夾裝式超聲波氣體流量計在儲氣庫單井計量中的應用效果評價

馬振東，盧　冰，齊麗萍，侯曉東，吳學虎

（中國石油長慶油田分公司儲氣庫管理處，陜西靖邊　718500）

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夾裝式超聲波氣體流量計在儲氣庫單井計量中的應用效果評價

馬振東，盧冰，齊麗萍，侯曉東，吳學虎

（中國石油長慶油田分公司儲氣庫管理處，陜西靖邊718500）

摘要：本文針對儲氣庫注采井單井計量工藝及其特點，設計了夾裝式超聲波氣體流量計進行雙向計量試驗，通過注氣期和采氣期計量流量計對比分析研究，論證了夾裝式超聲波氣體流量計計量參數和應用效果。應用試驗表明，夾裝式超聲波氣體流量計計量準確、安全可靠、大管徑計量精度高，適合儲氣庫注采高低壓轉換、較大流量工況下的計量需求，同時投資運行管理費用適中，操作維護簡便。

關鍵詞：儲氣庫；夾裝超聲波流量計；試驗研究；效果評價

儲氣庫注采站單井計量系統在注、采氣不同時期計量管線設計為注采同管雙向計量。由于儲氣庫采用高壓注氣、低壓采氣注采工藝，在采氣初期，天然氣氣體中攜帶油分或者凝析地層水及巖屑雜質等，影響流量計的測量精度，容易造成氣量計量誤差，當流量計承載靜壓差較大時，極易導致流量計阻流件卡阻、損壞或脫落。儲氣庫注采單井對于氣量計量要求雙向計量、承載高低壓交替變化，而且計量精度高等特點，所以選用適合運行工況的流量計至關重要，通過性能對比，夾裝式超聲波氣體流量計的夾裝式探頭直接安裝在工藝管道外壁，具有不直接接觸介質，無壓損，安裝維護無需中斷工藝介質，儀表量程比寬，可測流量范圍廣等優點。在儲氣庫設計及評價過程中選了5臺夾裝式超聲波氣體流量計進行了現場測試試驗，取得了較好的使用效果。

1　夾裝式超聲波流量計工作原理

夾裝式超聲波流量計采用絕對數字時間差法檢測氣體的流量，利用超聲脈沖在氣流中傳播的速度與氣流的速度有對應的關系，即順流時的超聲脈沖傳播速度比逆流時傳播的速度要快，這兩種超聲脈沖傳播的時間差越大，則流量也越大的原理。在實際工作過程中，處在上下游的探頭將同時發射超聲波脈沖，顯然一個是逆流傳播，一個是順流傳播。氣流的作用將使兩束脈沖以不同的傳播時間到達接收換能器。由于兩束脈沖傳播的實際路程相同，傳輸時間的不同直接反映了氣體流速的大小[1]。氣體超聲流量測量幾何圖（見圖1）。

圖1　氣體超聲流量測量幾何圖

利用流速計算公式，通過時間的檢測得到氣流流速，進而計算體積流量。

式中：tD－順流傳播時間，s；tU－逆流傳播時間，s；L－聲道長度，m；c－聲速，m/s；ν－氣體軸向平均流速，m/s；氣體沿聲道的平均流速，m/s；φ－超聲波脈沖的傾斜角，rad。

夾裝式超聲波流量計可以同時配套兩組超聲探頭，取兩組平均值進行測量。

2　夾裝式超聲波流量計現場試驗

2.1測量系統參數設置

根據實際測量環境，正確輸入氣質、管道等參數。對管道直徑壁厚要用卡尺和測厚儀分別多點測量取其平均值，輸入系統后就可以得到探頭安裝距離。

2.2組件安裝

測量管道比較老舊的工礦，盡量不要使用2聲程（V法）安裝傳感器，應選用1聲程（Z法），這樣的安裝方法，對超聲波流量計的流量傳感器發出的超聲波，很容易被對測的流量傳感器接收，而超聲波流量計主機的信號強度得到保證，并能保證高精度的測量值。

在測量新管道時，當遇到有油漆或渡鋅管道的時候，可以用粗紗先處理管道表面，然后再用細紗繼續處理，這樣保證超聲波流量計的流量傳感器安裝點光滑、平整，超聲波流量計的流量探頭可以良好的與所測量管道外壁接觸。另外，在對某管道進行流量數據采集前，一定要自己去測量管道的外周長（用卷尺）、壁厚（用測厚儀）、管道外壁的溫度（表面溫度測量儀）等。

安裝探頭時，必須把管外欲安裝探頭區域的油漆銹跡清理干凈，避免局部凹陷，凸出物修平，在探頭中心和管壁上涂上厚度為2 mm～3 mm的耦合劑，緊貼管壁夾裝。探頭和管壁之間不能有空氣及砂粒等雜物，以保證耦合良好，且同一組探頭要安裝在管道同一軸線上；探頭之間的距離以夾架上尺寸和兩探頭最內距離邊緣為準，避免引起更大的測量誤差。探頭安裝處和管壁反射處必須避開接口和焊縫。探頭安裝處的管道襯里和垢層不能太厚。襯里、銹層與管壁間不能有間隙。對于銹蝕嚴重的管道，可用手錘震擊管壁，以震掉壁上的銹層，保證聲波正常傳播。但必須注意防止擊出凹坑。現場安裝測試流程圖（見圖2）。

2.3現場測試試驗

2．3．1注氣階段試驗進行兩組連續測試對比試驗：第一組配產35×104m3/d，連續注氣10 d，第二組配產55×104m3/d，連續注氣10 d，進行夾裝式超聲波流量計

圖2　儲氣庫注采計量系統流程

圖3　注氣期兩組試驗數據對比分析圖

計量數據和孔板流量計及貿易高級氣體超聲波流量計計量數據對比，測量數據（見圖3）。

圖4　采氣期兩組試驗數據對比分析圖

數據分析認為，夾裝式超聲波流量計運行平穩，注氣期氣質比較干凈，夾裝式超聲波流量計相對于貿易高級氣體超聲波流量計輸差小于2 %。

2．3．2采氣階段試驗進行兩組連續測試對比試驗：第一組配產60×104m3/d，連續采氣10 d，第二組配產110×104m3/h，連續采氣10 d，進行夾裝式超聲波流量計計量數據和孔板流量計及貿易高級氣體超聲波流量計計量數據對比，測量數據（見圖4）。

數據分析認為，夾裝式超聲波流量計運行基本平穩，夾裝式超聲波流量計相對于貿易高級氣體超聲波流量計輸差小于4 %，輸差比注氣期大，說明氣流中攜帶的污水等顆粒雜質對夾裝式超聲波流量計精度有一定影響。

3　試驗效果及認識

通過注氣期和采氣期的兩組現場測試試驗，表明夾裝式超聲波氣體流量計計量精度高，能夠滿足±5 %的計量要求[2]。性能安全可靠、基本可實現免維護，適合儲氣庫注采高低壓轉換、流量范圍大等工況下的計量需求，具有推廣價值。

參考文獻：

［1］黃和，游明定，等.天然氣流量計量（第三版）［M］．北京：石油工業出版社，2005：259.

［2］天然氣地面工程技術與管理［M］．北京：石油工業出版社，2011：412-414.

作者簡介：馬振東，男，工程師，2005年畢業于西安石油大學測控技術與儀器專業，現就職于長慶油田分公司儲氣庫管理處，從事計量管理及研究工作，郵箱：mzd_cq@petrochina.com.cn。

*收稿日期：2016－01-19

DOI:10.3969/j.issn.1673-5285.2016.02.011

中圖分類號：TE934

文獻標識碼：A

文章編號：1673-5285（2016）02-0042-03