夾裝式超聲波氣體流量計在儲氣庫單井計量中的應(yīng)用效果評價

馬振東，盧　冰，齊麗萍，侯曉東，吳學(xué)虎

（中國石油長慶油田分公司儲氣庫管理處，陜西靖邊　718500）

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夾裝式超聲波氣體流量計在儲氣庫單井計量中的應(yīng)用效果評價

馬振東，盧冰，齊麗萍，侯曉東，吳學(xué)虎

（中國石油長慶油田分公司儲氣庫管理處，陜西靖邊718500）

摘要：本文針對儲氣庫注采井單井計量工藝及其特點，設(shè)計了夾裝式超聲波氣體流量計進(jìn)行雙向計量試驗，通過注氣期和采氣期計量流量計對比分析研究，論證了夾裝式超聲波氣體流量計計量參數(shù)和應(yīng)用效果。應(yīng)用試驗表明，夾裝式超聲波氣體流量計計量準(zhǔn)確、安全可靠、大管徑計量精度高，適合儲氣庫注采高低壓轉(zhuǎn)換、較大流量工況下的計量需求，同時投資運行管理費用適中，操作維護(hù)簡便。

關(guān)鍵詞：儲氣庫；夾裝超聲波流量計；試驗研究；效果評價

儲氣庫注采站單井計量系統(tǒng)在注、采氣不同時期計量管線設(shè)計為注采同管雙向計量。由于儲氣庫采用高壓注氣、低壓采氣注采工藝，在采氣初期，天然氣氣體中攜帶油分或者凝析地層水及巖屑雜質(zhì)等，影響流量計的測量精度，容易造成氣量計量誤差，當(dāng)流量計承載靜壓差較大時，極易導(dǎo)致流量計阻流件卡阻、損壞或脫落。儲氣庫注采單井對于氣量計量要求雙向計量、承載高低壓交替變化，而且計量精度高等特點，所以選用適合運行工況的流量計至關(guān)重要，通過性能對比，夾裝式超聲波氣體流量計的夾裝式探頭直接安裝在工藝管道外壁，具有不直接接觸介質(zhì)，無壓損，安裝維護(hù)無需中斷工藝介質(zhì)，儀表量程比寬，可測流量范圍廣等優(yōu)點。在儲氣庫設(shè)計及評價過程中選了5臺夾裝式超聲波氣體流量計進(jìn)行了現(xiàn)場測試試驗，取得了較好的使用效果。

1　夾裝式超聲波流量計工作原理

夾裝式超聲波流量計采用絕對數(shù)字時間差法檢測氣體的流量，利用超聲脈沖在氣流中傳播的速度與氣流的速度有對應(yīng)的關(guān)系，即順流時的超聲脈沖傳播速度比逆流時傳播的速度要快，這兩種超聲脈沖傳播的時間差越大，則流量也越大的原理。在實際工作過程中，處在上下游的探頭將同時發(fā)射超聲波脈沖，顯然一個是逆流傳播，一個是順流傳播。氣流的作用將使兩束脈沖以不同的傳播時間到達(dá)接收換能器。由于兩束脈沖傳播的實際路程相同，傳輸時間的不同直接反映了氣體流速的大小[1]。氣體超聲流量測量幾何圖（見圖1）。

圖1　氣體超聲流量測量幾何圖

利用流速計算公式，通過時間的檢測得到氣流流速，進(jìn)而計算體積流量。

式中：tD－順流傳播時間，s；tU－逆流傳播時間，s；L－聲道長度，m；c－聲速，m/s；ν－氣體軸向平均流速，m/s；氣體沿聲道的平均流速，m/s；φ－超聲波脈沖的傾斜角，rad。

夾裝式超聲波流量計可以同時配套兩組超聲探頭，取兩組平均值進(jìn)行測量。

2　夾裝式超聲波流量計現(xiàn)場試驗

2.1測量系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置

根據(jù)實際測量環(huán)境，正確輸入氣質(zhì)、管道等參數(shù)。對管道直徑壁厚要用卡尺和測厚儀分別多點測量取其平均值，輸入系統(tǒng)后就可以得到探頭安裝距離。

2.2組件安裝

測量管道比較老舊的工礦，盡量不要使用2聲程（V法）安裝傳感器，應(yīng)選用1聲程（Z法），這樣的安裝方法，對超聲波流量計的流量傳感器發(fā)出的超聲波，很容易被對測的流量傳感器接收，而超聲波流量計主機(jī)的信號強度得到保證，并能保證高精度的測量值。

在測量新管道時，當(dāng)遇到有油漆或渡鋅管道的時候，可以用粗紗先處理管道表面，然后再用細(xì)紗繼續(xù)處理，這樣保證超聲波流量計的流量傳感器安裝點光滑、平整，超聲波流量計的流量探頭可以良好的與所測量管道外壁接觸。另外，在對某管道進(jìn)行流量數(shù)據(jù)采集前，一定要自己去測量管道的外周長（用卷尺）、壁厚（用測厚儀）、管道外壁的溫度（表面溫度測量儀）等。

安裝探頭時，必須把管外欲安裝探頭區(qū)域的油漆銹跡清理干凈，避免局部凹陷，凸出物修平，在探頭中心和管壁上涂上厚度為2 mm～3 mm的耦合劑，緊貼管壁夾裝。探頭和管壁之間不能有空氣及砂粒等雜物，以保證耦合良好，且同一組探頭要安裝在管道同一軸線上；探頭之間的距離以夾架上尺寸和兩探頭最內(nèi)距離邊緣為準(zhǔn)，避免引起更大的測量誤差。探頭安裝處和管壁反射處必須避開接口和焊縫。探頭安裝處的管道襯里和垢層不能太厚。襯里、銹層與管壁間不能有間隙。對于銹蝕嚴(yán)重的管道，可用手錘震擊管壁，以震掉壁上的銹層，保證聲波正常傳播。但必須注意防止擊出凹坑?，F(xiàn)場安裝測試流程圖（見圖2）。

2.3現(xiàn)場測試試驗

2．3．1注氣階段試驗進(jìn)行兩組連續(xù)測試對比試驗：第一組配產(chǎn)35×104m3/d，連續(xù)注氣10 d，第二組配產(chǎn)55×104m3/d，連續(xù)注氣10 d，進(jìn)行夾裝式超聲波流量計

圖2　儲氣庫注采計量系統(tǒng)流程

圖3　注氣期兩組試驗數(shù)據(jù)對比分析圖

計量數(shù)據(jù)和孔板流量計及貿(mào)易高級氣體超聲波流量計計量數(shù)據(jù)對比，測量數(shù)據(jù)（見圖3）。

圖4　采氣期兩組試驗數(shù)據(jù)對比分析圖

數(shù)據(jù)分析認(rèn)為，夾裝式超聲波流量計運行平穩(wěn)，注氣期氣質(zhì)比較干凈，夾裝式超聲波流量計相對于貿(mào)易高級氣體超聲波流量計輸差小于2 %。

2．3．2采氣階段試驗進(jìn)行兩組連續(xù)測試對比試驗：第一組配產(chǎn)60×104m3/d，連續(xù)采氣10 d，第二組配產(chǎn)110×104m3/h，連續(xù)采氣10 d，進(jìn)行夾裝式超聲波流量計計量數(shù)據(jù)和孔板流量計及貿(mào)易高級氣體超聲波流量計計量數(shù)據(jù)對比，測量數(shù)據(jù)（見圖4）。

數(shù)據(jù)分析認(rèn)為，夾裝式超聲波流量計運行基本平穩(wěn)，夾裝式超聲波流量計相對于貿(mào)易高級氣體超聲波流量計輸差小于4 %，輸差比注氣期大，說明氣流中攜帶的污水等顆粒雜質(zhì)對夾裝式超聲波流量計精度有一定影響。

3　試驗效果及認(rèn)識

通過注氣期和采氣期的兩組現(xiàn)場測試試驗，表明夾裝式超聲波氣體流量計計量精度高，能夠滿足±5 %的計量要求[2]。性能安全可靠、基本可實現(xiàn)免維護(hù)，適合儲氣庫注采高低壓轉(zhuǎn)換、流量范圍大等工況下的計量需求，具有推廣價值。

參考文獻(xiàn)：

［1］黃和，游明定，等.天然氣流量計量（第三版）［M］．北京：石油工業(yè)出版社，2005：259.

［2］天然氣地面工程技術(shù)與管理［M］．北京：石油工業(yè)出版社，2011：412-414.

作者簡介：馬振東，男，工程師，2005年畢業(yè)于西安石油大學(xué)測控技術(shù)與儀器專業(yè)，現(xiàn)就職于長慶油田分公司儲氣庫管理處，從事計量管理及研究工作，郵箱：mzd_cq@petrochina.com.cn。

*收稿日期：2016－01-19

DOI:10.3969/j.issn.1673-5285.2016.02.011

中圖分類號：TE934

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1673-5285（2016）02-0042-03