二氧化碳流量計(jì)在氣田生產(chǎn)中使用情況與計(jì)量問(wèn)題分析

該氣田是迄今為止中國(guó)規(guī)模*大、豐度*高的特大型整裝海相氣田之一。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%。氣田在天然氣外輸計(jì)量中選用的流量計(jì)量?jī)x表采用的是高級(jí)二氧化碳流量計(jì)。二氧化碳流量計(jì)在測(cè)量氣體方面有很大的優(yōu)勢(shì)，是一種性能好，使用方便的測(cè)量裝置。廣泛地應(yīng)用于工業(yè)中，在測(cè)量氣體、蒸汽以及液體的流量方面有很大的造詣，這種儀器結(jié)構(gòu)穩(wěn)定簡(jiǎn)單、維修起來(lái)方便，性能十分穩(wěn)定。這是產(chǎn)品的簡(jiǎn)單特點(diǎn)，接下來(lái)我們?cè)敿?xì)介紹產(chǎn)品的特點(diǎn)。
*先，二氧化碳流量計(jì)是一種方便的裝置，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單容易復(fù)制，簡(jiǎn)單而又十分牢固，性能穩(wěn)定可靠，不必?fù)?dān)心中途會(huì)出現(xiàn)什么巨大的差池和問(wèn)題，并且，二氧化碳流量計(jì)的壽命長(zhǎng)，價(jià)格低廉，性價(jià)比非常高。
其次，二氧化碳流量計(jì)的應(yīng)用之廣泛超乎人的想象，可以測(cè)量天然氣、空氣、氮?dú)?、氧氣等氣體，很多工業(yè)中都使用二氧化碳流量計(jì)來(lái)測(cè)量，可見其廣泛性，并且這種裝置容易投入使用，并不需要十分復(fù)雜的校準(zhǔn)就能簡(jiǎn)單地投入使用。二氧化碳流量計(jì)在測(cè)量時(shí)需要與差壓變送器配套使用。
本文說(shuō)明二氧化碳流量計(jì)在普光氣田的使用情況，并針對(duì)存在的計(jì)量問(wèn)題進(jìn)行了分析。
1.計(jì)量原理及特點(diǎn)
計(jì)量原理
標(biāo)準(zhǔn)二氧化碳流量計(jì)的計(jì)量原理為:基于流體流動(dòng)的節(jié)流原理，以能量守衡和流動(dòng)連續(xù)性方程為基礎(chǔ)，利用流體流經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)孔板時(shí)在其前、后產(chǎn)生壓差，通過(guò)測(cè)量壓差的大小就可以間接地知道流量的大小。在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下天然氣流量的實(shí)用計(jì)算公式為:    

式中，、為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下天然氣體積流量，m; /s;  A,為秒計(jì)量系數(shù)，視采用計(jì)量單位而定，此處A=311 794 x 10 -6;  C為流出系數(shù);E為漸近速度系數(shù);d為孔板直徑，mm;  F}為相對(duì)密度系數(shù);。為可膨脹系數(shù);F:為超壓縮因子;F:為流動(dòng)溫度系數(shù);P，為孔板上游側(cè)取壓孔氣流絕對(duì)靜壓，Pa;0P為氣流流經(jīng)孔板時(shí)產(chǎn)生的壓差，Pao
1.2結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)  
標(biāo)準(zhǔn)二氧化碳流量計(jì)結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括節(jié)流元件(標(biāo)準(zhǔn)孔板及其取壓裝置)、傳輸壓差信號(hào)的引壓管路、閥門以及差壓計(jì)等部分。標(biāo)準(zhǔn)孔板是壓差測(cè)量時(shí)的一次元件，人們利用它在管道內(nèi)使流體產(chǎn)生壓差，再通過(guò)引壓管路把孔板前、后產(chǎn)生的壓差傳送給差壓變送器，再輸人到二次儀表，從而顯示出管道內(nèi)流體的靜壓、壓差、瞬時(shí)流量和累計(jì)流量等計(jì)量參數(shù)。

標(biāo)準(zhǔn)二氧化碳流量計(jì)有以下特點(diǎn):①高級(jí)孔板閥結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，應(yīng)用技術(shù)成熟，容易掌握;②適應(yīng)性強(qiáng)，可實(shí)現(xiàn)在線更換、清洗和檢查孔板;③性能穩(wěn)定可靠，使用壽命長(zhǎng);④孔板為標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流元件，不需要標(biāo)定。存在的缺點(diǎn)主要有:①量程比較小;②壓力損失較大;③受影響因素較多，不確定度大;④對(duì)前、后直管段要求高。
2標(biāo)準(zhǔn)二氧化碳流量計(jì)在某氣田的應(yīng)用    
某氣田集氣站外輸計(jì)量和集氣總站外輸總計(jì)量選用的流量計(jì)量?jī)x表均為高級(jí)孔板閥流量計(jì)，由高級(jí)孔板閥、流量計(jì)算機(jī)及過(guò)程連接部件3部分組成。由于某氣田介質(zhì)為高含硫化氫天然氣，且集輸工藝采用保濕混輸工藝，天然氣中含水和單質(zhì)硫，相對(duì)于常規(guī)天然氣計(jì)量，標(biāo)準(zhǔn)二氧化碳流量計(jì)在普光氣田的應(yīng)用中有其本身的特點(diǎn)。
2. 1高級(jí)孔板閥的選材   
某氣田酸氣外輸采用的是丹尼爾高級(jí)孔板閥，以法蘭取壓標(biāo)準(zhǔn)孔板作為流量檢測(cè)元件。閥體由上、下2部分組成，中間滑閥連通或切斷，設(shè)有密封脂注人機(jī)構(gòu)，下閥腔與孔板上游連通。當(dāng)孔板閥正常工作時(shí)，滑閥關(guān)閉，下閥腔壓力與上游管內(nèi)壓力相等，上閥腔壓力與大氣壓力相等，在上、下閥腔之間產(chǎn)生較大的壓力差，此壓力差作用在滑閥下方，從而增強(qiáng)其密封性?？装彘y底部設(shè)有排污閥，用于定期吹掃排除閥內(nèi)污物。上閥腔亦設(shè)置有放氣孔，可排出上閥腔內(nèi)介質(zhì)?？装彘y可實(shí)現(xiàn)在線更換、清洗和檢查孔板，其操作也靈活方便。   
為保證在某高含硫化氫工況下高級(jí)孔板閥的性能滿足要求，并確保其使用壽命和安全生產(chǎn)，高級(jí)孔板閥上、下腔間的密封件采用全硬密封結(jié)構(gòu)，閥板和閥座均采用316L材質(zhì)，標(biāo)準(zhǔn)孔板片采用In-conel 625材質(zhì)，可有效防止硫化物應(yīng)力開裂和氫致開裂。
2. 2流量計(jì)算機(jī)選擇    
對(duì)于高含硫化氫氣田來(lái)說(shuō)，一個(gè)重要的原則就是盡量減少動(dòng)靜密封點(diǎn)，從而降低泄漏風(fēng)險(xiǎn)。某氣田地面集輸系統(tǒng)選用的流量計(jì)算機(jī)為艾默生的FLOBOSS103流量計(jì)算機(jī)，集成壓差、靜壓雙變量變送器、RTD溫度變送器和流量計(jì)算功能于一體。FLOBOSS103檢測(cè)孔板兩側(cè)壓差及管道靜壓，并通過(guò)Pt100熱電阻采集流體溫度，可以就地顯示這些測(cè)量值，同時(shí)也可通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的MODBUS RTU協(xié)議和RS485通信接口將參數(shù)值傳給站控SCADA系統(tǒng)。可以接收上位機(jī)控制系統(tǒng)下載的氣體組分信息，也可由MODSCAN犯軟件通過(guò)串口通信向FLOBOSS103內(nèi)寫人氣體組分信息，還可通過(guò)配置軟件ROCLINK 800人工輸人組分信息。   
雙變量變送器(DVS)采用成熟可靠的羅斯蒙特電容元件技術(shù)測(cè)量壓差。同時(shí)利用壓阻和硅傳感器技術(shù)檢測(cè)靜壓，測(cè)量的過(guò)程值精確、穩(wěn)定和可重復(fù)性好。其專用微處理器使用存儲(chǔ)在永久存儲(chǔ)器中的特征化數(shù)據(jù)對(duì)原始傳感器信號(hào)進(jìn)行線性化和校正。讀數(shù)存儲(chǔ)于FLOBOSS103的內(nèi)部模擬輸人點(diǎn)中，通過(guò)中斷的方式向變送器的處理器發(fā)送數(shù)據(jù)。RTD溫度變送器采用鉑電阻Pt100來(lái)采集現(xiàn)場(chǎng)流體溫度，測(cè)量范圍為一40一240℃，準(zhǔn)確度等級(jí)為1 0. 2℃。
2. 3過(guò)程連接部件   
過(guò)程連接部件主要是指2個(gè)1 /4NPT的取壓閥、五閥組以及引壓管路。雙變量變送器(DVS)底部采用NPT內(nèi)螺紋連接孔板上的引壓管。上、下游管線通常連接到孔板的高、低壓側(cè)。由于連接部件均為長(zhǎng)期接觸高含硫化氫天然氣的部件，且天然氣為濕氣，故不同于一般的天然氣計(jì)量場(chǎng)合。普光氣田現(xiàn)場(chǎng)的取壓閥、五閥組和引壓管均采用哈氏合金材質(zhì)，且連接部件的孔徑較大，如引壓管路內(nèi)徑為12 mm，以防止沉積的單質(zhì)硫等雜質(zhì)堵塞引壓管路。
3誤差分析    
某氣田實(shí)際生產(chǎn)中，天然氣外輸計(jì)量采用的標(biāo)準(zhǔn)二氧化碳流量計(jì)存在計(jì)量不穩(wěn)定、讀數(shù)偏差較大等問(wèn)題，各集氣站場(chǎng)的天然氣外輸計(jì)量總和與集氣總站分線外輸總計(jì)量存在輸差問(wèn)題。針對(duì)這一實(shí)際情況，從軟件和硬件2方面展開分析。
3. 1軟件問(wèn)題產(chǎn)生的計(jì)量數(shù)據(jù)誤差   
采用標(biāo)準(zhǔn)二氧化碳流量計(jì)測(cè)量天然氣流量，其流量值與天然氣組分、壓差、壓力和溫度等參數(shù)有關(guān)。流量測(cè)量系統(tǒng)若未能嚴(yán)格按計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)要求配置相應(yīng)的測(cè)量?jī)x表，流量計(jì)算時(shí)氣體壓力、溫度和天然氣組分的變化未能得到完全補(bǔ)償，則會(huì)造成流量計(jì)準(zhǔn)確度下降，形成測(cè)量誤差。檢查某氣田現(xiàn)場(chǎng)使用的流量計(jì)算機(jī)計(jì)算軟件，其符合**標(biāo)準(zhǔn)，測(cè)量系統(tǒng)完全滿足標(biāo)準(zhǔn)二氧化碳流量計(jì)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)，其測(cè)量誤差基本可以忽略不計(jì)，所以在采用的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)方面，某氣田現(xiàn)場(chǎng)使用標(biāo)準(zhǔn)二氧化碳流量計(jì)符合要求，不是產(chǎn)生誤差的原因。   
標(biāo)準(zhǔn)孔板測(cè)量是通過(guò)節(jié)流取壓差，引壓管高壓側(cè)為靜壓，軟件根據(jù)靜壓、壓差、溫度、氣體組分、孔板孔徑和管徑等參數(shù)計(jì)算流量計(jì)值。在軟件中可以對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，若其中有一個(gè)參數(shù)不準(zhǔn)確，都會(huì)引起流量不準(zhǔn)確?，F(xiàn)場(chǎng)通過(guò)流量計(jì)配置軟件檢查各流量計(jì)參數(shù)的配置情況，設(shè)置值均與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況相符。同時(shí)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)采集到的溫度、壓力、壓差及軟件中配置的管徑、孔徑等參數(shù)，然后根據(jù)國(guó)際計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)AGA8氣體壓縮因子計(jì)算方式計(jì)算出的流量與流量計(jì)測(cè)量值非常接近，若以上有任何參數(shù)設(shè)置不正確，就會(huì)造成氣體計(jì)量不準(zhǔn)確4-5。隨著高含硫氣田的開發(fā)，氣體中硫化氫含量不斷增加，造成氣體計(jì)量誤差不斷增大，通過(guò)及時(shí)更新氣體組分?jǐn)?shù)據(jù)，基本保證了氣體流量計(jì)量的準(zhǔn)確性。
3. 2硬件問(wèn)題產(chǎn)生的計(jì)量數(shù)據(jù)誤差   
現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)實(shí)踐表明，標(biāo)準(zhǔn)二氧化碳流量計(jì)會(huì)因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)孔板、五閥組、引壓管路等硬件出現(xiàn)異常，導(dǎo)致流量計(jì)量不準(zhǔn)確，下面分別進(jìn)行分析。
3. 2. 1標(biāo)準(zhǔn)孔板   
對(duì)孔板進(jìn)行研究后發(fā)現(xiàn)，某氣田生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)85%以上的標(biāo)準(zhǔn)孔板均受到了不同程度的刮傷、變形，觀察上、下游直管段，管道內(nèi)壁沉積了大量的單質(zhì)硫，導(dǎo)板周圍出現(xiàn)腐蝕、碳化，且有雜質(zhì)附著。   
某氣田現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)較多，關(guān)井之后重新開井的過(guò)程比較迅速，造成孔板受天然氣的強(qiáng)力沖蝕或機(jī)械磨損而產(chǎn)生劃傷、變形，孔板的光潔度下降，人口的尖銳程度變圓，使其圓弧半徑不能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，使得計(jì)量數(shù)據(jù)比實(shí)際流量偏低;高級(jí)孔板閥和直管段內(nèi)部附著單質(zhì)硫之后，氣體不能形成穩(wěn)定的牛頓流體，造成計(jì)量誤差;孔板在天然氣沖擊過(guò)程中，不同程度地產(chǎn)生了偏心，同時(shí)導(dǎo)板周圍出現(xiàn)的腐蝕、碳化和雜質(zhì)沉淀等因素，也會(huì)嚴(yán)重影響流量計(jì)量的準(zhǔn)確性。通過(guò)嚴(yán)格執(zhí)行操作規(guī)程，按照操作步驟平穩(wěn)操作，確定開井方式;同時(shí)定期清洗孔板閥、計(jì)量直管段等方式可以有效解決上述問(wèn)題。普光氣田集氣站氣體流量計(jì)量不準(zhǔn)確，誤差很大，通過(guò)拆卸高級(jí)孔板閥和直管段，發(fā)現(xiàn)內(nèi)部有許多單質(zhì)硫沉積。清洗高級(jí)孔板閥和直管段后，氣體流量恢復(fù)正常。
3.2.2五閥組   
在生產(chǎn)過(guò)程中，需要定時(shí)對(duì)二氧化碳流量計(jì)進(jìn)行排污。通過(guò)對(duì)五閥組進(jìn)行解體檢查，發(fā)現(xiàn)內(nèi)部存在單質(zhì)硫等雜質(zhì)，造成五閥組中的平衡閥關(guān)不嚴(yán)，形成內(nèi)漏，影響二氧化碳流量計(jì)的上、下游取壓，導(dǎo)致壓差信號(hào)變小，儀表計(jì)量偏低。此類問(wèn)題可通過(guò)清洗或更換新的五閥組得以解決。
3.2.3儀表引壓管路   
某天然氣會(huì)析出單質(zhì)硫，單質(zhì)硫在引壓管路中沉積、固化，會(huì)引起引壓管路堵塞，不能正常取壓，二氧化碳流量計(jì)不能及時(shí)得到正確的靜壓和壓差，從而造成計(jì)量偏差。前期在某氣田現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)流量計(jì)示值長(zhǎng)期不變化的情況。對(duì)此，采取在二氧化碳流量計(jì)引壓管線、五閥組等部位安裝電伴熱裝置的辦法，減少單質(zhì)硫在引壓管路中的析出、沉積，防止引壓管路堵塞。同時(shí)定期對(duì)引壓管路進(jìn)行放空、清洗，確保引壓管路不堵塞。
4結(jié)束語(yǔ)    
由于某氣田氣質(zhì)的特殊性，前期生產(chǎn)過(guò)程中更多的關(guān)注在選材和防腐方面，對(duì)造成計(jì)量偏差的因素估計(jì)不足，導(dǎo)致計(jì)量偏差較大;后期采取設(shè)定正確的計(jì)算參數(shù)，定期清洗孔板閥、五閥組和引壓管線等措施后，圓滿解決了計(jì)量偏差問(wèn)題。總體而言，類似某氣田的工況使用標(biāo)準(zhǔn)二氧化碳流量計(jì)需注意以下問(wèn)題:①設(shè)定正確的流量計(jì)算參數(shù)，及時(shí)修正氣體組分參數(shù);②定期對(duì)標(biāo)準(zhǔn)孔板進(jìn)行檢查、清洗，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題后及時(shí)更換;③定期對(duì)五閥組及其引壓管路進(jìn)行排污驗(yàn)漏檢查，冬季氣溫下降易發(fā)生凍堵和硫沉積，需增加排污次數(shù)。若發(fā)現(xiàn)五閥組及引壓管路堵塞，應(yīng)及時(shí)清洗或更換，保證其正常運(yùn)行。

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