摘要:文(wen)章論述了智能孔(kong)闆流量計 在天然(ran)氣測量中的應用(yong)情況,分析了傳統(tǒng)孔闆流量計的🌐原(yuán)理❌及在石油天然(ran)氣鑽采工程領域(yù)應用的優缺點,闡(chan)述了新型一體化(hua)智能孔闆流量計(jì)的特點及對未來(lai)㊙️發展前景的展望(wang)。
　　在20世紀初, 孔闆流(liú)量計 應用于天然(ran)氣流量測量,經過(guò)一個世紀的發展(zhǎn),它已成爲全世界(jiè)最主要的天然氣(qì)流量計[1]。近年來,盡(jìn)✔️管出現了許多新(xīn)型天然🈲氣測量流(liú)量計,如,超聲流⭐量(liang)計、氣體渦輪流量(liàng)計等。但由于孔闆(pǎn)流量計測量技術(shu)曆史悠久、應用🍓範(fan)圍廣、結構簡單、使(shi)用壽命長及價格(gé)低等特點,且标 準(zhǔn)型孔闆流量計 可(ke)以無須校準而确(que)定信号(差壓)與流(liu)量的關系,并估📧算(suàn)其測量誤差等特(tè)點,在流量計中是(shi)惟一的。正💋是由🙇🏻于(yú)上💋述原因,在今後(hòu)💯相當長一個時期(qi)内,由于💁種種因素(sù)的制‼️約,特别是标(biāo)定不能獲得妥善(shan)解決🔆之前,孔闆流(liu)量計仍是天然氣(qi)計量的主要儀表(biǎo)。
1　孔闆流量計的測(ce)量原理
　　孔闆流量(liang)計是根據安裝在(zai)管道中孔闆産生(shēng)的差壓、已知流體(ti)♊條件和孔闆與管(guan)道的幾何尺寸來(lai)測量流量。它由孔(kǒng)闆、 差壓變送器 和(hé)流量顯示儀組成(chéng)。如圖1,當流體流經(jīng)設置在管道中的(de)節💚流件(孔闆)時,流(liú)束将在節流件處(chu)形成局部收縮。此(ci)時流速增大,靜差(cha)💋壓降低,在孔闆前(qian)後産生差壓,流量(liang)愈大,差壓愈大,因(yin)而可根據差壓來(lái)衡量😘流量的大小(xiao)。這種測量方法是(shì)以流動連續性方(fang)程(質量守恒定律(lü))和伯努利方程(能(néng)量守恒定律)爲基(ji)🔞礎,流量爲[2]。
qm= C(1-β 4)- 1/2επ/[4d2(2Δpρ1)1/2],
　　式中,qm爲(wèi)質量流量,kg/s;C爲流出(chū)系數m3/s;ε爲可膨脹形(xing)系數;β爲直徑比💛,β= d/ D; d爲(wei)工👄作條件下節流(liu)件孔徑,m;D爲工作條(tiáo)件下上遊管道内(nèi)徑,m;Δp爲差壓,Pa,Δp= p1- p2;ρ1爲👉上遊(you)流體密度,kg/m3。

2　新型孔闆流(liu)量計的特點
　　由孔(kǒng)闆流量計的測量(liàng)原理可知,流量與(yǔ)差壓爲平方根關(guan)系,如果壓差降低(dī)到原差壓的1/9,則流(liu)量将減小到原流(liú)量的1/3,這樣,對于一(yi)個差壓上限固定(ding)的差壓變送器來(lái)說,其測量精度是(shi)下降了,這就是傳(chuán)統🚶孔闆流量計的(de)量程比最大爲4∶1的(de)原因。在石油天然(ran)氣鑽采工程領域(yù),天然氣的流量,物(wù)性參數等會随年(nian)份不同,工況💋條件(jian)不同有很❓大差異(yì),采用傳❤️統孔闆流(liu)量計測量存在測(cè)量範圍窄,測量精(jīng)度低,需在🔞工況變(biàn)化時,更換不🔱同的(de)孔闆元件等缺點(diǎn)。近年來,随着微電(dian)子技術,計算機技(jì)術,新材料,新工藝(yi)的迅👉速發展,差壓(yā)變送器和流🍉量計(ji)已大大提⭐高其性(xing)能🤟及可靠性,儀表(biao)廠家相繼開💘發了(le)一些寬幅 一體化(huà)智能孔闆流量計(ji) ,對原有的孔闆流(liú)量計做了很大改(gai)進。
a)　流量測量範圍(wéi)擴展方式改進　在(zài)石油天然氣測量(liàng)中,對流量變化大(da)的場合,傳統做法(fa)是同時配備多塊(kuài)β值不同✉️的孔闆或(huò)🌈并列幾台流量計(jì)。新型智能孔闆流(liu)量計,如,日🐇本SONIC公司(sī)開發的孔闆流量(liang)計,其流量比的範(fan)圍可在流量計算(suan)機上進行選擇。流(liú)量計算機上除設(she)有正常流量比外(wai),還設有2個擴展功(gōng)能(如圖2),一是爲了(le)計量小流量,可将(jiāng)計量範圍擴大到(dào)最大可測流量的(de)1/40,這種功能👄是在流(liu)量㊙️計算機上采用(yòng)擴🙇🏻展差壓分解功(gōng)能系統,不用更換(huan)孔闆㊙️和差壓變✊送(sòng)器就可完成;另一(yi)個擴展功能就是(shi)大流量側計量範(fan)圍的擴張,這✂️是将(jiang)差壓擴大,從而使(shǐ)大流量側的計量(liang)範圍加以擴大的(de)一種系統。另外還(hai)有超寬幅範圍方(fang)式,量程比最大可(ke)達✏️1∶180,采用2台差壓變(bian)送器,各自負擔着(zhe)小流量範圍和大(da)流量範圍的測量(liang),各自獨立發信号(hao)✌️,流量計算機則把(ba)這些信号分成不(bú)⚽同領域進行變換(huan)選擇,并在各領域(yu)進行演算,從而使(shi)超寬幅範圍在測(ce)量上也能保證較(jiào)高📞的精度。雖💃然多(duō)投入了1台差壓變(biàn)送器,但是與并列(lie)2台☁️流量計的設備(bei)費用相比,既提高(gāo)了經濟效益,又節(jie)省了來回切換的(de)麻煩;與采用多塊(kuai)✨孔闆的方法⚽相比(bi),避✔️免了孔闆更換(huàn),降低了生産操作(zuo)難度。
b)　孔闆元件與(yu)二次儀表(差壓變(biàn)送器及流量積算(suàn)儀)一體化　傳統孔(kong)闆流量計在應用(yòng)中,孔闆與二次儀(yi)表分開,把差壓信(xìn)号送到中控進行(hang)流量計算,在流量(liang)變化較大的場合(he),還❄️需配備多塊孔(kong)闆,一體化流量計(jì)完全解決了這一(yī)不便,使孔闆和二(èr)次儀表成爲一體(ti),省去了引壓管線(xian)💁,減少了故障㊙️率,改(gǎi)善了動态特性,方(fāng)便了安裝使用[2],且(qie)體📧積小,節約成本(ben),無需🔞現場更換孔(kong)闆,隻需設定量程(cheng)比即可,操作方便(biàn),受🔴到用戶的歡迎(yíng)。

c)　自動溫壓補償功(gong)能　孔闆流量計的(de)總精度爲± 0.8%～ 5.0%[3],對孔闆(pan)流量計來說,密度(dù)是影響流量計特(tè)性的最主要參數(shu),而密度又是溫度(du)、壓力的函數,現場(chǎng)壓力溫度波動是(shi)不可避免的,由此(cǐ)引起的物性參數(shù)的變動是使用時(shi)👈産生附加誤差的(de)主要原因之一,在(zai)高精🔴度測量時應(yīng)特别注意。由🔴于天(tiān)然氣是可壓縮流(liú)體❤️,受溫度、壓力的(de)影響較大,爲了保(bao)證精确度,常👅常采(cǎi)用溫壓補償。新型(xing)孔闆流💋量計可将(jiāng)壓力和溫度信号(hao)直接送入現場流(liu)⚽量計算機,對流量(liang)進🌏行壓力和溫度(du)變化時的自動補(bǔ)償運算,并将精确(que)的流量值送到中(zhōng)控。但須注意的是(shi),零誤差的儀表是(shì)沒有的🥵,若補償方(fāng)法不當,有累積這(zhè)些儀表誤差的可(ke)能,增💔加了故障因(yin)素,所以,進行補償(cháng)時✏️須慎重考慮。另(ling)外,在某些場合,當(dāng)流體組分發生變(biàn)化時,就不能采用(yòng)壓力、溫度補償,而(er)應采用密度補償(cháng)[2]。
3　發展前景
　　随着科(ke)學技術的不斷發(fa)展,與傳統孔闆流(liu)量計相比,當今智(zhì)能孔闆流量計發(fā)展趨勢是一體化(huà)、高精度、寬🤟量比的(de)新型流㊙️量計🔞,并擁(yōng)有補償功能完善(shàn)的流量計算機,具(jù)有強大的功能軟(ruan)件,同時設有RS485标準(zhun)計算機通信接口(kou),可與DCS連接通信,對(dui)維護檢修提供了(le)方便,在工業生産(chan)過程中方便實用(yong)。同時,由于新穎的(de)差壓變送📞器可同(tóng)時測量差壓、靜壓(ya)和溫度,并經計算(suàn)單元作氣🐪體壓力(lì)🏒、溫度修正或測氣(qì)體質量💋流量,減少(shao)了獨立的🐪傳感器(qi)數量,簡化管線工(gōng)程,降🤞低安裝費用(yong);減少管線開孔,降(jiang)低潛在洩露點[4],提(tí)高整體可靠性,這(zhe)些都爲智能孔闆(pan)流量計更好地應(yīng)用提供了可靠的(de)技術保證。

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