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高含硫天然气孔板流量计量准确度影响因素及控制措施

作者: 来源: 发布时间:2018-07-20 11:52:39

 摘 要:天然气流量计量是天然气工业生产中十分重要的环节,从气井井口到用户是一个密闭的系统,计量的准确与否,不仅影响各工艺过程,也将对天然气的产、供、销等各个环节产生重要的影响。因此高含硫天然气的计量一直是生产单位十分关注的一个问题,流量计量技术及仪表得以大力发展。本文着重介绍高含硫环境下孔板流量计准确度的影响因素及措施。

 
         标准孔板具有测量精度高,安装方便,使用范围广、造价低等特点,与三阀组或五阀组、差压变送器配套,可广泛应用于各种复杂介质的流量测量。针对所存在的问题,分析影响测量准确度的主要因素,为提高标准孔板流量计的测量准确度,提出以下几点具体措施。
 
1 影响测量准确度的因素
         在实际计量工作中,影响高含硫天然气流量测量准确度除了有实际流动状态、节流装置偏离标准、流量积算方法不当、计量管理等四种因素外,还有以下几种因素。
 
1.1 整流器附硫对计量的影响
         气流通过节流装置的流动必须是保持亚音速稳定的或仅随时间缓慢变化的单相牛顿流体。在气流流经孔板前,其流束必须与管道轴线平行,不得有旋转流,特别不适用于脉动流的流量测量。但是在高含硫气井现场使用中,实际流动状态达不到这种理想的实验室的参比条件要求,由于气井含硫、产水、整流器的空隙发生堵塞等干扰因素,会使计量管道中出现脉动流或涡流。从试验中发现,在孔板上游40D的直管段产生涡流,会使流量值示值低10%。
 
1.2 标准孔板节流装置附硫的影响
         在对孔板阀拆洗的过程中发现高级孔板阀的阀腔内、导板和孔板上附着大量的单质硫等杂质,这些杂质造成孔板阀的孔板无法正常的提取,给高级孔板阀的定期清洗工作造成不便,还会对孔板的锐利度产生不良影响,使得计量不准确。
 
         孔板流量计的流出系数C是在上游直管段充分长的实验室的参比条件下,即孔板节流装置在满足规定的技术指标下进行校准标定的,应做到几何尺寸相似和流体力学相似,才具有其计量的特性曲线。当孔板入口直角尖锐度和测量管内壁粗糙度受硫磺等固体颗粒影响达不到标准要求时,都会引起气流流态的畸变而使流出系数C值改变,从而影响流量计准确度。据文献可知,对于小孔径孔板,入口边缘只要有轻微的磨圆就会引起流量测量值5%的负偏差,严重磨蚀和中等沾污的孔板也会引起12%的负偏差。而在高含硫环境下,孔板沾污较多,偏差度远大于12%。
 
1.3 引压系统堵塞对计量的影响
         气质中含有大量的硫磺颗粒,频繁发生仪表引压管路堵塞问题。仪表引压管发生堵塞后,仪表检测到的差压就不准,严重时,差压会长时间小于仪表下限或高于仪表上限。虽然加装加热装置,可以在很大程度上减轻堵塞,但是仍没有彻底解决根本问题,仍会存在计量数据波动,计量不准的现象,尤其是在天气较冷的秋冬季节。
 
1.4 取压阀组损坏对计量的影响
         由于计量仪表频繁发生堵塞,为了保证计量的准确性,就必须对仪表进行解堵,频繁开关引压管针阀和五阀组或三阀组的针阀,导致针阀发生内漏或者阀杆处外漏。同时高含硫天然气环境中引压管针阀和五阀组或三阀组的针阀存在腐蚀的现象,所以导致差压的取值偏低,对计量的影响程度随损坏和腐蚀程度的不同而不同。
 
1.5 流量变送器膜片受损对计量的影响
         由于杂质不光附着在引压管上,还会附着在计量仪表的膜片上,光通过三阀组或五阀组的放空口解堵没有什么效果,需要从流量变送器表头两侧的放空口进行放空解堵。由于大部分解堵是通过利用高压酸气冲击堵塞物,所以频繁的解堵极易造成流量变送器的膜片变形或损坏,导致计量不准,存在4%的偏差。
 
2 提高高含硫孔板计量准确度的措施
         为了提高高含硫孔板计量准确度,可采取以下措施。
2.1 采用可换孔板装置
         可换孔板节流装置是一种新型节流装置,节流元件精确地安装在固定的座体内(座体通过法兰与管道连接),在不拆动管道或不停止流体输送的情况下,可方便地提升孔板,进行检查、清洗或更换,从而保证了计量准确度。采用液压升降的装置,孔板提升轻便,特别适用于大口径孔板。这种节流装置还配有清洗室和清洗机构,为解决污垢介质,特别是单井天然气的准确计量提供了有效手段。
 
2.2 采取硫溶剂加注措施
         工业实际运用表明,防治硫沉积zui有效的方法是注入硫溶剂。硫溶剂是将元素硫与输送管道内壁的接触面减到zui低,使元素硫保持气态随气流一起运动,从而阻止元素硫的沉积。
 
         目前,国内外解决硫沉积的方法主要有化学除硫法和物理除硫法,常用的溶硫剂主要有DMBS(含催化剂)、胺类、CS、轻汽油及柴油等。为适应实际生产,溶剂本身还应具有如下特点:与井内产出流体不发生反应,不伤害地层;与沉积硫通过化学方式溶解时,没有不可逆反应的发生;具有防腐蚀的能力;合适的粘度,低的蒸气压、不燃烧、非毒性;要求与水有一定的密度差,以便与采出水相分离,并具有抗乳化作用;溶剂能循环再生,再生损失少,同时要求回收其中溶解的硫磺方法要简单。
 
2.3 采取隔离分离装置
         在高含硫气田生产过程中,由于硫沉积的存在,因此极易造成引压系统堵塞,从而使流量计量数据频繁波动,计量系统出现较大的偏差。针对这种情况zui有效的方式就是在引压系统采用隔离或者分离装置,将气体中存在的固态硫以及其它物资与天然气分开。定期清理隔离分离装置中沉积的杂质,减轻硫沉积对流量计引压系统的影响,保证引压系统的正常运行,提高计量系统的准确度。
 
2.4 建立健全各项规章制度
         加强计量管理,建立健全各项规章制度,严格执行计量法规,是确保孔板流量计测量天然气流量准确度的关键。按照GB/T18603—2001《天然气计量系统技术要求》标准,统一孔板流量计测量系统按照不同规模规定的测量系统配置二次测量仪表,从设计开始,经施工、验收、投产、操作和维护等都按统一的技术要求执行,使天然气流量测量、流量积算方法、定期维护保养,校对都在严格的技术要求控制中,抓好全面质量管理,才能确保流量测量的准确度。严格按照流量计算值的检验标准程序,对各种不同的流量积算方法计算出的流量值进行严格的检验。对标准孔板流量计测量系统进行流量测量不确定度评估,其测量系统总的流量测量不确定度应低于zui大允许误差。完善计量管理制度,制订一项切合实际需要的孔板流量计操作使用和管理规程。其内容包括,建立健全各级计量管理责任制度、标准计量器具周期送检和维护制度、工作仪表检验、调校和维修制度、计量设备和计量仪表的资料档案管理制度等。加强计量技术人员培训,提高计量人员的技术管理水平

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