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标准孔板流量计在普光气田的应用
发布时间:2019-12-18

摘要:普光气田气质特殊,高含硫化氢和二氧化碳,天然气计量采用标准孔板流量计,存在计量不稳定以及读数偏差较大等问题。基于孔板流量计的结构原理,从高级孔板阀选材、流量计计算机选择和连接部件设计3方面介绍了孔板流量计在普光气田的应用情况,最后根据软件和硬件2方面因素,分析了流量计量误差产生的原因,并据此提出了正确设置计量参数、定期清洗孔板阀、五阀组和引压管路等改进措施。这些措施对解决高含碗气田计量问题具有一定的指导意义。
0引言
  普光气田气质特殊,高含硫化氢和二氧化碳,硫化氢平均体积分数15. 16%,二氧化碳平均体积分数8.64%,对含酸性气体的天然气流量准确计量难度很大[1]'。天然气流量计量是企业生产和经营管理中的一-项重 要的技术基础工作,准确计量不但能公平地进行贸易结算,而且能指导改进生产工艺,提高产品质量,降低产品生产成本。普光气田集输系统采用保湿混输工艺,选用标准孔板流量计进行计量分方数在气田投产初期,存在计量不稳定及偏差较大的问题。从高级孔板阀选材、流量计计算机选择和连接部件设计3方面介绍了孔板流量计在普光气田的应用,最后通过软件和硬件分析了流量计量误差产生的原因,提出了正确设置流量计算参数、定期清洗孔板阀、五阀组和引压管路等改进措施。实践证明,这些措施可以有效解决普光气田流量误差问题。
1计量原理及特点
1.1计量原理.
  标准孔板流量计的计量原理为:基于流体流动的节流原理,以能量守衡和流动连续性方程为基础,利用流体流经标准孔板时在其前、后产生压差,通过测量压差的大小就可以间接地知道流量的大小。在标准状态下天然气流量的实用计算公式为:

  式中,q为标准状态下天然气体积流量,m3/s; A,为秒计量系数,视采用计量单位而定,此处A. =311 794x10-6; C为流出系数; E为渐近速度系数; d为孔板直径,mm; Fc 为相对密度系数; ε .为可膨胀系数; Fz为超压缩因子; Fr为流动温度系数; P:为孔板上游侧取压孔气流绝对静压,Pa;Ap为气流流经孔板时产生的压差,Pa。
1.2 结构及特点
  标准孔板流量计结构如图1所示,包括节流元件(标准孔板及其取压装置)、传输压差信号的引压管路、阀门以及差压计等部分。标准孔板是压差测量时的一次元件, 人们利用它在管道内使流体产生压差,再通过引压管路把孔板前、后产生的压差传送给差压变送器,再输人到二次仪表,从而显示出管道内流体的静压、压差、瞬时流量和累计流量等计量参数。
标准孔板流量计结构图
  标准孔板流量计有以下特点:①高级孔板阀结构简单,应用技术成熟,容易掌握;②适应性强,可实现在线更换、清洗和检查孔板;③性能稳定可靠,使用寿命长;④孔板为标准节流元件,不需要标定。存在的缺点主要有:①量程比较小;②压力损失较大;③受影响因素较多,不确定度大;④对前、后直管段要求高。
2标准孔板流量计在普光气田的应用
  普光气田集气站外输计量和集气总站外输总计量选用的慌量钟量仪表均为高级孔板阀流量计,由高级孔板阀、流量计算机及过程连接部件3部分组成。由于普光气田介质为高含硫化氢天然气,且集输工艺采用保湿混输工艺,天然气中含水和单质硫,相对于常规天然气计量,标准孔板流量计在普光气田的应用中有其本身的特点。
2.1高级孔板 阀的选材
  普光气田酸气外输采用的是丹尼尔高级孔板阀,以法兰取压标准孔板作为流量检测元件。阀体由上、下2部分组成,中间滑阀连通或切断,设有密封脂注,人机构,下阀腔与孔板上游连通。当孔板阀正常工作时,滑阀关闭,下阀腔压力与上游管内压力相等,上阀腔压力与大气压力相等,在上、下阀腔之间产生较大的压力差,此压力差作用在滑阀下方,从而增强其密封性。孔板阀底部设有排污阀,用于定期吹扫排除阀内污物。上阀腔亦设置有放气孔,可排出上阀腔内介质。孔板阀可实现在线更换、清洗和检查孔板,其操作也灵活方便。为保证在普光高含硫化氢工况下高级孔板阀的性能满足要求,并确保其使用寿命和安全生产,高级孔板阀上、下腔间的密封件采用全硬密封结构,阀板和阀座均采用316L材质,标准孔板片采用In-conel625材质,可有效防止硫化物应力开裂和氢致开裂。
2.2流量计算机选择
  对于高含硫化氢气田来说,一个重要的原则就是尽量减少动静密封点,从而降低泄漏风险。普光气田地面集输系统选用的流量计算机为艾默生的FLOBOSS103流量计算机,集成压差、静压双变量变送器、RTD温度变送器和流量计算功能于- -体。  FLOBOSS103检测孔板两侧压差及管道静压,并通过Pt100热电阻采集流体温度,可以就地显示这些测量值,同时也可通过标准的MODBUSRTU协议和RS485通信接口将参数值传给站控SCADA系统。可以接收上位机控制系统下载的气体组分信息,也可由MODSCAN32软件通过串口通信向FLOBOSS103内写入气体组分信息,还可通过配置软件ROCLINK 800人工输入组分信息。
  双变量变送器(DVS) 采用成熟可靠的罗斯蒙特电容元件技术测量压差。同时利用压阻和硅传感器技术检测静压,测量的过程值精确、稳定和可重复性好。其专用微处理器使用存储在永久存储器中的特征化数据对原始传感器信号进行线性化和校正。读数存储于FLOBOSS103的内部模拟输入点中,通过中断的方式向变送器的处理器发送数据。RTD 温度变送器采用铂电阻P100来采集现场流体温度,测量范围为-40~240 C,准确度等级为+0.2 C。
2.3过程 连接部件
  过程连接部件主要是指2个1/4NPT的取压阀、五阀组以及引压管路。双变量变送器(DVS)底部采用NPT内螺纹连接孔板上的引压管。上、下游管线通常连接到孔板的高、低压侧。由于连接部件均为长期接触高含硫化氢天然气的部件,且天然气为湿气,故不同于-般的天然气计量场合。普光气田现场的取压阀、五阀组和引压管均采用哈氏合金材质,且连接部件的孔径较大,如引压管路内径为12 mm,以防止沉积的单质硫等杂质堵塞引压管路。
3误差分析
  普光气田实际生产中,天然气外输计量采用的标准孔板流量计存在计量不稳定、读数偏差较大等问题,各集气站场的天然气外输计量总和与集气总站分线外输总计量存在输差问题。针对这一实际情况,从软件和硬件2方面展开分析。
3.1软件问题产生的计量数据误差
  采用标准孔板流量计测量天然气流量,其流量值与天然气组分、压差、压力和温度等参数有关。流量测量系统若未能严格按计量标准要求配置相应的测量仪表,流量计算时气体压力、温度和天然气组分的变化未能得到完全补偿,则会造成流量计准确度下降,形成测量误差。检查普光气田现场使用的流量计算机计算软件,其符合国家标准,测量系统完全满足标准孔板流量计计量标准,其测量误差基本可以忽略不计,所以在采用的计量标准方面,普光气田现场使用标准孔板流量计符合要求,不是产生误差的原因。
  标准孔板测量是通过节流取压差,引压管高压侧为静压,软件根据静压、压差、温度、气体组分、孔板孔径和管径等参数计算流量计值。在软件中可以对这些参数进行设置,若其中有-一个参数不准确,都会引起流量不准确。现场通过流量计配置软件检查各流量计参数的配置情况,设置值均与现场实际情况相符。同时,根据现场采集到的温度、压力、压差及软件中配置的管径、孔径等参数,然后根据国际计量标准AGA8气体压缩因子计算方式计算出的流量与流量计测量值非常接近,若以上有任何参数设置不正确,就会造成气体计量不准确[4-5]。随着高含硫气田的开发,气体中硫化氢含量不断增布,想成气体计量误差不断增大,通过及时更新气体组分数据,基本保证了气体流量计量的准确性。
3.2硬件问题产 生的计量数据误差
  现场生产实践表明,标准孔板流量计会因为标准孔板、五阀组、引压管路等硬件出现异常,导致流量计量不准确,“下 面分别进行分析。
3.2.1标准孔板
  对孔板进行研究后发现,普光气田生产现场85%以上的标准孔板均受到了不同程度的刮伤、变形,观察上、下游直管段,管道内壁沉积了大量的单质硫,导板周围出现腐蚀、碳化,且有杂质附着。
  普光气田现场作业较多,关井之后重新开井的过程比较迅速,造成孔板受天然气的强力冲蚀或机械磨损而产生划伤、变形,孔板的光洁度下降,入口的尖锐程度变圆,使其圆弧半径不能满足标准要求,使得计量数据比实际流量偏低;高级孔板阀和直管段内部附着单质硫之后,气体不能形成稳定的牛顿流体,造成计量误差;孔板在天然气冲击过程中,不同程度地产生了偏心,同时导板周围出现的腐蚀、碳化和杂质沉淀等因素,也会严重影响流量计量的准确性。通过严格执行操作规程,按照操作步骤平稳操作,确定开井方式;同时定期清洗孔板阀、计量直管段等方式可以有效解决上述问题。普光气田某集气站气体流量计量不准确,误差很大,通过拆卸高级孔板阀和直管段,发现内部有许多单质硫沉积。清洗高级孔板阀和直管段后,气体流量恢复正常。
3.2.2 五阀组
  在生产过程中,需要定时对孔板流量计进行排污。通过对五阀组进行解体检查,发现内部存在单质硫等杂质,造成五阀组中的平衡阀关不严,形成内漏,影响孔板流量计的上、下游取压,导致压差信号变小,仪表计量偏低。此类问题可通过清洗或更换新的五阀组得以解决。
3.2.3 仪表引压管路
  普光天然气会析出单质硫,单质硫在引压管路中沉积、固化,会引起引压管路堵塞,不能正常取压,孔板流量计不能及时得到正确的静压和压差,从而造成计量偏差。前期在普光气田现场生产过程中经常出现流量计示值长期不变化的情况。对此,采取在孔板流量计引压管线、五阀组等部位安装电伴热装置的办法,减少单质硫在引压管路中的析出、沉积,防止引压管路堵塞。同时定期对引压管路进行放空、清洗,确保引压管路不堵塞。
4结束语
  由于普光气田气质的特殊性,前期生产过程中更多的关注在选材和防腐方面,对造成计量偏差的因素估计不足,导致计量偏差较大;后期采取设定正确的计算参数,定期清洗孔板阀、五阀组和引压管线等措施后,圆满解决了计量偏差问题。总体而言,类似普光气田的工况使用标准孔板流量计需注意以下问题:①设定正确的流量计算参数,及时修正气体组分参数;②定期对标准孔板进行检查、清洗,发现问题后及时更换;③定期对五阀组及其引压管路进行排污验漏检查,冬季气温下降易发生冻堵和硫沉积,需增加排污次数。若发现五阀组及引压管路堵塞,应及时清洗或更换,保证其正常运行。

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