差壓式儀表的不同安裝方式對(duì)天然氣計(jì)量誤差的影響

鄭立東

摘要：目前在我國(guó)天然氣計(jì)量領(lǐng)域壓差式計(jì)量?jī)x器使用非常普遍。但是壓差式計(jì)量?jī)x表在安裝過(guò)程中導(dǎo)壓管與表之間的連接方式不同會(huì)對(duì)天然氣的計(jì)量精度產(chǎn)生巨大的影響。本文主要針對(duì)不同安裝方式下壓差式計(jì)量?jī)x表對(duì)天然氣計(jì)量誤差的影響進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：壓差式流量計(jì);安裝方式;天然氣;計(jì)量誤差

引言

天然氣領(lǐng)域的工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中流量計(jì)發(fā)揮出了重要的作用，流量計(jì)的計(jì)量精確性會(huì)對(duì)天然氣供需雙方經(jīng)濟(jì)利益產(chǎn)生巨大影響。由此可見(jiàn)，天然氣計(jì)量對(duì)于天然氣工業(yè)生產(chǎn)來(lái)說(shuō)非常重要。在天然氣計(jì)量中廣泛使用的壓差式儀表在不同的安裝方式下會(huì)對(duì)天然氣計(jì)量精度產(chǎn)生巨大影響。

1壓差式孔板流量計(jì)工作原理

當(dāng)天然氣流體在孔板式流量計(jì)的管道內(nèi)連續(xù)流動(dòng)的過(guò)程中，由于孔板的存在會(huì)導(dǎo)致流體流動(dòng)截面產(chǎn)生急劇收縮現(xiàn)象，管壁位置會(huì)產(chǎn)生最大流動(dòng)阻力，從而使得其流速出現(xiàn)下降現(xiàn)象，壓力會(huì)逐步升高，而處于管道中心位置的流體流速會(huì)急劇增加，壓力相應(yīng)的會(huì)產(chǎn)生下降現(xiàn)象，這樣就會(huì)導(dǎo)致天然氣主體在孔板徑向方向上產(chǎn)生加速度。由于受到徑向方向存在加速度，處于管壁位置的流體會(huì)逐漸向孔板開(kāi)口的方向流動(dòng)，這樣就會(huì)產(chǎn)生流體局部收縮形成流束。在這種情形下開(kāi)孔位置會(huì)產(chǎn)生最大流速，但是這一位置的靜壓力最低，天然氣流體在經(jīng)過(guò)孔板的過(guò)程中就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)壓力差，該壓力差與流過(guò)孔板開(kāi)孔位置的流量平方呈現(xiàn)出正比例的關(guān)系，而根據(jù)這種正比例關(guān)系就能夠?qū)⒘黧w的流量計(jì)算出來(lái)。

壓差式孔板式流量計(jì)由于其本身的制造屬于標(biāo)準(zhǔn)流程，因此在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中并不需要再進(jìn)行后續(xù)標(biāo)定。整體結(jié)構(gòu)非常牢固，而且在實(shí)際計(jì)量過(guò)程中穩(wěn)定性較高，使用壽命也比較長(zhǎng)，后期的維修保養(yǎng)非常便捷，能夠適應(yīng)各種情況下的計(jì)量工作，實(shí)際的應(yīng)用成本也相對(duì)較低。壓差式孔板流量計(jì)由于檢測(cè)件、變送器、顯示儀表等完全可以使用不同廠(chǎng)家產(chǎn)品，因此能夠?qū)崿F(xiàn)規(guī)?；慕?jīng)濟(jì)生產(chǎn)。

但是壓差式孔板式流量計(jì)在實(shí)際的使用過(guò)程中整體的計(jì)量精度相對(duì)較低，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)安裝條件的要求也比較高，而且在計(jì)量過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生較大的壓力損失。

2 壓差式計(jì)量?jī)x表安裝方式對(duì)天然氣計(jì)量誤差的影響分析

由于天然氣是有多種烷烴、水等組分組成。在現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)條件以及工藝參數(shù)產(chǎn)生變化的時(shí)候種烷烴以及水等組成成分也會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的變化，在導(dǎo)壓管中會(huì)產(chǎn)生凝聚現(xiàn)象，從而在一定程度上形成液柱，進(jìn)而使得在壓差是計(jì)量?jī)x表的正負(fù)壓室內(nèi)會(huì)形成一個(gè)額外的壓差。如下圖1所示，天然氣流體在經(jīng)過(guò)孔板的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生壓差△P，而根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)可以知道，天然氣不僅僅會(huì)在保壓管的aa以及cc個(gè)位置產(chǎn)生輕烴以水的凝結(jié)現(xiàn)象，在ab位置也會(huì)產(chǎn)生冷凝現(xiàn)象，而且在這兩處位置產(chǎn)生的冷凝液并不會(huì)通過(guò)冷凝罐排出。如果在正負(fù)導(dǎo)壓管產(chǎn)生的冷凝液液柱高度相同，那么就不會(huì)對(duì)正負(fù)壓室內(nèi)的壓差產(chǎn)生影響，但是從實(shí)際情況來(lái)看ab以及cd置經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)較大的壓差。這主要是因?yàn)樵谡?fù)導(dǎo)壓管中輕烴組分以及水的冷凝速度會(huì)存在一定差異。

根據(jù)天然氣球體在流過(guò)孔板前后的溫差等熵進(jìn)行計(jì)算后知道，天然氣流體在經(jīng)過(guò)孔板之后溫度會(huì)出現(xiàn)下降現(xiàn)象，而天然氣流體在孔板前后的溫差會(huì)隨著下游壓差的增加而逐漸增大，由此也可以知道。隨著孔板前后天然氣流體壓差的逐步增加，流過(guò)孔板后的天然氣流體溫度會(huì)越來(lái)越低，從而使得孔板后天然氣中的輕烴組分更加容易達(dá)到露點(diǎn)，從而使得負(fù)導(dǎo)壓管中的輕烴組分冷凝速度更快。

另外，當(dāng)天然氣流體經(jīng)過(guò)孔板的時(shí)候，會(huì)在孔板出口邊緣位置形成卡曼窩街效應(yīng)，從而進(jìn)一步引發(fā)天然氣流體的脈沖時(shí)壓力變化，在這種情況下又會(huì)導(dǎo)致在負(fù)導(dǎo)壓管中產(chǎn)生微呼吸現(xiàn)象，天然氣中的輕烴組分在這一位置達(dá)到露點(diǎn)之后會(huì)迅速的填充到負(fù)導(dǎo)壓管中，從而進(jìn)一步加劇了負(fù)導(dǎo)壓管內(nèi)部的輕烴組分冷凝速度。

此外，天然氣流體在經(jīng)過(guò)孔板開(kāi)孔位置之后會(huì)在其端面位置上產(chǎn)生漩渦效應(yīng)，導(dǎo)致流體產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)式的流速，而隨著孔板前后天然氣流體壓差的增加，旋轉(zhuǎn)流速的曲率半徑也會(huì)逐步增加，這樣就會(huì)進(jìn)一步加劇孔板后天然氣流體對(duì)負(fù)導(dǎo)壓管的沖擊，從而使得負(fù)導(dǎo)壓管內(nèi)部的換氣速率也會(huì)進(jìn)一步增加。

在實(shí)際進(jìn)行天然氣計(jì)量的過(guò)程中，由于上述幾種原因的存在，加之現(xiàn)場(chǎng)計(jì)量條件比較惡劣，會(huì)對(duì)天然氣的計(jì)量精度產(chǎn)生巨大影響，在某油田某計(jì)量站的實(shí)際計(jì)量中發(fā)現(xiàn)，在上述幾種因素的影響之下天然氣的計(jì)量誤差甚至能夠達(dá)到29%左右。由此可見(jiàn)其對(duì)天然氣計(jì)量誤差的影響非常大。

為了能夠有效消除對(duì)天然氣計(jì)量誤差的巨大影響，在實(shí)際進(jìn)行天然氣計(jì)量的過(guò)程中所使用的壓差式計(jì)量?jī)x表可以按照下圖2所示的方式來(lái)進(jìn)行導(dǎo)壓管把設(shè)計(jì)和安裝。在這種安裝方式之下，使得壓差式計(jì)量?jī)x表的安裝過(guò)程更加規(guī)范，而且導(dǎo)壓管主要是從計(jì)量?jī)x表的下方實(shí)現(xiàn)與正負(fù)壓室的連接，這與目前我國(guó)所使用的壓差式計(jì)量?jī)x表導(dǎo)壓管安裝方式完全不同。如果在針對(duì)伴生氣單井進(jìn)行計(jì)量的過(guò)程中，可以將原本設(shè)置在差壓計(jì)正負(fù)壓中心位置的冷凝罐及排污閥安裝在原差壓儀表的位置上。這樣就能夠讓計(jì)量?jī)x表導(dǎo)壓管內(nèi)部形成的冷凝液能夠及時(shí)的從冷凝罐排出，也可以通過(guò)導(dǎo)壓管將冷凝液排到輸氣管道中，在此情況下就能從根本上消除對(duì)天然氣計(jì)量誤差的影響。

3 結(jié)束語(yǔ)

在針對(duì)壓差式儀表在不同安裝方式下對(duì)天然氣計(jì)量誤差的具體影響因素進(jìn)行分析后，提出了新的安裝方法，從根本上消除了對(duì)天然氣計(jì)量誤差的影響。

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