螺旋流量計高含水測量應用分析與探討

張成軍

(大慶油田有限責任公司第五采油廠,黑龍江大慶 163513)

螺旋流量計高含水測量應用分析與探討

張成軍

(大慶油田有限責任公司第五采油廠,黑龍江大慶 163513)

目前中轉站用來計量液體的大都是容積式(腰輪、刮板等)流量計。容積式流量計應用雖然比較成熟,但在油田開采的中后期,隨著中轉站外輸液介質成分及流量變化以及變頻技術的應用,容積式流量計應用已出現量程小、磨損快、維修難度大、維護費用高等不適應性;如何從根本上解決這些問題,需要從計量原理上改變——采用螺旋式流量計。螺旋式流量計結構簡單、量程比寬、易維護,經濟性、節能性都很好。通過現場精度實測,計量穩定、經濟核算,得出螺旋式流量計可以滿足中轉站液量計量要求的結論。

流量計;容積式;螺旋式;評價

0 引 言

某油田自20世紀60年代至今,中轉站原油主要采用容積式流量計進行計量,運行可靠、準確的計量效果一直被認可,但在油田開采的中后期,隨著中轉站外輸液介質成分及流量變化(高含水、含聚、含砂、大流量)以及變頻技術的應用,容積式流量計應用上的許多缺點越來越明顯,如外輸液高含水、含砂使介質潤滑度變差,加快容積式流量計的磨損;外輸液含聚使黏度增大,經常造成過濾網的堵塞;外輸液流量的增大和變頻器的應用加大了流量計量程比的要求(容積式流量計的量程比窄);另外容積式流量計體積大、質量大、機械部件多也造成了維護難度大、維修費用高。如何更好地解決容積式流量計的不足,需要從計量方式上改變。

1 容積式流量計計量原理及結構

容積式流量計的測量方法為當被測液體流經流量計時,流體的流動壓力使進出口間形成一個壓差,在此壓力的作用下推動腰輪旋轉,隨著腰輪的轉動,液體經由計量室被不斷排出流量計,由于每轉一圈排出的液體體積是恒定的,即排出量正比于轉數,通過腰輪密封軸、調整機構將旋轉的次數減速后傳遞到總量顯示器,計算出體積流量。其結構與工作原理如圖1所示。

圖1 容積式流量計結構原理

2 容積式流量計應用現狀

2.1 現 狀

目前,該礦12座中轉站中使用了14臺容積式流量計,口徑主要為φ250 mm和φ200 mm。其計量精度不受流體狀態的影響,流量計前后不需要直管段,無論測量高黏度或低黏度液體,均可在較大范圍內保證高精度、高耐用性及高精確度,因而應用多年,已形成一套較為成熟的管理維護機制,如“在線修復”、“QC方法降維修費用”等,為生產控制、生產決策提供了有效的支持。

2.2 突出問題

2.2.1 故障率高且維修難度大

2009年初至今,該礦小修42臺次,大修10臺次,平均每年每臺維修近4次。因其體積龐大,每次大修,起碼要上一個維修班,倒鏈是必備工具,難度稍大,就得用吊車。工期最短也需兩天。若有配件需到外單位加工,則需延長工期,增加維修費用。

2.2.2 維護費用高且量程相對變小

該礦每年約需23萬元才能維持中轉站的正常計量。而且各中轉站用的都是大口徑的容積式流量計,其中,15號、3號、20號中轉站容積式流量計已經出現量程小的問題,具體表現為齒輪箱易損壞,噪聲大。

2.2.3 計量精度降低

2009年檢定的容積式流量計中,131號、136號檢前誤差已達4%,磨損嚴重。如何從根本上解決這些問題?決定采用螺旋式流量計,但螺旋式流量計的精度與穩定性是否可靠,決定了能否替代容積式流量計進行中轉站液量計量。

3 螺旋式流量計工作原理及應用

2007年在某140轉油放水站安裝了L HS-200螺旋流量計。安裝前,對其進行了檢定,檢定完全達標。

3.1 工作原理

當流體通過管道時,沖擊螺旋式轉子的葉片,對轉子產生驅動力矩,使轉子克服摩擦力矩和流體阻力矩而產生旋轉。在一定的流量范圍內,對一定的流體介質黏度,轉子的旋轉速度與流體流速成正比。由此,流體流速可通過轉子的旋轉角速度得到,從而可以計算出通過管道的流體流量。磁電感應式檢出裝置安裝在殼體上,當螺旋轉子的葉片掃過檢出裝置時,改變了檢出裝置中的磁通量,使線圈中產生變化的感應電勢,通過顯示器的放大整形,產生脈沖信號。由于轉子的旋轉速度與流體流速成正比,因此脈沖信號的頻率與流體流速成正比,即:

式中 f——螺旋流量計輸出脈沖頻率;qV——通過流量計的流量;K——比例系數,也就是螺旋流量計的儀表系數。

3.2 結構與特性

3.2.1 基本結構

螺旋式的轉子兩端鑲有硬質合金軸承,并由前、后兩個導向架固定在殼體中。為了保證流體的流動狀態穩定,兩端各有一個整流件。整流件和導向架由壓緊圈固定在殼體中。與通常的渦輪流量計不同,螺旋流量計的轉子葉片是兩片螺旋式的葉片,且長度大大超過通常的渦輪流量計。該流量計測量范圍:250～700 m3/h,口徑: φ200 mm,結構簡單,運動部件少,對流量計前后直管段要求不高;體積小,安裝、拆卸方便。結構如圖2所示。

3.2.2 特 性

因螺旋轉子采用不銹鋼材料,軸和軸承采用硬質合金,具有較高的耐腐蝕性和耐磨性,螺旋轉子表面還可涂覆“特富龍”,以降低流體的黏性阻力的影響,適應高含水液體流量計量。

3.2.3 其他特點

a)與流量計一體安裝的 TBS顯示器可同時顯示累積流量和瞬時流量,方便讀數,同時輸出的脈沖信號,可以傳輸給遠端的顯示儀表或計算機進行信號處理。

b)采用低溫度漂移的D/A轉換器,保證在寬溫度范圍下的電流環精度(典型20 ppm/℃,最大50 ppm/℃)。

c)使用新的脈沖檢測算法,保證流量測量的穩定性和高精度(頻率測量精度優于十萬分之一)。

d)電路低溫特性,-25℃以下可正常使用。

e)更友好的用戶操作界面。

f)直接輸入流量系數 K,不需換算。

圖2 螺旋流量計結構

3.3 應用效果分析

3.3.1 計量穩定性

2009年8月10日至10月9日,進行了連續兩個月的流量計數據與井口液量數據對比跟蹤,如圖3所示。

圖3 井口液量與流量計讀數對比

圖3中外輸量是從流量計上讀取的;井口液量是進站總井口液量減去放水量得到的。此圖中兩曲線的變化趨勢一致,說明流量計運行穩定可靠。

3.3.2 計量精度對比

2009年10月9～10日,用流量計現場標定車進行了現場對比,通過控制直通閥門開度的大小,在100～350 m3/h的流量范圍內進行了3個點的對比測試(如圖4所示),觀察是否符合高含水原油計量精度在2%以內的要求。

a)左段是在直通開度 12扣,平均流量約100 m3/h時得到的精度隨時間變化的曲線圖。從圖中可以看出,在2009-10-09 T 22:07及以前,對比于標定車的精度皆在 2%以內,2009-10-09 T 22:07至 2009-10-10 T 03:07誤差最大達到 3. 8%,超出2%,該時刻之后復歸入2%以內。該流量下全程精度為1.94%,符合要求。

圖4 三點流量下的精度曲線

b)中段是在直通開度 8扣,平均流量約265 m3/h時得到的精度隨時間變化的曲線圖。從圖中可以看出,從2009-10-10 T 04:57-T 07:40,對比于標定車的精度在2%以內,符合要求。

c)右段是在直通全關時,平均每小時流量約345 m3/h時得到的精度隨時間變化的曲線圖。從圖中可以看出,從2009-10-10 T 09:07-T 10: 07 4個時間點,對比于標定車的誤差近1%,符合要求。

從圖 4的分析中看到,在 265 m3/h和345 m3/h兩點,精度小于2%;在100m3/h流量下,大部分時間點精度都在2%以內,因其在流量計量程下限以下,有些時間點大于2%,亦屬正常。因此,可以確定L HS-200螺旋流量計的精度在規定量程內,測量精度可以滿足高含水原油計量的要求。

4 對比評價

4.1 流量計量

由于各站應用的都是大口徑的腰輪流量計,其中,111號,201號,130號,150號是一站用2臺。假若要在111號中轉站換用螺旋流量計,以其250～700 m3/h的量程來算,它可以適應外輸1.68×104m3/d液量計量,只要安裝1臺螺旋流量計,就完全可取代現有的2臺腰輪流量計來計量11 000 m3/d液量。

4.2 維護管理

目前,水、氣的計量中,以磁電感應來獲取流量信息的流量計都有所應用,如渦街流量計、電磁流量計、旋進旋渦氣體流量計等。這種流量計內外信號傳遞沒有運動部件,不必擔心滲漏;體積小,質量輕,便于拆卸檢定;提供可被計算機處理的信號,利于實現自動控制。無或很少運動部件,不易損壞;有故障時,處理程序,操作步驟都很簡單。

4.3 節能效果

螺旋流量計前后無壓差,減小了泵的耗電量。應用前后,外輸液單耗節電0.018kW·h,如某1號轉油放水站每天的液量超過7 000 m3,則年可節電約45 990元。

5 幾點思考和認識

a) 螺旋式流量計用于原油集輸的時間很短,磁傳感器測量精度是否會受應用時間的延長和溫度影響?葉輪上是否會結垢?另外在脫氣效果不理想的場所,計量精度將會降低(相對于容積式流量計)等問題,還需在應用中做長期觀察。

b) 從目前在某1號轉油放水站的應用看,速度式流量計對目前中轉站液量計量的適應性很好,可作為未來中轉站液量計量器具更新的選擇。

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TH815.2

B

1007-7324(2010)06-0069-03

2010-09-13(修改稿)。

張成軍(1968—),男,黑龍江大慶人,1988年畢業于東北石油大學自動化儀表專業,一直從事儀表及自控設計工作,任助理工程師。