摘要(yao):文章論述了(le)智能孔闆流(liú)量計 在天然(rán)氣測量中的(de)應用情況,分(fèn)析了傳統孔(kǒng)闆流量計的(de)原理及在石(shí)油天然氣鑽(zuàn)采工程領域(yù)應用的優缺(quē)點,闡述🚶了新(xin)型一體化智(zhi)能孔闆流量(liàng)計的特點及(ji)對未來♍發展(zhan)前景的展望(wang)。
　　在20世紀初, 孔(kǒng)闆流量計 應(yīng)用于天然氣(qì)流量測量,經(jīng)過一個世紀(jì)的發展,它已(yǐ)成爲✉️全世界(jiè)最主要的天(tian)然氣流量計(ji)[1]。近年來,盡管(guan)出現了許多(duo)新型天然🔞氣(qi)測量流量計(jì),如,超聲流量(liàng)計、氣體渦輪(lún)流量計等。但(dan)由于孔闆流(liu)量計測量技(ji)術曆史悠久(jiǔ)、應用♋範圍廣(guang)、結構簡單、使(shǐ)用壽命長及(ji)價格低等特(te)點,且标 準型(xíng)孔闆流量計(ji) 可以無須校(xiao)準而确定信(xin)号(差壓)與流(liu)量的關系,并(bing)估算其測量(liàng)🥵誤差等特點(diǎn),在流量計中(zhōng)是惟一的。正(zhèng)是由于上述(shu)原因,在今後(hòu)相當長一個(ge)時期内,由于(yu)種種因素的(de)制約,特别是(shì)标定不能獲(huò)得妥善解決(jue)之前,孔闆流(liu)量計仍是天(tiān)然氣計量的(de)主要儀表。
1　孔(kǒng)闆流量計的(de)測量原理
　　孔(kǒng)闆流量計是(shì)根據安裝在(zài)管道中孔闆(pǎn)産生的差壓(ya)、已知流體條(tiao)件和孔闆與(yu)管道的幾何(hé)尺寸來測量(liàng)流量。它由孔(kǒng)闆、 差壓變送(sòng)器 和流量顯(xiǎn)示儀組成。如(ru)圖1,當流體流(liu)經設置在管(guǎn)道中的🔱節流(liú)件(孔闆)時,流(liú)束将在節流(liú)件處形成局(jú)部🤟收縮。此時(shí)流速🥵增大,靜(jing)差壓降低,在(zài)孔闆前後産(chǎn)生差壓,流🤞量(liang)愈大🐅,差壓愈(yu)大,因而可根(gēn)據差壓來衡(heng)量流量的大(dà)小。這種測量(liang)方法是以流(liú)動連續性方(fang)程(質量守恒(héng)定律)和伯努(nǔ)利方程(能量(liàng)守恒定律)爲(wèi)基🈚礎,流量爲(wèi)[2]。
qm= C(1-β 4)- 1/2επ/[4d2(2Δpρ1)1/2],
　　式中,qm爲質量(liang)流量,kg/s;C爲流出(chū)系數m3/s;ε爲可膨(peng)脹形系數;β爲(wei)直徑比,β= d/ D; d爲工(gong)作條件下節(jiē)流件孔徑,m;D爲(wei)工作條件下(xià)♊上遊管道内(nèi)徑,m;Δp爲差壓,Pa,Δp= p1- p2;ρ1爲(wei)⚽上遊流體密(mì)度,kg/m3。

2　新型(xing)孔闆流量計(jì)的特點
　　由孔(kǒng)闆流量計的(de)測量原理可(kě)知,流量與差(cha)壓爲平方根(gēn)關系,如果壓(ya)差降低到原(yuán)差壓的1/9,則流(liu)量将減小到(dao)原流量的1/3,這(zhe)樣🔞,對于😘一個(ge)差壓上限固(gù)定的差壓變(biàn)送🌈器來說✌️,其(qí)測量精度是(shì)下降了,這就(jiù)是傳統孔闆(pan)流量計的量(liàng)程比最大爲(wèi)4∶1的原因。在石(shí)油天然🌈氣鑽(zuàn)采工程領域(yù),天然氣💯的流(liú)量,物性參數(shu)等會随年份(fèn)不同,工況條(tiao)件不同有很(hěn)㊙️大差異,采用(yong)傳統孔闆流(liu)量計測量存(cun)在測量範圍(wéi)窄,測量精度(du)低,需在工況(kuàng)變化時,更換(huan)不同的孔闆(pan)元件等缺點(diǎn)。近年來,随着(zhe)微電子技術(shu),計算機技術(shù)🔴,新材料,新工(gōng)藝的迅🧑🏽‍🤝‍🧑🏻速發(fa)展,差壓變送(sòng)器和流🤞量計(jì)已大大提高(gao)其性能及可(kě)靠性,儀表廠(chǎng)家相繼開🛀發(fā)了一些寬幅(fu) 一體化智能(néng)孔闆流量計(ji) ,對原有的孔(kong)闆流量計做(zuo)了很大改進(jin)。
a)　流量測量範(fan)圍擴展方式(shì)改進　在石油(yóu)天然氣測量(liang)中,對流😍量變(bian)化大的場合(he),傳統做法是(shi)同時配備多(duo)塊β值不同的(de)孔闆或并列(lie)幾台流量計(jì)。新型智能孔(kong)闆流量計,如(ru),日本SONIC公司開(kāi)發的孔闆流(liu)量計,其流量(liang)比的範圍可(ke)在流量計算(suan)機上進行選(xuǎn)擇✂️。流量計算(suan)機上除設有(you)正常流量比(bǐ)外,還設有2個(gè)擴展功能(如(rú)圖2),一是爲了(le)計🏃🏻量小流量(liàng),可将計量範(fan)圍擴大到最(zuì)大可測流量(liang)的1/40,這種功能(néng)是在流量計(jì)算機上采用(yong)擴展差壓分(fèn)解功能🤩系統(tong),不用更換孔(kong)闆☀️和差壓變(biàn)送器就可完(wan)成;另一個擴(kuo)展功能就是(shì)大流量側計(jì)量範圍的擴(kuò)張,這是将差(chà)壓擴大,從而(ér)使大流量側(cè)的計量範圍(wei)加以擴大的(de)一種系統。另(ling)外還有超寬(kuān)🔱幅範📧圍方式(shi),量程比最大(da)可達1∶180,采用2台(tai)差壓變送器(qi),各自負擔着(zhe)小流量範圍(wei)和大流量範(fàn)圍的測量,各(ge)自獨立發信(xìn)号,流量💰計算(suan)機則把這些(xie)信号分成不(bú)㊙️同領域進行(hang)變換選擇,并(bìng)在各👨‍❤️‍👨領域進(jin)行演算,從而(er)使超寬幅範(fàn)圍在測量上(shang)✂️也能保證較(jiao)高的精度。雖(suī)然多投入了(le)1台差壓變送(song)器,但是與并(bing)列2台流量計(jì)的設備費用(yong)相比,既提高(gāo)了經濟效益(yì),又節省了來(lái)回切換的麻(má)煩;與采用多(duō)塊孔闆的方(fāng)法相比,避免(miǎn)🔞了孔闆更換(huan),降低了生産(chǎn)操作難度🌍。
b)　孔(kong)闆元件與二(er)次儀表(差壓(ya)變送器及流(liu)量積算儀)一(yī)✉️體🐉化　傳統孔(kǒng)闆流量計在(zai)應用中,孔闆(pan)與二次儀🔞表(biǎo)分💜開,把差壓(yā)信号送到中(zhōng)控進行流量(liàng)計算,在流🈲量(liàng)變化👨‍❤️‍👨較大的(de)場合,還需配(pei)備多塊孔👉闆(pan),一體化流量(liàng)計完全解決(jué)了這一不便(biàn),使孔闆和二(er)次儀表成爲(wèi)一體,省去了(le)引壓管線⁉️,減(jian)少了故障率(lü),改善了動态(tai)特性,方便了(le)㊙️安裝使用[2],且(qiě)體積小,節約(yue)成本,無需現(xiàn)場更換孔闆(pǎn),隻需設定量(liang)程比即可,操(cao)作方便,受❌到(dào)用戶的歡迎(ying)。

c)　自動溫壓補(bu)償功能　孔闆(pan)流量計的總(zǒng)精度爲± 0.8%～ 5.0%[3],對孔(kong)闆流量計來(lai)說,密度是影(ying)響流量計特(te)性的最主要(yào)參數,而密度(du)又是溫度、壓(yā)力的函數,現(xian)場壓力溫度(du)波動是不可(ke)避免的,由此(ci)引起的物性(xìng)參數的變動(dong)是使用時産(chan)生附加誤差(chà)的主🔅要原因(yīn)之一,在高精(jīng)度測量時應(ying)特别注意。由(yóu)于天然氣是(shì)可壓縮流體(tǐ),受溫度、壓力(li)的💛影響較大(da),爲了保證精(jing)确度,常常采(cǎi)用溫壓補償(cháng)。新型孔闆流(liu)量計可将壓(yā)力和溫度信(xin)号直接送入(rù)現場流🈲量計(ji)算機,對流量(liang)進👈行壓力和(hé)溫度變化時(shi)的自動補償(cháng)運算,并将精(jīng)确的流量值(zhí)♻️送到中控。但(dan)須注意的是(shi),零誤差的儀(yí)表💞是沒有的(de)🙇🏻,若補償方法(fa)不當,有累積(ji)這些儀表誤(wù)差的可能,增(zēng)加了故障因(yin)素,所以,進行(háng)補償時須慎(shèn)重考慮。另外(wai),在某些場合(he),當流體組分(fen)發生變化時(shí),就不能采用(yòng)😘壓力、溫度補(bu)償🐆,而應采用(yòng)密度補償💋[2]。
3　發(fa)展前景
　　随着(zhe)科學技術的(de)不斷發展,與(yǔ)傳統孔闆流(liú)量計相比,當(dang)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻今智能孔闆(pǎn)流量計發展(zhan)趨勢是一體(tǐ)化、高精度、寬(kuan)量比的新♻️型(xing)流量計,并擁(yōng)有補償功能(neng)完善的💔流量(liang)計算機,具有(you)強大的功能(néng)軟件,同時設(she)有RS485标準計算(suan)機通信接口(kou),可與DCS連接通(tōng)信,對維護檢(jian)修提供㊙️了方(fang)便,在工業生(sheng)産過程中方(fang)便實用。同時(shí),由于新穎的(de)差壓變送器(qì)可同時測量(liàng)差壓、靜壓和(he)溫度,并經計(ji)算單元作氣(qi)體壓力、溫度(du)修正或測氣(qì)體質量流量(liàng),減少了獨立(lì)的傳感器數(shù)量,簡化管線(xiàn)工程,降低安(an)裝費用;減少(shǎo)管線開孔,降(jiang)低潛在洩露(lu)點[4],提高整體(tǐ)可靠性,這些(xiē)都爲智能孔(kǒng)闆流量計更(geng)好地應❓用提(ti)供了可靠的(de)技術保證。

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