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我国石油天然气管道运输中孔板流量计的应用探析

作者: 来源: 发布时间:2017-12-05 10:24:28

 摘要 :随着我国计量标准系统的完善和技术的发展,新型流量计在石油天然气管道运输中作用逐渐突出,应用也更加成熟。本文结合我国流量计发展现状,对孔板式流量计、容积流量计和旋涡式流量计的优缺点进行分析,总结出新型流量计功能上的提升和性能上的优化,并通过具体案例说明新型流量计在实际管道运输中应用的作用。

 
        管道运输较比铁路运输具有安全密闭、占空间小的优点。我国 70% 的原油和 100% 的天然气都是通过管道运输的,而对管道运输的流量统计离不开流量计。指示被测量流量在选定时间间隔内流体总量的仪器称为流量计,我国石油、农业、化工等领域都有应用。随着经济的发展,我国对石油天然气等能源的需求量越来越大,因此对石油天然气计量工作的准确度和可靠性提出了更高的要求。
 
1 我国流量计的发展现状
        我国石油天然气管道运输中新型流量计研究起步较晚,我国石油天然气计量工作还处于发展的初级阶段,比发达国家在设计、安装维护和管理上存在一定差距,大多使用传统的流量计,导致测量结果误差较大,不符合国际标准。
 
        近年来,经济的发展使石油天然气等新能源的需求不断提高,需要使用更加智能的流量计进行测量,同时对我国计量工作提出了更高的要求。以下是现阶段我国流量计使用和发展的基本情况。
 
1.1 孔板流量计
        管道中流体与管道中安装的流量检测件相互作用产生差压,根据几何尺寸来对运输管道石油天然气流量进行计算的流量计称为孔板流量计,是较为传统的流量计之一,计量误差在 3% 左右。
 
        21 世纪初,我国大部分地区石油天然气管道运输流量计算都使用这种方式。主要特点是自动化水平较低,需要保证现场的施工条件,对施工人员技术水平要求较高且容易受到环境和人为因素的影响。近些年,随着科技的进步和石油行业的发展,管道运输对流量计的要求越来越高,这种流量计已经无法满足现阶段对流量计高精准度和高效率的要求。
 
1.2 有关容积的流量计
排量流量计中zui常使用的就是容积流量计,优点是测量精准度较高。工作原理是使用机械化的手段将流体进行分割,得到部分体积,根据测量室中排放体积和流体次数计算石油天然气总量。容积流量计的缺点是占地面积大,工作过程中产生大量振动和噪音,无法再在炎热或寒冷的环境中工作。
 
现阶段,我国具备原级标准装置和溯源能力的石油天然气流量计量站只有大庆总站、成都分站和南京分站。近些年,重庆也使用了一套用来检测中低压小流量天然气的设备。因此,想要在全国范围内推广具有一定难度,且成本较高。
 
1.3 旋涡式的流量计
        在涡轮感受流体流动速度的基础上,推导石油天然气的流量的方式称为旋涡流量,旋涡流量计由传感器和转换器两部分组成,属于流速式流量计的一种,采用先进的微处理技术,操作简单且监测范围广。旋涡流量计的优点在于安装管道时不会影响使用效果和计量精准度,比较适合石油等容易与管道粘连的液体。工作环境温度要求控制在 -30 ℃ ~ 55 ℃的范围内,适合我国绝大部分地区。不仅在石油行业,也在化工、煤炭等多个行业得到广泛应用。
 
2   我国流量计的实际应用
        21 世纪以前,我国石油天然气管道运输中zui常使用的计量仪器包括旋涡流量计、容积流量计以及孔板流量计,并且没有特定的计量标准。zui早的计量技术也是从国外引进的,但是,随着我国计量技术的发展和完善,流量计计量标准形成系统,石油天然气的管道运输流量计种类也不断增加。据不完全统计,2015 年,我国石油天然气计量器具已经超过了 2 200 台,新型超声波、孔板流量计以及旋涡流量计各占流量计总量的三分之一左右,其中旋涡流量计使用更为广泛。新型的中高压、大流量干线超声波流量计也会在未来的几年里得到广泛应用。
 
2.1 基于中小型流量的新型智能流量计
        新型智能流量计是在中小型流量计基础上加入了仿真技术和信号处理技术,可以采集石油天然气的压力、温度、流量等信息。数字信号处理技术的应用,扩大了流量计的测量范围,综合温度、流量、压力等信息,减少各种因素对测量结果的干扰,进而提高测量的准确度。仿真技术主要是在计算及流动力学的基础上,模拟差压和数值,使现场测量时流量计的准确度得到提升。随着我国石油天然气超声流量计的普及,新型智能流量计在我国北京、天津、新疆、四川等地区都得到了应用。其中,塔里木油田使用的流量计需要送到国家石油天然气大计量站南京检定点进行检定,过程中会耗费大量时间和资金,不利于流量计的实时使用。因此,新疆地区在2015 年 6 月 9 日动工建立guojia ji石油天然气大流量计量站,方便流量计的检定和及时使用。2016 年底塔里木检定点竣工投入使用,检定能力达到了每年 200 台,达到了guojia ji水平,满足了新疆及周边地区的需求。
 
2.2 孔板节流装置二次仪表智能化
        孔板流量计自身存在一定限制,导致测量精准度、自动化程度低的情况时有出现。因此,针对进行二次仪表优化,使更加智能的孔板节流流量计。在石油天然气的测量过程中采用智能化压力变送器和温度变数器差压计的孔板节流装置。通过互联网对压力和温度的变化进行监控,然后进行运算,计算结果更加精准。控制中心可以根据结果对石油天然气管道运输进行自动化的计量。不仅如此,使用二次仪表可以提高测量的精准度和稳定性,现代网络的运用方便了对石油天然气运输网络的监测和管理。孔板标准也进行了优化,由 SYL04 -83 转变为 SY/T6143 - 1996,升级为国家标准 ;《用气体超声流量计测量天然气》非等效采用 AGANO.9,参考了 ISO/TRl2765 的相关内容。例如,河北省石油公司在 2014 年使用了智能化的孔板节流装置,加入了湿度变速器和压力变送器,实现了石油管道运输自动化,测量误差从原来的 3% 下降到了 0.58%。2015 年油气勘采的全面放开为孔板流量计带来了第二春,智能化的孔板流量计结构稳定,标准化程度高,在改革试点的 6 个地区投入使用,三年时间内完成了勘探任务,成为现阶段zui受欢迎的流量计之一。
 
2.3 高压大流量计量技术的研究
        我国二十一世纪以来才进行超声流量计方面的研究,还处于发展的初级阶段,需要借鉴发达国家的先进经验和技术。研究的重点需要包括高压大流量计的安装环境、条件以及带压力超声换能器在不同压力条件下的应用。并且要对计量技术进行校准,送到检定中心检定。现代科技的发展促进了流量计的完善,未来流量计的研究将会不断提高在不同环境下计量的准确度和稳定性。随着科技的进步和网络智能化的应用,流量计也会与国际接轨,实现更深程度的自动化。2014 年,对具有典型代表的美国 Daniel、荷兰 Instromet、美国Contronlotron 所生产的超声流量计进行了试验检测,研究在不同安装条件、不同旋转角度、不同压力条件下声道故障状态的性能并进行现场应用 , 得出重要结论。经过实验检测后,北京、大庆、天津、河北、天津等地区已逐步引进超声流量计四十多台。口径在 DN 150mm~DN 400 mm 之间,误差控制在 0.5%~1%。
 
3 总结
        石油天然气管道运输中作为高精密仪器的流量计作用尤为重要。随着我国计量技术的进步和完善,新型的流量计功能不断增加,对环境的适应能力越来越强,适用范围也更加广阔。流量计也从zui初单一化逐渐变得多元化,新型流量计的应用为我国石油天然气校准打下坚实的基础,实现了更加全面的能量计量。本文分析了新型流量计在石油天然气实际管道运输中的作用,希望可以为技术人员提供一定的参考。
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