科氏質量流量計在油田分隊計量中的應用

李建榮

(中國石化股份有限公司勝利油田分公司現河采油廠)

科氏質量流量計在油田分隊計量中的應用

李建榮

(中國石化股份有限公司勝利油田分公司現河采油廠)

對油田分隊科氏質量流量計的選型、影響流量計計量誤差的因素進行了分析，并結合現場應用情況提出了應用建議，對提高原油分隊計量準確度具有積極的意義。

科氏質量流量計 原油計量 含水率 誤差

隨著油田精細化管理工作的不斷深入,以原油產量作為考核采油隊經濟效益和進行地質分析的主要依據，由此科學、準確地計量各基層隊的原油產量顯得尤為重要[1]。科氏質量流量計的現場應用,能夠彌補目前分隊計量準確度較低、不能連續計量等缺陷,實現液量的自動連續計量，提升分隊計量的準確性，為推動油田精細化管理水平提供了技術支持。

1 科氏質量流量計的工作原理

科氏質量流量計計量系統包括傳感器和用于信號處理的變送器。依據牛頓第二定律(力=質量×加速度，F=ma[2])，當質量為m的質點以速度v在半徑為r的管道內對P軸做角速度為ω的旋轉運動時，質點受兩個分量的加速度作用：法向加速度，即向心加速度αr，其量值等于2ωr，朝向P軸；切向角速度αt，即科里奧利加速度，其值等于2ωv，方向與法向加速度垂直。由于復合運動，在質點的切向角速度方向上作用著科里奧利力Fc=2ωvm，管道對質點作用著一個反向力，即-Fc=-2ωvm。

當密度為ρ的流體在旋轉管道中以恒定速度v流動時，任何一段長度為Δx的管道將受到一個切向科里奧利力ΔFc：

ΔFc=2ωvρAΔx

(1)

其中，A為管道的流通截面積，存在關系式qm=ρVA，所以有：

ΔFc=2ωqmΔx

(2)

因此，直接或間接測量旋轉管中流動流體的科里奧利力就可以測得質量流量qm。

2 科氏質量流量計應用于分隊計量的壓損和能耗分析

壓力損失主要包括沿程壓力損失和局部壓力損失。沿程壓力損失，主要取決于管路的長度、內壁光滑度、液體的流速及粘度等。局部壓力損失是液體流經閥口、彎管變化的通流截面等所引起的壓力損失。液體通過這些地方時，由于液體流動方向和速度均發生變化，形成旋渦，使液體質點間相互撞擊，從而產生較大的能量損耗[3]。

經過數學推導得出總的壓力損失∑Δp計算式為：

(3)

式中d——圓柱體直徑；

l——長度；

v——流體平均流速；

Δp1——沿程壓力損失；

Δp2——局部壓力損失；

λ——沿程阻力系數；

ξ——局部阻力系數。

由壓力損失產生的能耗理論計算式為：

PF=pMSv

(4)

(5)

式中PF——流體流過流量計損失的功率；

“科學史”雖然在某些有身份的自然科學工作者的強力支持下，被違背學理地列為與物理、化學等并列的“理科一級學科”，但其本質卻絕非如此.如果不是這樣，又焉能出現上述“困擾”口述史工作者的現實問題呢？記得1982年我初進科學史所時，已經在貴刊封面上出現過的杜石然先生就教導我說：作這個行當，必然有個“政治立場”的問題，也許你很討厭它，但卻無法回避.時至今日，隨著年齡、閱歷的增長，更加感到這一點的重要——不能理性而妥善處理“困擾”問題，只能說明政治上的幼稚.

pM——流量計兩端單位面積的壓力損失；

S——流量管的橫截面積。

水泵功耗計算式為：

(6)

式中Pw——水泵的功耗；

η——水泵的效率，通常取0.8。

通過以上分析可知：

(7)

表1 科氏質量流量計A試驗數據

表2 科氏質量流量計B試驗數據

綜合表1、2可以看出，不同型號、同口徑的科氏質量流量計在不同流量下，流量越大，壓損和能耗也越高，在大于50%最大流量時能耗急劇上升，低量程段的壓損和能耗要比高量程段的壓損和能耗小得多。且根據一些廠家提供的數據可知，隨著口徑的增大，在高量程段時的能耗也大幅提高。

由此可見，如果質量流量計工作在高量程段，那么，多臺質量流量計的年度運行費用將是一筆不小的開支。如果根據現場實際情況，在質量流量計選型時，使它工作在低量程段，那么對節能降耗是大有意義的。

3 科氏質量流量計在勝利油田聯合站的實際應用

勝利油田自2009年施行分隊計量以來，各采油廠逐步將科氏質量流量計應用于分離器之后的原油計量，由此建立起來的計量系統實現了對來液來油、管線液量的實時計量、實時對比，初步實現了生產自動化，給生產監控帶來了方便。現場應用流程如圖1所示。

圖1 科氏質量流量計的現場應用流程

計量系統將科氏質量流量計采集到的來液質量流量、體積流量、密度、純油質量、純油體積、純水體積、純油密度及含水率等生產數據通過傳輸通信模塊，利用現有的網絡傳到遠程數據庫服務器，應用流量計實時監控查詢軟件，可查詢各隊的流量計讀數、誤差及對比分析數據等報表，并自動計算出各隊的實時產量。

4 現場應用誤差來源分析與解決措施

由科氏質量流量計的原理、結構組成、相關的試驗數據和應用中的科氏質量流量計計量數據統計分析可知，科氏質量流量計的計量誤差產生原因和解決措施如下[4,5]：

a. 結垢問題。礦化水容易在科氏質量流量計內壁上結垢，對測量產生影響。結垢會使振動管的振動周期變大，測量含水率偏高，從而影響純油的計算精度。雖然科氏質量流量計對于微量含水和高含水的測量效果不理想，但對于含水率在20%～80%的原油，可以達到較高的準確度。

b. 外力振動干擾。在科氏質量流量計的安裝管路上，若附近有馬達或油泵等大型動力設備相連時，在啟動這些動力設備時或在工藝管線中出現水擊等脈動流時，極易引起管路與科氏質量流量計的共振，造成儀表測量數據忽大忽小，從而引起儀表測量誤差，故應注意安裝位置或加設固定裝置。

c. 零點漂移和調零。在科氏質量流量計使用過程中，調零必須在現場進行。科氏質量流量計零點漂移故障的可能原因和處理措施見表3。

5 結束語

隨著科氏質量流量計在勝利油田分隊計量中的廣泛應用，做好科氏質量流量計的安裝、防護工作顯得日趨重要。結合科氏質量流量計的工作原理和現場情況分析了計量誤差產生的原因，對做好流量計的維護保養，提高流量計的計量準確度具有重大意義。

表3 科氏質量流量計零點漂移故障的可能原因和處理措施

[1] 任鴻威，高漢超．質量流量計及其應用綜述[J]．化工自動化及儀表, 1997,24(5): 62～65．

[2] 周慶，王磊．實用流量儀表的原理及其應用[M]．北京:國防工業出版社，2003:133～140．

[3] 徐士信．科里奧利質量流量計的選用[J]．石油化工自動化，2002,38(6):8～13．

[4] Drahm W, Bjonnes H. A Coriolis Meter with Direct Viscosity Measurement[J].IEEE Computing and Control Eengineering,2003,14(4):42～43.

[5] 劉曉艷, 姜念琛,王鐸，等.科里奧利質量流量計的背壓問題[J].化工自動化及儀表, 2013,40(9): 1196～1197．

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2016-08-17，

2016-09-25)

李建榮(1970-)，高級工程師，從事集輸、采油等方面的管理工作，lijianrong109.slyp@sinopec.com。