摘要:文(wen)章論述(shu)了智能(neng)孔闆流(liu)量計 在(zai)天然氣(qi)測量中(zhong)的應用(yong)情況,分(fen)析了傳(chuan)統孔闆(pan)流🎯量計(ji)的原理(li)及在石(shi)油天然(ran)氣鑽采(cai)工程領(ling)域應用(yong)的優缺(que)點,闡述(shu)了新型(xing)一體化(hua)智能孔(kong)闆流量(liang)計的特(te)點及對(dui)未來發(fa)展前景(jing)的展望(wang)。
　　在20世紀(ji)初, 孔闆(pan)流量計(ji) 應用于(yu)天然氣(qi)流量測(ce)量,經過(guo)一個世(shi)紀的發(fa)展,它已(yi)成爲全(quan)世界最(zui)主要的(de)天然氣(qi)流量計(ji)[1]。近年來(lai),盡管出(chu)現了許(xu)多新型(xing)天然⛹🏻‍♀️氣(qi)測量流(liu)量計,如(ru),超聲流(liu)量計、氣(qi)體渦輪(lun)流量計(ji)等。但由(you)于孔闆(pan)流量計(ji)測量技(ji)術曆史(shi)悠久、應(ying)用範圍(wei)廣、結構(gou)簡單、使(shi)用壽命(ming)長及價(jia)格低等(deng)特點,且(qie)标 準型(xing)孔闆流(liu)量計 可(ke)以無須(xu)校準而(er)确定信(xin)号(差壓(ya))與流量(liang)的關系(xi),并估算(suan)其測量(liang)誤差等(deng)特點,在(zai)流量計(ji)中是惟(wei)一的。正(zheng)是由于(yu)上述原(yuan)因,在🌂今(jin)後相當(dang)長一個(ge)時期内(nei),由于種(zhong)種因素(su)的制約(yue),特别是(shi)标定不(bu)能獲得(de)妥善解(jie)決之前(qian),孔闆流(liu)量計仍(reng)是天然(ran)氣計量(liang)的主🔴要(yao)儀表。
1　孔(kong)闆流量(liang)計的測(ce)量原理(li)
　　孔闆流(liu)量計是(shi)根據安(an)裝在管(guan)道中孔(kong)闆産生(sheng)的差壓(ya)、已知流(liu)體條件(jian)和孔闆(pan)與管道(dao)的幾何(he)尺寸來(lai)測量流(liu)量。它由(you)孔闆、 差(cha)壓變送(song)器 和流(liu)量顯示(shi)儀組成(cheng)。如圖1,當(dang)流體流(liu)經設置(zhi)在管道(dao)💛中的節(jie)流件(孔(kong)闆)時,流(liu)束将在(zai)節流件(jian)處形成(cheng)局部收(shou)縮。此時(shi)流速增(zeng)大,靜差(cha)♍壓降低(di),在孔闆(pan)前後産(chan)生差壓(ya),流量愈(yu)大,差壓(ya)愈大,因(yin)而可根(gen)據差壓(ya)來衡量(liang)流量的(de)大小。這(zhe)種測量(liang)方法是(shi)以流動(dong)連㊙️續性(xing)方程🚩(質(zhi)量守恒(heng)定📞律)和(he)伯努利(li)☔方程(能(neng)量守🐉恒(heng)定律)爲(wei)基礎,流(liu)量爲[2]。
qm= C(1-β 4)- 1/2επ/[4d2(2Δpρ1)1/2],
　　式(shi)中,qm爲質(zhi)量流量(liang),kg/s;C爲流出(chu)系數m3/s;ε爲(wei)可膨脹(zhang)形系數(shu);β爲直徑(jing)比,β= d/ D; d爲工(gong)作條件(jian)下節流(liu)件孔徑(jing),m;D爲工作(zuo)條件下(xia)上遊🧑🏽‍🤝‍🧑🏻管(guan)道内徑(jing)🌈,m;Δp爲差🌈壓(ya),Pa,Δp= p1- p2;ρ1爲上遊(you)流體密(mi)度,kg/m3。

2　新型(xing)孔闆流(liu)量計的(de)特點
　　由(you)孔闆流(liu)量計的(de)測量原(yuan)理可知(zhi),流量與(yu)差壓爲(wei)平方根(gen)關系,如(ru)♊果壓差(cha)降低到(dao)原差壓(ya)的1/9,則流(liu)量将減(jian)小到原(yuan)流量的(de)1/3,這樣,對(dui)于一個(ge)差壓上(shang)限固定(ding)的差壓(ya)變送器(qi)來說❓,其(qi)測量精(jing)度是💃下(xia)降了🔴,這(zhe)就是傳(chuan)統孔闆(pan)流量🚶‍♀️計(ji)的量程(cheng)比最大(da)爲4∶1的原(yuan)因。在🌐石(shi)油天然(ran)氣鑽采(cai)工程領(ling)域,天然(ran)氣的流(liu)量,物性(xing)參數等(deng)會随年(nian)份不同(tong),工況條(tiao)件不同(tong)有很大(da)差異,采(cai)用傳統(tong)孔闆流(liu)量計測(ce)量存在(zai)測量🍉範(fan)圍窄,測(ce)✔️量精度(du)低,需在(zai)工況變(bian)化時,更(geng)換不⛷️同(tong)的孔闆(pan)元件等(deng)缺點。近(jin)年來🙇🏻,随(sui)着微電(dian)子技術(shu),計算機(ji)技術,新(xin)材料,新(xin)工藝的(de)迅速發(fa)展,差壓(ya)變送🤩器(qi)和流量(liang)計已大(da)大提高(gao)其性能(neng)及可靠(kao)性,儀表(biao)廠家相(xiang)繼開發(fa)了一些(xie)寬幅 一(yi)體化智(zhi)能孔闆(pan)流量計(ji) ,對原有(you)的孔闆(pan)流量計(ji)做了很(hen)大改進(jin)。
a)　流量測(ce)量範圍(wei)擴展方(fang)式改進(jin)　在石油(you)天然氣(qi)測量㊙️中(zhong),對流㊙️量(liang)變✊化大(da)的場合(he),傳統做(zuo)法是同(tong)時配備(bei)多塊β值(zhi)不同的(de)孔闆或(huo)并列幾(ji)台流量(liang)計。新型(xing)智能孔(kong)🔴闆流量(liang)計,如,日(ri)本SONIC公司(si)開發的(de)孔闆流(liu)量計,其(qi)流量比(bi)的範圍(wei)可在流(liu)量計算(suan)機上🍉進(jin)行選擇(ze)。流量計(ji)算機上(shang)除設有(you)正常流(liu)量比外(wai),還設有(you)2個擴展(zhan)功能(如(ru)🤩圖2),一是(shi)爲了計(ji)量小流(liu)量,可将(jiang)計量範(fan)圍擴大(da)到最💛大(da)可測流(liu)量的1/40,這(zhe)種功能(neng)是在流(liu)量計算(suan)機上采(cai)用擴展(zhan)差壓分(fen)解功能(neng)❌系統,不(bu)用更換(huan)孔闆和(he)差壓變(bian)送器就(jiu)可🧑🏽‍🤝‍🧑🏻完成(cheng);另一個(ge)擴展功(gong)能就是(shi)大流量(liang)側計量(liang)範圍的(de)擴張,這(zhe)是将差(cha)壓擴大(da),從而使(shi)大流量(liang)側的計(ji)量範圍(wei)加以擴(kuo)大的一(yi)種系統(tong)。另外還(hai)有超寬(kuan)幅範🚶‍♀️圍(wei)方式,量(liang)程比最(zui)大可達(da)1∶180,采用2台(tai)差壓變(bian)送器,各(ge)自負擔(dan)着小流(liu)量範圍(wei)和大流(liu)量範♈圍(wei)的測量(liang),各自獨(du)立發信(xin)号,流量(liang)計算機(ji)則把這(zhe)些信号(hao)分成不(bu)👉同領域(yu)進行變(bian)換選擇(ze),并在各(ge)領域進(jin)行演算(suan),從而使(shi)超寬幅(fu)範圍在(zai)測量上(shang)也能保(bao)證較高(gao)的精度(du)。雖然多(duo)投入了(le)1台差壓(ya)變送器(qi),但是與(yu)并列2台(tai)流量計(ji)🏃‍♀️的設備(bei)費用相(xiang)比,既提(ti)高了經(jing)濟效益(yi),又節省(sheng)了來回(hui)切換的(de)麻煩;與(yu)采用多(duo)塊🤟孔闆(pan)的方法(fa)相比,避(bi)免了孔(kong)闆更換(huan),降低了(le)生産操(cao)作難度(du)㊙️。
b)　孔闆元(yuan)件與二(er)次儀表(biao)(差壓變(bian)送器及(ji)流量積(ji)算儀)一(yi)體化　傳(chuan)統孔闆(pan)流量計(ji)在應用(yong)中,孔闆(pan)與二次(ci)儀表分(fen)開,把差(cha)壓🔞信号(hao)送到中(zhong)控進行(hang)流量計(ji)算,在流(liu)量變化(hua)較大的(de)場合,還(hai)需配備(bei)多塊孔(kong)闆,一體(ti)化流量(liang)計完全(quan)解決了(le)這一不(bu)便,使孔(kong)闆和二(er)次儀表(biao)成爲一(yi)體,省去(qu)了引壓(ya)管線🌏,減(jian)少了故(gu)障率,改(gai)善了動(dong)💋态特性(xing),方便了(le)安裝使(shi)用[2],且體(ti)積小,節(jie)約成本(ben),無需現(xian)場更換(huan)孔闆,隻(zhi)需設定(ding)量程比(bi)即⭕可,操(cao)作方便(bian),受到用(yong)戶的歡(huan)迎。

c)　自動(dong)溫壓補(bu)償功能(neng)　孔闆流(liu)量計的(de)總精度(du)爲± 0.8%～ 5.0%[3],對孔(kong)闆流✍️量(liang)計❌來說(shuo),密度是(shi)影響流(liu)量計特(te)性的最(zui)主要參(can)數,而密(mi)度又是(shi)溫度、壓(ya)力的函(han)數,現場(chang)壓力溫(wen)度波動(dong)是不可(ke)避免的(de),由此引(yin)起的物(wu)性😄參數(shu)的變動(dong)是使用(yong)時産生(sheng)附加誤(wu)差的主(zhu)要原因(yin)之♌一,在(zai)高精度(du)測量時(shi)應特别(bie)注意。由(you)于天然(ran)氣是可(ke)壓縮流(liu)體,受溫(wen)度、壓力(li)的影響(xiang)較大,爲(wei)了保證(zheng)精确度(du),常常采(cai)用溫壓(ya)補🏃償。新(xin)型孔闆(pan)流量計(ji)可将💯壓(ya)力和溫(wen)度信号(hao)直接送(song)入現場(chang)流量計(ji)算機,對(dui)流量進(jin)行壓力(li)和溫度(du)變化💔時(shi)的自動(dong)補🏃🏻‍♂️償運(yun)算,并将(jiang)精确的(de)流量值(zhi)🥵送到中(zhong)控。但須(xu)注意的(de)是,零誤(wu)差的儀(yi)表是沒(mei)有的🤩,若(ruo)補償方(fang)法🛀🏻不當(dang),有累積(ji)這些儀(yi)表誤差(cha)的可能(neng),增加了(le)故障因(yin)素,所以(yi),進行🏃補(bu)償✨時須(xu)慎重考(kao)慮。另外(wai),在某些(xie)場⛷️合,當(dang)流體組(zu)分發生(sheng)變☔化時(shi),就不能(neng)采用壓(ya)力、溫度(du)補償,而(er)應采用(yong)密度補(bu)償[2]。
3　發展(zhan)前景
　　随(sui)着科學(xue)技術的(de)不斷發(fa)展,與傳(chuan)統孔闆(pan)流量計(ji)相比,當(dang)今智能(neng)💘孔闆流(liu)量計發(fa)展趨勢(shi)是一體(ti)化、高精(jing)度、寬量(liang)比的新(xin)型流量(liang)計,并擁(yong)有補償(chang)功能完(wan)善的🌈流(liu)量計算(suan)機,具有(you)強大的(de)功能🌏軟(ruan)件,同時(shi)設有RS485标(biao)準📧計算(suan)機通信(xin)接口,可(ke)與DCS連接(jie)通信,對(dui)維護檢(jian)修提供(gong)了方便(bian),在工業(ye)生産過(guo)程🐇中方(fang)便實用(yong)🆚。同時,由(you)于新穎(ying)的差壓(ya)變❄️送器(qi)可同時(shi)測量差(cha)壓、靜壓(ya)和溫度(du),并經計(ji)算單🥰元(yuan)作氣體(ti)壓力、溫(wen)度修正(zheng)或測氣(qi)體質量(liang)流⭐量,減(jian)少了獨(du)立的傳(chuan)感器數(shu)量,簡化(hua)管線工(gong)程,降低(di)安裝費(fei)❌用;減少(shao)管線開(kai)孔,降低(di)潛在洩(xie)露點[4],提(ti)高整體(ti)可靠性(xing),這些都(dou)爲智能(neng)孔闆流(liu)量計更(geng)好地應(ying)用提供(gong)了可靠(kao)的技術(shu)保證㊙️。

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