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气井天然气计量仪表设计及改进
发布时间:2019-07-29

[摘要]天然气一般采用管道输送,计量具有连续性和长期性的特点,一旦出现计量误差,长年累月之后,这个误差将非常大。因为天然气计量误差的存在,导致天然气计价存在偏差,引发了很多贸易纠纷问题,而且一般都在百万元以上,对企业和用户的利益造成重大损失。从孔板流量计涡街流量计两方面探讨天然气计量仪表的设计及改进。
  目前,我国使用的天然气计量仪表中,孔板流量计由于其独特的优点而备受青睐,是企业和用户的首选,占有相当大的市场比例。我国对天然气仪表的设计起步较晚,上世纪70年代以后才逐渐发展起来,我国的专家学者参照国外的一些标准,结合我国的天然气输送现状,制定了一系列的天然气仪表设计、制造、安装、检修和管理标准。不过这些标准并不完善,与国外的技术和标准还存在一定的差距,主要体现在:天然气计量仪表的质量较低;缺少配套设备和智能附件;计量精度有待提高。目前天然气计量日益成为人们关注的焦点,因此,要投入更大的精力来研发天然气计量仪表,完善当前的天然气流量计,进而开发出功能完善的新型天然气流量计[1]。
1孔板流量计的改进
1.1孔板流量计
  当天然气通过流量计的孔板时,横截面积减小,速度增加,相应的压强减小,并且减小的程度与流体速度成正比。所以可以通过检测压差来推算流速,再根据孔板横截面积的大小计算出流量。天然气孔板流量计系统一般包括流量计本体、二次仪表和天然气组分分析系统,其中的天然气组分分析系统具有检测、计算、分析和积算等功能。国家制定了相关标准,对孔板流量计上下游的直管段做了详细规定,有利于保证检测的准确性。

  孔板用以产生压差,开孔尺寸必须严格按照规定,是孔板节流装置中最重要的结构,还有负责固定孔板位置的孔板加持器和上下游直管段;此外,还需要配置引压管、对焊法兰和直通式截止阀。只有孔板节流装置完全符合行业标准,才可以满足用户的使用要求,保证信号的准确。为了使静压和压差信号的折损最小,无缝钢管的长度应该尽量缩小。DN18和DN14无缝钢管较为常见,这种无缝钢管可以及时响应静压和压差的变化,也能减少泄露,不过对安装技术的要求较高。
1.2改进方法
  孔板的取压方式。角接取压的范围是指上下游取压中心到孔板前后端的距离的二倍等于取压孔直径。角接取压法的特点:采用环室测量的方式进行测量;在开口尺寸确定时,流量系数不会发生变化,使流量值和压差具有恒定的关系;可以减小磨损所造成的测量误差;不过在实际使用过程中,若没能正确地确定取压位置,会导致测量误差的产生。
  法兰取压法,法兰取压中心与管径大小无关,位于距孔板两侧端面的25.4mm处。具有易于清除脏污介质和堵塞的优点,但环室取压难度较大。D和D/2取压法(径距取压法),上游取压的中心距孔板前端距离为D、下游取压中心距孔板前端面距离为D/2,这种方法具有易于清除脏污介质和堵塞的优点,不过存在测量值较小的缺点。孔板流量计与标定装置连接,针对相应的装置分别进行标定。当孔板流量计进行标定时,测点应该不小于10个,且测量结果不少于3次,然后取平均值。以测量数据为准,在双对数坐标轴中标注出数据点,然后作压差——流量曲线。
2涡街流量计的改进
2.1涡街流量计的特点
  涡街流量计的仪表系数取决于管径和旋涡发生体的几何结构,由于管径和旋涡发生体的形状都是标准的,所以涡街流量计可以测量多种流体的流量值;智能化设备可以实时准确的测量涡街频率,很大程度上提高了测量精度;旋涡发生体的截面积与管道截面积相比很小,节流损失比较小;涡街信号由流体产生,而不需要任何可动部件,所以后期维护比较容易,使用寿命较长;涡街流量计的量程比可达到1:20,远远超过孔板流量计。
缺点在于:在低雷诺数下,涡街流量计的测量精度较低。所以涡街流量计不适用测量高粘、低速的流体;流速分布和旋转流会影响我涡街的稳定性,因此需要配置较长的直管段或者安装整流器;仪表系数和分辨率比较低,只适用于测量直径较小的管道。
2.2涡街流量计的改进方法
  随着流体力学和网络理论的不断发展,逐渐衍生出了流体网络理论,该理论时二者结合的结果,类似于电气网络理论,像分析电在电路中的传导一样分析流体在管道中的传导,主要研究流体在传输过程中的持续现象和瞬变现象。进而研究压力和引压在传输过程中的变化情况,流体网络理论需要参考流阻、流容和流感三个参数。
  由于实际环境非常复杂,需要考虑的因素太多,因此只能将管路认为是无损管路,并将流体认定是非粘性流体,二者是没有热量传导的,这种情况下流体的流阻和流导数值均为0。为了避免谐振引发的信号失真,可以通过减小引压管长度或者调大谐振频率进行解决。在实际的测量工作中,振荡幅值并不会无限制的扩大,因为流体的阻抗是一定的,并且存在极大值。同时,因为涡街信号会在传输过程中逐渐衰减,使流量计的测量上限不能无限增大,导致误差的产生,所以要通过采取各种措施来限制涡街信号得衰减。
3结语
  孔板流量计被认为是传统的流量计,是技术最成熟也是使用寿命最长的一种天然气计量仪表,由于其简单的结构和较低的成本被广泛使用。

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