用保濕混輸工藝，選用標準管道空氣流量計進(jìn)行計量z一5。在氣田投產(chǎn)初期，存在計量不穩定及偏差較大的問(wèn)題。筆者從高級孔板閥選材、流量計計算機選擇和連接部件設計3方面介紹了管道空氣流量計在某氣田的應用，最后通過(guò)軟件和硬件分析了流量計量誤差產(chǎn)生的原因，提出了正確設置流量計算參數、定期清洗孔板閥、五閥組和引壓管路等改進(jìn)措施。實(shí)踐證明，這些措施可以有效解決某氣田流量誤差問(wèn)題。
該氣田是迄今為止中國規模最大、豐度最高的特大型整裝海相氣田之一。氣田的氣質(zhì)特殊，屬高含硫化氫和二氧化碳，硫化氫含量15.16%，二氧化碳含量8.64%。氣田在天然氣外輸計量中選用的流量計量?jì)x表采用的是高級管道空氣流量計。管道空氣流量計在測量氣體方面有很大的優(yōu)勢，是一種性能好，使用方便的測量裝置。廣泛地應用于工業(yè)中，在測量氣體、蒸汽以及液體的流量方面有很大的造詣，這種儀器結構穩定簡(jiǎn)單、維修起來(lái)方便，性能十分穩定。這是產(chǎn)品的簡(jiǎn)單特點(diǎn)，接下來(lái)我們詳細介紹產(chǎn)品的特點(diǎn)。
首先，管道空氣流量計是一種方便的裝置，結構簡(jiǎn)單容易復制，簡(jiǎn)單而又十分牢固，性能穩定可靠，不必擔心中途會(huì )出現什么巨大的差池和問(wèn)題，并且，管道空氣流量計的壽命長(cháng)，價(jià)格低廉，性?xún)r(jià)比非常高。
其次，管道空氣流量計的應用之廣泛超乎人的想象，可以測量天然氣、空氣、氮氣、氧氣等氣體，很多工業(yè)中都使用管道空氣流量計來(lái)測量，可見(jiàn)其廣泛性，并且這種裝置容易投入使用，并不需要十分復雜的校準就能簡(jiǎn)單地投入使用。管道空氣流量計在測量時(shí)需要與差壓變送器配套使用。
本文說(shuō)明管道空氣流量計在普光氣田的使用情況，并針對存在的計量問(wèn)題進(jìn)行了分析。
1.計量原理及特點(diǎn)
計量原理
標準管道空氣流量計的計量原理為:基于流體流動(dòng)的節流原理，以能量守衡和流動(dòng)連續性方程為基礎，利用流體流經(jīng)標準孔板時(shí)在其前、后產(chǎn)生壓差，通過(guò)測量壓差的大小就可以間接地知道流量的大小。在標準狀態(tài)下天然氣流量的實(shí)用計算公式為:    

式中，、為標準狀態(tài)下天然氣體積流量，m; /s;  A,為秒計量系數，視采用計量單位而定，此處A=311 794 x 10 -6;  C為流出系數;E為漸近速度系數;d為孔板直徑，mm;  F}為相對密度系數;。為可膨脹系數;F:為超壓縮因子;F:為流動(dòng)溫度系數;P，為孔板上游側取壓孔氣流絕對靜壓，Pa;0P為氣流流經(jīng)孔板時(shí)產(chǎn)生的壓差，Pao
1.2結構及特點(diǎn)  
標準管道空氣流量計結構如圖1所示，包括節流元件(標準孔板及其取壓裝置)、傳輸壓差信號的引壓管路、閥門(mén)以及差壓計等部分。標準孔板是壓差測量時(shí)的一次元件，人們利用它在管道內使流體產(chǎn)生壓差，再通過(guò)引壓管路把孔板前、后產(chǎn)生的壓差傳送給差壓變送器，再輸人到二次儀表，從而顯示出管道內流體的靜壓、壓差、瞬時(shí)流量和累計流量等計量參數。

標準管道空氣流量計有以下特點(diǎn):①高級孔板閥結構簡(jiǎn)單，應用技術(shù)成熟，容易掌握;②適應性強，可實(shí)現在線(xiàn)更換、清洗和檢查孔板;③性能穩定可靠，使用壽命長(cháng);④孔板為標準節流元件，不需要標定。存在的缺點(diǎn)主要有:①量程比較小;②壓力損失較大;③受影響因素較多，不確定度大;④對前、后直管段要求高。
2標準管道空氣流量計在某氣田的應用    
某氣田集氣站外輸計量和集氣總站外輸總計量選用的流量計量?jì)x表均為高級孔板閥流量計，由高級孔板閥、流量計算機及過(guò)程連接部件3部分組成。由于某氣田介質(zhì)為高含硫化氫天然氣，且集輸工藝采用保濕混輸工藝，天然氣中含水和單質(zhì)硫，相對于常規天然氣計量，標準管道空氣流量計在普光氣田的應用中有其本身的特點(diǎn)。
2. 1高級孔板閥的選材   
某氣田酸氣外輸采用的是丹尼爾高級孔板閥，以法蘭取壓標準孔板作為流量檢測元件。閥體由上、下2部分組成，中間滑閥連通或切斷，設有密封脂注人機構，下閥腔與孔板上游連通。當孔板閥正常工作時(shí)，滑閥關(guān)閉，下閥腔壓力與上游管內壓力相等，上閥腔壓力與大氣壓力相等，在上、下閥腔之間產(chǎn)生較大的壓力差，此壓力差作用在滑閥下方，從而增強其密封性?？装彘y底部設有排污閥，用于定期吹掃排除閥內污物。上閥腔亦設置有放氣孔，可排出上閥腔內介質(zhì)?？装彘y可實(shí)現在線(xiàn)更換、清洗和檢查孔板，其操作也靈活方便。   
為保證在某高含硫化氫工況下高級孔板閥的性能滿(mǎn)足要求，并確保其使用壽命和安全生產(chǎn)，高級孔板閥上、下腔間的密封件采用全硬密封結構，閥板和閥座均采用316L材質(zhì)，標準孔板片采用In-conel 625材質(zhì)，可有效防止硫化物應力開(kāi)裂和氫致開(kāi)裂。
2. 2流量計算機選擇    
對于高含硫化氫氣田來(lái)說(shuō)，一個(gè)重要的原則就是盡量減少動(dòng)靜密封點(diǎn)，從而降低泄漏風(fēng)險。某氣田地面集輸系統選用的流量計算機為艾默生的FLOBOSS103流量計算機，集成壓差、靜壓雙變量變送器、RTD溫度變送器和流量計算功能于一體。FLOBOSS103檢測孔板兩側壓差及管道靜壓，并通過(guò)Pt100熱電阻采集流體溫度，可以就地顯示這些測量值，同時(shí)也可通過(guò)標準的MODBUS RTU協(xié)議和RS485通信接口將參數值傳給站控SCADA系統?？梢越邮丈衔粰C控制系統下載的氣體組分信息，也可由MODSCAN犯軟件通過(guò)串口通信向FLOBOSS103內寫(xiě)人氣體組分信息，還可通過(guò)配置軟件ROCLINK 800人工輸人組分信息。   
雙變量變送器(DVS)采用成熟可靠的羅斯蒙特電容元件技術(shù)測量壓差。同時(shí)利用壓阻和硅傳感器技術(shù)檢測靜壓，測量的過(guò)程值精確、穩定和可重復性好。其專(zhuān)用微處理器使用存儲在永久存儲器中的特征化數據對原始傳感器信號進(jìn)行線(xiàn)性化和校正。讀數存儲于FLOBOSS103的內部模擬輸人點(diǎn)中，通過(guò)中斷的方式向變送器的處理器發(fā)送數據。RTD溫度變送器采用鉑電阻Pt100來(lái)采集現場(chǎng)流體溫度，測量范圍為一40一240℃，準確度等級為1 0. 2℃。
2. 3過(guò)程連接部件   
過(guò)程連接部件主要是指2個(gè)1 /4NPT的取壓閥、五閥組以及引壓管路。雙變量變送器(DVS)底部采用NPT內螺紋連接孔板上的引壓管。上、下游管線(xiàn)通常連接到孔板的高、低壓側。由于連接部件均為長(cháng)期接觸高含硫化氫天然氣的部件，且天然氣為濕氣，故不同于一般的天然氣計量場(chǎng)合。普光氣田現場(chǎng)的取壓閥、五閥組和引壓管均采用哈氏合金材質(zhì)，且連接部件的孔徑較大，如引壓管路內徑為12 mm，以防止沉積的單質(zhì)硫等雜質(zhì)堵塞引壓管路。
3誤差分析    
某氣田實(shí)際生產(chǎn)中，天然氣外輸計量采用的標準管道空氣流量計存在計量不穩定、讀數偏差較大等問(wèn)題，各集氣站場(chǎng)的天然氣外輸計量總和與集氣總站分線(xiàn)外輸總計量存在輸差問(wèn)題。針對這一實(shí)際情況，從軟件和硬件2方面展開(kāi)分析。
3. 1軟件問(wèn)題產(chǎn)生的計量數據誤差   
采用標準管道空氣流量計測量天然氣流量，其流量值與天然氣組分、壓差、壓力和溫度等參數有關(guān)。流量測量系統若未能?chē)栏癜从嬃繕藴室笈渲孟鄳臏y量?jì)x表，流量計算時(shí)氣體壓力、溫度和天然氣組分的變化未能得到完全補償，則會(huì )造成流量計準確度下降，形成測量誤差。檢查某氣田現場(chǎng)使用的流量計算機計算軟件，其符合國家標準，測量系統完全滿(mǎn)足標準管道空氣流量計計量標準，其測量誤差基本可以忽略不計，所以在采用的計量標準方面，某氣田現場(chǎng)使用標準管道空氣流量計符合要求，不是產(chǎn)生誤差的原因。   
標準孔板測量是通過(guò)節流取壓差，引壓管高壓側為靜壓，軟件根據靜壓、壓差、溫度、氣體組分、孔板孔徑和管徑等參數計算流量計值。在軟件中可以對這些參數進(jìn)行設置，若其中有一個(gè)參數不準確，都會(huì )引起流量不準確?，F場(chǎng)通過(guò)流量計配置軟件檢查各流量計參數的配置情況，設置值均與現場(chǎng)實(shí)際情況相符。同時(shí)，根據現場(chǎng)采集到的溫度、壓力、壓差及軟件中配置的管徑、孔徑等參數，然后根據國際計量標準AGA8氣體壓縮因子計算方式計算出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(huì )造成氣體計量不準確4-5。隨著(zhù)高含硫氣田的開(kāi)發(fā)，氣體中硫化氫含量不斷增加，造成氣體計量誤差不斷增大，通過(guò)及時(shí)更新氣體組分數據，基本保證了氣體流量計量的準確性。
3. 2硬件問(wèn)題產(chǎn)生的計量數據誤差   
現場(chǎng)生產(chǎn)實(shí)踐表明，標準管道空氣流量計會(huì )因為標準孔板、五閥組、引壓管路等硬件出現異常，導致流量計量不準確，下面分別進(jìn)行分析。
3. 2. 1標準孔板   
對孔板進(jìn)行研究后發(fā)現，某氣田生產(chǎn)現場(chǎng)85%以上的標準孔板均受到了不同程度的刮傷、變形，觀(guān)察上、下游直管段，管道內壁沉積了大量的單質(zhì)硫，導板周?chē)霈F腐蝕、碳化，且有雜質(zhì)附著(zhù)。   
某氣田現場(chǎng)作業(yè)較多，關(guān)井之后重新開(kāi)井的過(guò)程比較迅速，造成孔板受天然氣的強力沖蝕或機械磨損而產(chǎn)生劃傷、變形，孔板的光潔度下降，人口的尖銳程度變圓，使其圓弧半徑不能滿(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(zhù)單質(zhì)硫之后，氣體不能形成穩定的牛頓流體，造成計量誤差;孔板在天然氣沖擊過(guò)程中，不同程度地產(chǎn)生了偏心，同時(shí)導板周?chē)霈F的腐蝕、碳化和雜質(zhì)沉淀等因素，也會(huì )嚴重影響流量計量的準確性。通過(guò)嚴格執行操作規程，按照操作步驟平穩操作，確定開(kāi)井方式;同時(shí)定期清洗孔板閥、計量直管段等方式可以有效解決上述問(wèn)題。普光氣田集氣站氣體流量計量不準確，誤差很大，通過(guò)拆卸高級孔板閥和直管段，發(fā)現內部有許多單質(zhì)硫沉積。清洗高級孔板閥和直管段后，氣體流量恢復正常。
3.2.2五閥組   
在生產(chǎn)過(guò)程中，需要定時(shí)對管道空氣流量計進(jìn)行排污。通過(guò)對五閥組進(jìn)行解體檢查，發(fā)現內部存在單質(zhì)硫等雜質(zhì)，造成五閥組中的平衡閥關(guān)不嚴，形成內漏，影響管道空氣流量計的上、下游取壓，導致壓差信號變小，儀表計量偏低。此類(lèi)問(wèn)題可通過(guò)清洗或更換新的五閥組得以解決。
3.2.3儀表引壓管路   
某天然氣會(huì )析出單質(zhì)硫，單質(zhì)硫在引壓管路中沉積、固化，會(huì )引起引壓管路堵塞，不能正常取壓，管道空氣流量計不能及時(shí)得到正確的靜壓和壓差，從而造成計量偏差。前期在某氣田現場(chǎng)生產(chǎn)過(guò)程中經(jīng)常出現流量計示值長(cháng)期不變化的情況。對此，采取在管道空氣流量計引壓管線(xiàn)、五閥組等部位安裝電伴熱裝置的辦法，減少單質(zhì)硫在引壓管路中的析出、沉積，防止引壓管路堵塞。同時(shí)定期對引壓管路進(jìn)行放空、清洗，確保引壓管路不堵塞。
4結束語(yǔ)    
由于某氣田氣質(zhì)的特殊性，前期生產(chǎn)過(guò)程中更多的關(guān)注在選材和防腐方面，對造成計量偏差的因素估計不足，導致計量偏差較大;后期采取設定正確的計算參數，定期清洗孔板閥、五閥組和引壓管線(xiàn)等措施后，圓滿(mǎn)解決了計量偏差問(wèn)題?？傮w而言，類(lèi)似某氣田的工況使用標準管道空氣流量計需注意以下問(wèn)題:①設定正確的流量計算參數，及時(shí)修正氣體組分參數;②定期對標準孔板進(jìn)行檢查、清洗，發(fā)現問(wèn)題后及時(shí)更換;③定期對五閥組及其引壓管路進(jìn)行排污驗漏檢查，冬季氣溫下降易發(fā)生凍堵和硫沉積，需增加排污次數。若發(fā)現五閥組及引壓管路堵塞，應及時(shí)清洗或更換，保證其正常運行。

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