摘要(yao):文章論述了(le)智能孔闆流(liu)量計 在天然(rán)氣測量中的(de)應用情況,分(fen)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(que)點,闡述了新(xin)型一體化智(zhi)能孔闆流量(liàng)計的特點及(jí)對未來發展(zhǎn)前⛱️景的展望(wàng)。
　　在20世紀初, 孔(kong)闆流量計 應(yīng)用于天然氣(qì)流量測量,經(jing)過一個世紀(ji)的發展,它✌️已(yi)☔成爲全世界(jiè)最主要的天(tiān)然氣流量計(ji)[1]。近年來,盡管(guan)出現了🔴許多(duō)🏃🏻新型天然氣(qi)測量流量計(ji),如,超聲流量(liang)計、氣體渦輪(lun)流量計等。但(dan)由于孔闆流(liú)量計測量技(jì)術曆史✔️悠久(jiǔ)、應用範圍廣(guǎng)、結👅構簡單、使(shi)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(xìn)号(差壓)與流(liu)量的關系,并(bìng)估算其測量(liang)誤差等特點(dian),在流量計中(zhōng)是惟一的。正(zhèng)🔴是由⚽于上述(shù)原因,在今後(hòu)相當長一個(gè)時期内,由于(yú)種種因素的(de)制約,特别是(shi)标定不能獲(huo)得妥善解決(jue)之前,孔闆流(liú)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(shi)根據安裝在(zài)管道中孔闆(pǎn)産生的差壓(yā)、已知流體條(tiáo)件和孔闆與(yu)管道的幾何(he)尺寸來測量(liang)流量。它由孔(kǒng)闆、 差壓變送(sòng)器 和流量顯(xian)示儀組成。如(rú)圖1,當流體流(liú)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(ju)部收縮。此時(shí)流速增大,靜(jìng)差壓降低,在(zai)孔闆前後産(chǎn)生差壓,流量(liàng)愈大,差壓愈(yu)大,因而可根(gen)據差壓來衡(heng)量✨流量的大(dà)✊小。這種測量(liàng)方法是💜以流(liú)動連續性方(fang)程(質量守恒(heng)定律)和伯努(nu)利㊙️方程(能量(liang)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(chu)系數m3/s;ε爲可膨(peng)脹形系數;β爲(wèi)直徑♍比,β= d/ D; d爲工(gong)作條件下節(jie)流件孔徑,m;D爲(wei)工作條件下(xia)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(xíng)孔闆流量計(jì)的特點
　　由孔(kǒng)闆流量計的(de)測量原理可(ke)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(dào)原流量的1/3,這(zhè)樣,對于💋一個(gè)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(zuan)采工程領域(yu),天然氣的流(liu)量,物性🌂參數(shù)等會随🔱年份(fen)不同,工況條(tiao)件不同有很(hen)大差異,采用(yòng)傳統孔闆流(liú)量計🏃‍♀️測量存(cún)在測量範圍(wei)窄,測量精度(dù)低,需在工況(kuang)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(shù),計算機技術(shù),新材料,新工(gong)藝💚的迅速發(fa)展,差壓變送(song)器和流量計(ji)已大大提高(gāo)其性能及可(kě)靠性,儀表廠(chang)家相繼開發(fa)了一些寬幅(fu) 一體化智能(néng)孔闆流量計(ji) ,對原有的孔(kǒng)闆流量計做(zuo)了很大改進(jìn)。
a)　流量測量範(fàn)圍擴展方式(shì)改進　在石油(yóu)天然氣測量(liang)中,對流量變(biàn)化大的場合(he),傳統做法是(shi)同時配備多(duō)塊β值不同的(de)孔✌️闆或并列(lie)幾台流量計(ji)。新型智能孔(kǒng)闆流量計,如(ru),日本SONIC公司開(kai)發的🐆孔闆流(liú)量計,其流量(liang)比的範圍💛可(ke)在流量計算(suàn)機上進行選(xuan)擇。流量計算(suan)機上除設有(you)正常流量比(bi)✏️外,還設有2個(gè)擴展功能(如(ru)圖2),一是爲了(le)計量小流量(liang),可将計量範(fan)圍擴大㊙️到最(zui)大可測流量(liang)的1/40,這種功能(neng)🐆是在流量✌️計(jì)算機上采用(yòng)擴展差壓分(fen)解功能系統(tǒng),不用更換孔(kǒng)闆和差壓變(bian)送器就可完(wán)成;另一個擴(kuo)展功能就是(shi)大流量側計(ji)量範圍的擴(kuo)張,這是将差(chà)壓擴大,從而(er)使大流量側(ce)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(qì),各自負擔🚶‍♀️着(zhe)小流量範圍(wéi)和大流量範(fan)🔴圍的測量,各(gè)自獨立發信(xìn)号,流量計算(suàn)機則把這些(xie)信号分成不(bu)㊙️同領域進行(háng)變換選擇,并(bìng)在各領域進(jìn)行演算,從而(ér)使超寬幅範(fan)🏃🏻‍♂️圍在測量上(shàng)也能保證較(jiao)高的精度。雖(sui)然多投入了(le)1台差壓變送(sòng)器,但是與并(bing)列2台流量計(ji)的設備費用(yong)相比,既提高(gāo)了經濟效益(yi),又節省了來(lai)回切換的🏃🏻麻(má)煩;與采用多(duō)塊孔闆的方(fāng)法相比,避免(mian)了孔闆更換(huàn),降低了生産(chǎn)操作難度㊙️。
b)　孔(kǒng)闆元件與二(er)次儀表(差壓(ya)變送器及流(liú)量積算儀)一(yī)體化　傳㊙️統💰孔(kong)闆流量計在(zài)應用中,孔闆(pan)與二次儀表(biao)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(wei)一體,省去了(le)引壓管線,減(jian)少了故障率(lü),改善了動🔞态(tài)特性,方便了(le)安裝使用[2],且(qie)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(cāo)作方便,受⛹🏻‍♀️到(dao)用戶的歡迎(yíng)。

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(lái)說,密度是影(yǐng)響流量計特(te)性的最主要(yào)參數,而密度(dù)又是溫度、壓(yā)力的函數,現(xiàn)場壓力溫度(du)波動是不可(kě)避免的,由此(ci)引起的物性(xing)💛參數的變動(dong)是使用時♻️産(chǎn)生附加誤差(chà)的主要原因(yin)之一,在高精(jīng)度測量時應(ying)特别注意。由(you)于天然氣是(shì)可壓縮流體(ti)♊,受溫度、壓力(lì)的影響較大(da),爲了保證精(jing)确度,常常采(cǎi)用溫壓補償(chang)。新型孔闆流(liú)🐪量計可将壓(ya)力和溫度信(xìn)号直接送入(ru)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(zhi)送到中控。但(dan)須注意的是(shì),零誤差的儀(yí)表是沒有的(de),若補償方法(fa)不當,有累積(jī)這些儀表誤(wu)差的可能,增(zeng)♻️加了故障因(yīn)素,所以,進行(háng)補償☀️時須慎(shen)重考慮。另外(wài),在某些場合(he),當流體組分(fèn)發生變化時(shí),就不能采用(yòng)壓力、溫度補(bu)償,而應采用(yong)密度補償[2]。
3　發(fā)展前景
　　随着(zhe)科學技術的(de)不斷發展,與(yǔ)傳統孔闆流(liu)量計相比,當(dāng)今智能💁孔闆(pǎn)流量計發展(zhǎn)趨勢是一體(ti)化、高精🤞度、寬(kuan)量比的新型(xing)流量計,并擁(yong)有補償功能(néng)完善的流量(liàng)計算機,具有(yǒu)強大的功能(néng)軟件,同時設(shè)有RS485标準計算(suàn)機通⛷️信接口(kǒu),可與DCS連接通(tong)信,對維護檢(jiǎn)修提供了方(fāng)便,在工業生(shēng)産過程中方(fang)便實用。同時(shi),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(qì)體壓力、溫度(dù)修正或測氣(qi)體質量🔞流量(liàng),減少了獨立(lì)的傳感器數(shu)量,簡化管線(xian)工程,降低安(an)裝費用;減少(shǎo)管線開孔,降(jiàng)低潛在洩露(lu)點✌️[4],提高整體(ti)可靠性,這些(xiē)都爲智能孔(kong)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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