摘(zhāi)要:文(wén)章論述了(le)智能(néng)孔闆(pǎn)流量計(jì)
在天然氣測量(liàng)中(zhōng)的應(yīng)用情況,分析(xī)了(le)傳統(tǒng)孔闆流量(liàng)計的原理(lǐ)及在石油(yóu)天然氣鑽(zuàn)采工程領域應用的優缺點,闡(chǎn)述了新(xīn)型(xíng)一體(tǐ)化智(zhì)能(néng)孔(kǒng)闆流量計的(de)特(tè)點及對(duì)未(wèi)來發展前(qián)景的(de)展(zhǎn)望。
在(zài)20世紀初,
孔(kǒng)闆流量(liàng)計
應用于天然(rán)氣流量測量,經(jīng)過一個世(shì)紀的(de)發展,它(tā)已成爲(wèi)全世界(jiè)最主要(yào)的天然氣流量(liàng)計[1]。近年(nián)來,盡管(guǎn)出現(xiàn)了(le)許多新(xīn)型天然氣測量流量計(jì),如,超聲(shēng)流量計(jì)、氣體渦(wō)輪流量計等。但(dàn)由(yóu)于孔闆流量(liàng)計測量技術曆(lì)史悠久(jiǔ)、應(yīng)用範圍廣、結構簡單(dān)、使用壽命長及(jí)價格(gé)低(dī)等特點(diǎn),且标
準型孔闆(pǎn)流量計
可(kě)以無須校準(zhǔn)而(ér)确定(dìng)信号(差壓)與流(liú)量的(de)關系(xì),并估(gū)算其(qí)測量誤差等特點(diǎn),在流量(liàng)計中(zhōng)是惟一的(de)。正是由于上述(shù)原因,在今後相(xiàng)當長一個時期(qī)内,由于種種因(yīn)素的制(zhì)約,特别是标定不能獲(huò)得妥善解(jiě)決之(zhī)前,孔闆流量計(jì)仍是天然氣計量的主要儀表(biǎo)。
1 孔闆流(liú)量(liàng)計的(de)測量原理
孔闆(pǎn)流量計是根據(jù)安裝在(zài)管(guǎn)道中(zhōng)孔闆産(chǎn)生的差(chà)壓、已(yǐ)知(zhī)流體條(tiáo)件和(hé)孔闆(pǎn)與管(guǎn)道的幾(jǐ)何尺(chǐ)寸(cùn)來測量流(liú)量。它(tā)由孔闆(pǎn)、
差壓變(biàn)送器(qì)
和流量顯示(shì)儀(yí)組成。如圖(tú)1,當流體流(liú)經(jīng)設置在(zài)管道(dào)中的(de)節流件(jiàn)(孔闆)時,流束将在節流(liú)件處形成局部(bù)收縮(suō)。此時流(liú)速(sù)增大,靜差(chà)壓降低,在(zài)孔(kǒng)闆前後産生(shēng)差壓(yā),流量愈大(dà),差壓愈大(dà),因而可(kě)根據差(chà)壓來衡量流量(liàng)的大小。這種測(cè)量方法是以流(liú)動連續性方程(質量(liàng)守恒定律(lǜ))和伯(bó)努(nǔ)利(lì)方程(能量守恒定律(lǜ))爲基礎,流(liú)量爲(wèi)[2]。
qm= c(1-β 4)- 1/2επ/[4d2(2Δpρ1)1/2],
式(shì)中(zhōng),qm爲質量流(liú)量,kg/s;c爲流出(chū)系(xì)數m3/s;ε爲可(kě)膨脹(zhàng)形系(xì)數;β爲(wèi)直徑比,β= d/ d; d爲(wèi)工作(zuò)條件(jiàn)下節流件(jiàn)孔徑(jìng),m;d爲工(gōng)作條(tiáo)件下上遊管道内徑,m;Δp爲差壓,pa,Δp= p1- p2;ρ1爲上遊流體(tǐ)密度(dù),kg/m3。
2 新(xīn)型(xíng)孔闆流量計(jì)的特點(diǎn)
由孔闆流量計(jì)的測(cè)量(liàng)原理可(kě)知(zhī),流(liú)量與差壓(yā)爲平方根關系(xì),如果壓(yā)差(chà)降低(dī)到原差壓的1/9,則(zé)流量将減(jiǎn)小到(dào)原流(liú)量(liàng)的(de)1/3,這樣(yàng),對于一個差壓(yā)上限固定(dìng)的差壓變送(sòng)器來說,其測(cè)量(liàng)精度是下降了,這就是傳統(tǒng)孔闆流量(liàng)計的(de)量(liàng)程(chéng)比最(zuì)大爲(wèi)4∶1的原(yuán)因。在(zài)石油(yóu)天然氣鑽采工程領(lǐng)域,天(tiān)然氣(qì)的流(liú)量,物(wù)性參數(shù)等會随(suí)年份不同,工況(kuàng)條件(jiàn)不同有很(hěn)大差異,采用傳統孔(kǒng)闆流量計(jì)測量存在(zài)測量範圍(wéi)窄,測量精度低(dī),需在工況(kuàng)變化時(shí),更換不(bú)同的孔闆(pǎn)元件(jiàn)等缺點。近(jìn)年來,随着微(wēi)電子技(jì)術,計(jì)算(suàn)機技術,新(xīn)材料,新(xīn)工藝(yì)的迅(xùn)速(sù)發展,差壓變送(sòng)器和流量計已大大提(tí)高其(qí)性能及可(kě)靠(kào)性(xìng),儀(yí)表廠家(jiā)相繼開(kāi)發(fā)了一(yī)些寬(kuān)幅
一體化(huà)智能孔(kǒng)闆流量(liàng)計
,對(duì)原有的孔(kǒng)闆流(liú)量計做了(le)很大改進。
a) 流量(liàng)測量範圍(wéi)擴展(zhǎn)方式(shì)改(gǎi)進 在石(shí)油天然氣測量中,對(duì)流量變化(huà)大的(de)場合(hé),傳(chuán)統(tǒng)做法是同時配(pèi)備多塊(kuài)β值不同的孔(kǒng)闆或并列(liè)幾台流量計。新型智能孔闆流(liú)量計,如,日本sonic公司開發的(de)孔闆(pǎn)流量(liàng)計(jì),其流量(liàng)比的範圍可在(zài)流量計算機(jī)上進行(háng)選擇。流量(liàng)計算機上除設(shè)有正(zhèng)常流(liú)量比(bǐ)外,還(hái)設有(yǒu)2個擴(kuò)展功(gōng)能(néng)(如(rú)圖2),一(yī)是爲了計量小(xiǎo)流量,可(kě)将(jiāng)計量(liàng)範圍(wéi)擴大到最(zuì)大可(kě)測流量的(de)1/40,這種功能(néng)是(shì)在(zài)流量(liàng)計算機上(shàng)采用擴展差壓(yā)分解(jiě)功能系統,不(bú)用更換孔闆(pǎn)和差(chà)壓變送(sòng)器就可(kě)完成;另一個擴展功能就(jiù)是大流量側計量範圍的擴張(zhāng),這是将(jiāng)差壓擴(kuò)大,從(cóng)而使大流量側的計量範圍加以擴(kuò)大的(de)一種系統。另外(wài)還有(yǒu)超(chāo)寬幅範(fàn)圍方式,量(liàng)程比(bǐ)最大可(kě)達1∶180,采用(yòng)2台差壓(yā)變送器(qì),各自(zì)負(fù)擔着小(xiǎo)流量範圍和大流量範圍的測(cè)量,各(gè)自(zì)獨立發信号,流量計算(suàn)機則把這些信(xìn)号分(fèn)成不同(tóng)領(lǐng)域進(jìn)行變換選(xuǎn)擇,并在各領域(yù)進行演(yǎn)算,從而(ér)使超寬幅(fú)範圍(wéi)在測量(liàng)上也能(néng)保證(zhèng)較(jiào)高(gāo)的精(jīng)度。雖(suī)然(rán)多投入(rù)了1台(tái)差壓變送(sòng)器(qì),但(dàn)是與(yǔ)并列(liè)2台流(liú)量計的設(shè)備費(fèi)用相(xiàng)比,既(jì)提高(gāo)了經濟效(xiào)益,又(yòu)節(jiē)省了來(lái)回切換的麻煩(fán);與采(cǎi)用多塊孔(kǒng)闆的方法相比(bǐ),避免了(le)孔(kǒng)闆更(gèng)換,降低了生産操作難度(dù)。
b) 孔闆(pǎn)元件與二次儀表(差壓變送器(qì)及流量(liàng)積算儀(yí))一體化(huà) 傳統孔闆流量計在應(yīng)用中,孔闆與二(èr)次儀(yí)表(biǎo)分(fèn)開,把(bǎ)差壓信号(hào)送到(dào)中控進行流量(liàng)計算,在(zài)流量變化較(jiào)大(dà)的場合(hé),還需配備(bèi)多塊孔闆(pǎn),一體化流(liú)量計(jì)完(wán)全解決(jué)了這(zhè)一不(bú)便,使(shǐ)孔闆(pǎn)和二次(cì)儀(yí)表成(chéng)爲一體,省去了引(yǐn)壓管線(xiàn),減少(shǎo)了故障率(lǜ),改善了(le)動态特(tè)性,方便了安裝(zhuāng)使用[2],且體積小(xiǎo),節約(yuē)成本,無需(xū)現場(chǎng)更換孔闆(pǎn),隻需設定量程(chéng)比即可,操作方便,受到用戶的(de)歡迎。
c) 自動溫壓(yā)補償(cháng)功能 孔闆(pǎn)流量(liàng)計的(de)總精度爲± 0.8%～ 5.0%[3],對孔闆流(liú)量計來(lái)說(shuō),密度(dù)是影響(xiǎng)流量計(jì)特性(xìng)的最(zuì)主要參數,而密度又(yòu)是溫度、壓(yā)力的函數,現場壓力溫度(dù)波(bō)動是不可避免的,由此(cǐ)引(yǐn)起的物(wù)性參(cān)數的變動(dòng)是使(shǐ)用時産生(shēng)附加(jiā)誤差的(de)主(zhǔ)要原因之一,在高精(jīng)度(dù)測(cè)量(liàng)時應特(tè)别注意。由于天(tiān)然氣(qì)是可(kě)壓縮流體,受溫(wēn)度、壓(yā)力的影響較大(dà),爲(wèi)了保(bǎo)證(zhèng)精确(què)度,常(cháng)常采用溫(wēn)壓補償。新(xīn)型孔(kǒng)闆流量(liàng)計可将(jiāng)壓力和溫(wēn)度信号(hào)直接送入現(xiàn)場流量(liàng)計算(suàn)機(jī),對流(liú)量進行壓(yā)力和溫度(dù)變化時的自動補償(cháng)運算,并将(jiāng)精确(què)的流量值(zhí)送(sòng)到(dào)中控。但(dàn)須注意(yì)的是(shì),零誤差的儀表(biǎo)是沒有的(de),若補償(cháng)方(fāng)法不(bú)當,有累(lèi)積這些(xiē)儀表誤差的可(kě)能,增加了故障因素(sù),所以,進行(háng)補償時須慎重考慮(lǜ)。另外,在某(mǒu)些場(chǎng)合,當(dāng)流體組分發生變化(huà)時,就(jiù)不能采用壓力、溫(wēn)度補償(cháng),而應采用密度(dù)補償[2]。
3 發(fā)展(zhǎn)前景
随着科學技術(shù)的不(bú)斷發展,與(yǔ)傳(chuán)統(tǒng)孔闆(pǎn)流量(liàng)計相(xiàng)比,當(dāng)今(jīn)智能孔闆流(liú)量計發展趨(qū)勢是一體化、高精(jīng)度、寬(kuān)量比的新(xīn)型流(liú)量計,并擁(yōng)有補償功能完善的流量計算機,具(jù)有強大(dà)的功能(néng)軟件,同(tóng)時設有(yǒu)rs485标準計算(suàn)機通(tōng)信接口(kǒu),可與dcs連接通(tōng)信(xìn),對維護(hù)檢修(xiū)提供了方(fāng)便,在工業生産(chǎn)過程中方便實(shí)用。同(tóng)時,由(yóu)于新(xīn)穎的差(chà)壓變送(sòng)器可(kě)同時測量差(chà)壓(yā)、靜(jìng)壓和溫(wēn)度,并經計算單(dān)元作氣體(tǐ)壓力(lì)、溫度修正或測(cè)氣體質量(liàng)流量(liàng),減(jiǎn)少了獨(dú)立的(de)傳感(gǎn)器(qì)數量(liàng),簡化管線(xiàn)工程,降(jiàng)低安裝費(fèi)用;減(jiǎn)少管(guǎn)線開孔,降(jiàng)低(dī)潛在洩露點(diǎn)[4],提高(gāo)整(zhěng)體可(kě)靠(kào)性,這些(xiē)都爲智能孔闆流量計更好(hǎo)地應用提供(gòng)了可靠的技(jì)術保(bǎo)證。
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