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普光氣田天然氣計(jì)量儀表的選擇和設(shè)計(jì)

來源:ABG儀表集團(tuán)   2013年05月18日 15:52  

摘  要:通過對幾種常用的天然氣流量計(jì)的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行對比分析,引出普光氣田天然氣計(jì)量儀表選擇孔板閥的理由,并詳細(xì)闡述了普光氣田計(jì)量系統(tǒng)的組成、材料的選擇、不確定度計(jì)算。雖然仍存在一些未解決的問題,但就目前來說,用孔板閥計(jì)量酸性天然氣流量仍然是的選擇。

0 引言

普光氣田是迄今為止中國規(guī)模zui大、豐度zui高的特大型整裝海相氣田之一。普光氣田的氣質(zhì)特殊,屬高含硫化氫和二氧化碳,硫化氫含量15.16%,二氧化碳含量8.64%。

1 各類流量計(jì)及其特點(diǎn)

大型氣田集輸和長輸氣體管線項(xiàng)目,流量計(jì)量以差壓式流量計(jì)、超聲波流量計(jì)和渦輪流量計(jì)的應(yīng)用zui多,以下為3種流量計(jì)的原理和優(yōu)缺點(diǎn)分析。

1.1 差壓式流量計(jì)

差壓式流量計(jì)是以流量守恒定律和流動連續(xù)性方程為基礎(chǔ)的,當(dāng)氣體流經(jīng)節(jié)流裝置時(shí),流速在節(jié)流裝置處形成局部收縮,從而使流速增加。靜壓力降低,在節(jié)流裝置前后產(chǎn)生靜壓力差(差壓),氣流的流速越大,節(jié)流裝置前后產(chǎn)生的差壓也越大,從而可通過測量節(jié)流裝置前后差壓來計(jì)量天然氣流量。

差壓式流量計(jì)由三部分組成[1],即將被測流體的流量變換成差壓信號的節(jié)流裝置。其中包括節(jié)流件和取壓裝置;傳輸差壓信號的管路;測量差壓值的差壓變送器及顯示儀表。

差壓式流量計(jì)通常以節(jié)流件型式分類,如孔板流量計(jì)、文丘里流量計(jì)等。測量天然氣流量時(shí),孔板流量計(jì)zui為常用。孔板流量計(jì)按照是否可以帶壓更換孔板,分為一體式孔板流量計(jì)和孔板流量計(jì)(孔板閥)。

優(yōu)點(diǎn):原理簡明,應(yīng)用技術(shù)成熟,容易掌握;適應(yīng)性強(qiáng),更換孔板即可實(shí)現(xiàn)不同流量的測量;性能穩(wěn)定可靠,使用壽命長;孔板為標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流件,不需要標(biāo)定[3]。缺點(diǎn):量程比小,一般為3∶1~5∶1;壓力損失較大;計(jì)量準(zhǔn)確度受影響因素較多;前后直管段要求,占地面積大。

1.2 超聲波流量計(jì)

超聲波流量計(jì)常用的測量方法為傳播速度差法、多普勒法等。常用的氣體超聲波流量計(jì)采用聲速差法,通過測量超聲波沿氣流順向及逆向傳播的聲速差,測量各種口徑管道內(nèi)穩(wěn)態(tài)或脈動氣流的雙向流速、流量。

超聲波流量計(jì)分為單聲道和多聲道式超聲波流量計(jì)。為保證精度,重要場合的超聲波流量計(jì)一般要求4聲道或以上。

優(yōu)點(diǎn):準(zhǔn)確度高,可達(dá)0.5%;量程范圍寬,可達(dá)100∶1以上;無壓損;對管路特性基本無干擾;無可動部件;可以相同準(zhǔn)確度進(jìn)行雙向測量(尤其適合天然氣正、反輸計(jì)量),可測脈動流。

缺點(diǎn):傳播時(shí)間法只能用于清潔液體和氣體;而多勒法只能用于測量含有一定量懸浮顆粒和氣泡的液體。

1.3 渦輪流量計(jì)

渦輪流量計(jì)屬于速度式葉輪儀表,其利用置于流體中的葉輪的旋轉(zhuǎn)角速度與流體流速成比例的關(guān)系,通過測量葉輪的轉(zhuǎn)速來反映體積流量的大小。渦輪流量計(jì)的變送器輸出與流量成正比的脈沖信號,并通過傳輸路線傳送給顯示儀表。

優(yōu)點(diǎn):度高,可達(dá)015%;反應(yīng)迅速,可測脈動流量;無零點(diǎn)漂移,抗*力強(qiáng);量程比寬;壓損小。

缺點(diǎn):其特性易受介質(zhì)物性和流體流動特性的影響,只能適用于潔凈氣體;渦輪轉(zhuǎn)動,軸承易于磨損,降低了穩(wěn)定性,使用壽命縮短;安裝要求高。

2 普光氣田氣體流量計(jì)的選擇

由于普光氣田的介質(zhì)為井口采出氣,氣質(zhì)較臟,渦輪流量計(jì)不適用于此。選擇流量計(jì)時(shí)主要從超聲波流量計(jì)和孔板流量計(jì)中進(jìn)行選擇。超聲波流量計(jì)由于精度高、量程比寬、無壓損等優(yōu)點(diǎn)在大型氣田及長輸管線都得到了廣泛應(yīng)用。但由于普光氣田介質(zhì)的特殊性(硫化氫含量15.16%,二氧化碳含量8.64%),我們zui終選擇了孔板流量計(jì)(孔板閥)。原因如下:通過技術(shù)交流,了解到超聲波流量計(jì)的聲楔材質(zhì)很難做到耐普光氣質(zhì)的腐蝕;硫化物以及二氧化碳對超聲波有吸音作用;孔板閥能夠?qū)崿F(xiàn)在線更換孔板,可應(yīng)對氣量的變化和氣體的腐蝕。

3 普光氣田計(jì)量系統(tǒng)

3.1 系統(tǒng)組成

普光氣田計(jì)量系統(tǒng)為孔板計(jì)量系統(tǒng),它由孔板閥和流量計(jì)算機(jī)(集成多變量變送器MVS)組成。孔板閥計(jì)量系統(tǒng)示意圖如圖1所示。

圖1 計(jì)量系統(tǒng)示意圖

流量計(jì)算機(jī)通過RS2485接口和標(biāo)準(zhǔn)的ModbusRTU協(xié)議將數(shù)據(jù)傳送至各集氣站的站控系統(tǒng)。

3.2 孔板閥

孔板閥可在不中斷氣體輸送、不拆卸或改動工藝管道的情況下檢查和更換孔板。技術(shù)要求應(yīng)符合ISO5167[4]、API1413.3[5]和AGANo.3以及國內(nèi)規(guī)范GB/T2624[7]、SY/T6143[2]的規(guī)定??装鍨闃?biāo)準(zhǔn)節(jié)流元件。需要注意的一點(diǎn)是孔板閥的密封問題。為了zui大限度地保證安全、防止天然氣泄漏,建議孔板片的密封為雙向密封。JB/T7252294中對滑閥密封和孔板密封都做了密封試驗(yàn)要求[8]。但此處滑閥密封的要求提得不太妥當(dāng),因?yàn)榭装逖b置除了以DANIEL為代表的齒輪轉(zhuǎn)動式外,還有一種是以FMC為代表的螺桿提升式。而螺桿提升式的孔板閥是沒有滑閥的。

普光氣田地面集輸工程選擇的孔板閥的結(jié)構(gòu)形式如圖2所示。

圖2 孔板閥結(jié)構(gòu)簡圖

3.3 流量計(jì)算機(jī)

普光氣田集輸工程選用的流量計(jì)算機(jī)集成多變量檢測、變送以及流量計(jì)算功能為一體,多變量變送器(MVS)能夠同時(shí)檢測出壓力和差壓信號。流量計(jì)算機(jī)依照AGA3和AGA8超壓縮因子(詳細(xì)級)計(jì)算標(biāo)況瞬時(shí)流量、標(biāo)況累計(jì)流量、熱值和相對密度,存貯1月以上數(shù)據(jù)。流量計(jì)算機(jī)有可擴(kuò)展的I/O、現(xiàn)場液晶顯示和標(biāo)準(zhǔn)的接口及通信協(xié)議,具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)歸檔能力。

3.4 材料

普光氣田的氣質(zhì)中,硫化氫含量達(dá)到15.16%,二氧化碳含量達(dá)到8.64%。為了zui大限度地保證生產(chǎn)的安全和人員安全,防止氫致開裂HIC(hydrogen2in2ducedcracking)和硫化物應(yīng)力開裂SSC(sulfidestresscracking),材料的選擇至關(guān)重要。

根據(jù)NACEMR0175/ISO15156的規(guī)定,滿足普光氣田的介質(zhì)條件的有2種材料方案:①選擇實(shí)驗(yàn)室已評定合格的材料,固熔退火鎳基合金或退火鎳基合金;②選擇低碳鋼材料,控制其硫、磷含量以及硬度,然后做材料評定。

由于鎳基合金的價(jià)格昂貴,一般僅接液部件為鎳基合金材質(zhì),這樣在閥體內(nèi)部需做堆焊處理。但因?yàn)榭装彘y的內(nèi)部零件較多,若堆焊不好會引起更嚴(yán)重的腐蝕,堆焊鎳基合金的方案無法做到。

因?yàn)楣こ淘O(shè)計(jì)首重工程實(shí)踐,實(shí)驗(yàn)室的依據(jù)是在缺乏工程實(shí)踐的前提下給出來的參考性方案。zui后,我們選擇的材料方案是調(diào)制低碳鋼+工程經(jīng)驗(yàn)評定。

4 仍存在的問題

普光氣田地面集輸工程的流量計(jì)量系統(tǒng)已經(jīng)完成設(shè)計(jì)和采購,但現(xiàn)在還存在一些未被很好解決的技術(shù)問題。如計(jì)量直管段問題:對于孔板閥廠家來說,直管段數(shù)量較少,滿足NACE規(guī)范的碳鋼管材難以采購。若由業(yè)主將采購的滿足NACE規(guī)范的工藝管材發(fā)給孔板閥工廠,工廠需要對管材進(jìn)行加工達(dá)到滿足計(jì)量要求的圓度以及粗糙度,則會造成壁厚減薄,不滿足腐蝕余量的要求。

5 結(jié)束語

由于普光氣田介質(zhì)的特殊性,國內(nèi)目前尚無開發(fā)此類氣田的經(jīng)驗(yàn)。由于沒有經(jīng)驗(yàn)可以借鑒,很多問題都是在學(xué)習(xí)和摸索中慢慢解決。雖然仍存在一些未解決的問題,但就目前來說,用孔板閥計(jì)量酸性天然氣流量仍然是的選擇。

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