摘要(yao):文章論述(shu)了智能孔(kong)闆流量計(ji) 在天然氣(qi)測量中的(de)應用情況(kuang),分析了傳(chuan)統孔闆流(liu)量計的🌏原(yuan)理及在石(shi)油天然氣(qi)鑽采工程(cheng)領域應用(yong)的優缺點(dian)🤟,闡述了新(xin)👉型一體化(hua)智能孔闆(pan)流量計的(de)特點及對(dui)未來發展(zhan)前景的展(zhan)望。
　　在20世紀(ji)初, 孔闆流(liu)量計 應用(yong)于天然氣(qi)流量測量(liang),經過一個(ge)世紀的發(fa)展,它🔴已🌈成(cheng)爲🏃全世界(jie)最主要的(de)天然氣流(liu)量計[1]。近年(nian)來,盡管出(chu)現了許多(duo)🔞新型天然(ran)氣測量流(liu)量計,如,超(chao)聲流量計(ji)、氣體渦輪(lun)流量計☎️等(deng)。但由于孔(kong)闆流量計(ji)測量技術(shu)曆史悠久(jiu)、應用範圍(wei)廣、結構簡(jian)單、使用壽(shou)命長及價(jia)格低等💋特(te)點,且标 準(zhun)型孔闆流(liu)量計 可以(yi)無須校準(zhun)而确定信(xin)号(差壓)與(yu)流量的關(guan)系,并估算(suan)其測量👌誤(wu)差等特點(dian),在流量計(ji)中是惟一(yi)的。正是由(you)于上述原(yuan)因,在今後(hou)相當長一(yi)個時期内(nei),由于種種(zhong)因素的制(zhi)約,特别是(shi)标定👉不能(neng)獲得妥善(shan)解決之前(qian),孔闆流量(liang)計仍是天(tian)然氣計量(liang)的主🙇🏻要儀(yi)表。
1　孔闆流(liu)量計的測(ce)量原理
　　孔(kong)闆流量計(ji)是根據安(an)裝在管道(dao)中孔闆産(chan)生的差🔴壓(ya)、已知流體(ti)條件和孔(kong)闆與管道(dao)的幾何尺(chi)寸來測量(liang)流量。它由(you)孔闆、 差壓(ya)變送器 和(he)流量顯示(shi)儀組成。如(ru)圖1,當流體(ti)流經設置(zhi)在管道中(zhong)的節🐪流件(jian)(孔闆)時,流(liu)束将在節(jie)流件處形(xing)成局部收(shou)縮💁。此時流(liu)速增大,靜(jing)差📧壓降低(di),在孔闆前(qian)後産生差(cha)壓,流量愈(yu)大,差壓愈(yu)大,因而可(ke)根據差壓(ya)來衡量流(liu)量的大小(xiao)。這種測量(liang)方法是以(yi)流動連續(xu)性方程(質(zhi)量守恒定(ding)律)和伯努(nu)利方程(能(neng)量守恒定(ding)律)爲基礎(chu),流量爲[2]。
qm= C(1-β 4)- 1/2επ/[4d2(2Δpρ1)1/2],
　　式(shi)中,qm爲質量(liang)流量,kg/s;C爲流(liu)出系數m3/s;ε爲(wei)可膨脹形(xing)系數;β爲直(zhi)徑比🔱,β= d/ D; d爲工(gong)😍作條件下(xia)節流件孔(kong)徑,m;D爲工作(zuo)條件下上(shang)遊管道🎯内(nei)徑,m;Δp爲差壓(ya),Pa,Δp= p1- p2;ρ1爲上遊流(liu)體密度,kg/m3。

2　新(xin)型孔闆流(liu)量計的特(te)點
　　由孔闆(pan)流量計的(de)測量原理(li)可知,流量(liang)與差壓爲(wei)平方根關(guan)系,如🏃果壓(ya)差降低到(dao)原差壓的(de)1/9,則流量将(jiang)減小到原(yuan)流量的🥰1/3,這(zhe)樣⁉️,對于一(yi)個差壓上(shang)限固定的(de)差壓變送(song)器來說💋,其(qi)測量精度(du)是下降了(le),這就是傳(chuan)統孔闆流(liu)量計的量(liang)程比最大(da)爲4∶1的原因(yin)。在👅石油天(tian)然氣鑽采(cai)工程領域(yu),天然氣的(de)流量,物性(xing)參數等會(hui)随年份不(bu)同,工⭐況條(tiao)件不同有(you)很大差異(yi),采用傳統(tong)孔闆流量(liang)計♍測量存(cun)在測量範(fan)圍窄,測量(liang)精度低,需(xu)在工況變(bian)化時,更換(huan)不💁同的孔(kong)闆元件等(deng)缺點。近年(nian)來❤️,随着微(wei)電子技術(shu),計算機技(ji)術,新材料(liao),新工藝的(de)迅速發展(zhan),差壓變送(song)器和流量(liang)計已大大(da)提高其性(xing)能及可靠(kao)性,儀表廠(chang)家相繼✂️開(kai)發了一些(xie)寬幅 一體(ti)化智能孔(kong)闆流量計(ji) ,對原有的(de)孔闆流量(liang)計做了很(hen)大改進。
a)　流(liu)量測量範(fan)圍擴展方(fang)式改進　在(zai)石油天然(ran)氣測量📱中(zhong),對流✊量變(bian)🈚化大的場(chang)合,傳統做(zuo)法是同時(shi)配備多💁塊(kuai)β值不同的(de)孔闆或并(bing)列幾台流(liu)量計。新型(xing)智能孔闆(pan)流量🧑🏽‍🤝‍🧑🏻計,如(ru),日本SONIC公司(si)開發的孔(kong)闆流量計(ji),其流量比(bi)的範圍可(ke)在流量計(ji)算機上進(jin)行選擇。流(liu)量計算🌂機(ji)上除設有(you)🆚正常流量(liang)比外,還設(she)有2個擴展(zhan)功能(如圖(tu)2),一是爲了(le)計量小流(liu)量,可将計(ji)量範圍擴(kuo)大⛹🏻‍♀️到最大(da)可測流量(liang)的1/40,這種功(gong)能是在流(liu)量計算機(ji)上采用💋擴(kuo)展差壓分(fen)解功能系(xi)統,不用更(geng)換孔闆💜和(he)差壓變送(song)器就可㊙️完(wan)成;另一個(ge)擴展功能(neng)就是大流(liu)量側計量(liang)範圍的擴(kuo)張,這是将(jiang)差壓擴大(da),從而使大(da)流量側的(de)計量範圍(wei)加以擴大(da)的一種系(xi)統。另外還(hai)有超寬幅(fu)範圍方式(shi),量程比最(zui)大可達⛹🏻‍♀️1∶180,采(cai)用2台差壓(ya)變送器,各(ge)自負擔着(zhe)小流量範(fan)圍和大流(liu)🌈量範‼️圍的(de)測量,各自(zi)獨立發信(xin)号,流量計(ji)算機則把(ba)這些信号(hao)分成📧不同(tong)領域進行(hang)變換選擇(ze),并在各領(ling)域進行演(yan)算,從而使(shi)超寬幅範(fan)⛷️圍在測量(liang)上也能保(bao)證較高的(de)精度。雖然(ran)多投入了(le)1台差壓變(bian)送器,但是(shi)與并列2台(tai)流量計🏒的(de)設備費用(yong)相比,既提(ti)高了經濟(ji)效益,又節(jie)省了來回(hui)切換的麻(ma)煩;與采用(yong)多塊孔闆(pan)的方法💋相(xiang)比,避免📐了(le)孔闆更換(huan),降低了♈生(sheng)産操作難(nan)度。
b)　孔闆元(yuan)件與二次(ci)儀表(差壓(ya)變送器及(ji)流量積算(suan)儀)一體🧑🏽‍🤝‍🧑🏻化(hua)　傳統🔱孔闆(pan)流量計在(zai)應用中,孔(kong)闆與二次(ci)儀表分開(kai),把差壓信(xin)号送到💁中(zhong)控進行流(liu)量計算,在(zai)流⭕量變化(hua)🐅較大的場(chang)合,還🈲需配(pei)備多塊孔(kong)闆,一體化(hua)流量計完(wan)全解決了(le)這一不便(bian),使孔闆和(he)二次儀表(biao)成爲一體(ti),省去了引(yin)壓管線,減(jian)少了故障(zhang)率,改善了(le)動态特性(xing),方便了安(an)裝使用[2],且(qie)體🤩積小,節(jie)約成本,無(wu)需現場更(geng)換🔞孔闆,隻(zhi)需設定量(liang)程比即可(ke),操作方便(bian),受到用戶(hu)的歡迎。

c)　自(zi)動溫壓補(bu)償功能　孔(kong)闆流量計(ji)的總精度(du)爲± 0.8%～ 5.0%[3],對孔✊闆(pan)流量計來(lai)說,密度是(shi)影響流量(liang)計特性的(de)最主要參(can)數📞,而密度(du)又是溫度(du)、壓🌈力的函(han)數,現場壓(ya)力溫度波(bo)動是不可(ke)避免的,由(you)此引起🐕的(de)物性🏒參數(shu)的變動是(shi)使用時産(chan)生附加誤(wu)差的主要(yao)原因之一(yi),在高精度(du)測量時應(ying)🈲特别注意(yi)。由于天然(ran)氣是可壓(ya)縮流體,受(shou)溫度、壓力(li)的🌈影響較(jiao)大,爲了⭐保(bao)證精确度(du),常常采🌂用(yong)溫壓補償(chang)。新型孔闆(pan)流量計可(ke)将⛷️壓力和(he)溫度信号(hao)❗直接送入(ru)現場流👌量(liang)計算機,對(dui)流量進行(hang)壓力和溫(wen)度變化時(shi)的自動補(bu)償運算,并(bing)将精确的(de)流💃量值送(song)到中控。但(dan)須注🌈意的(de)是⛱️,零誤差(cha)的儀表是(shi)沒有的,若(ruo)補償方法(fa)不當,有累(lei)積這些儀(yi)表誤差的(de)可能,增🏃‍♀️加(jia)了✊故障因(yin)素,所以,進(jin)行補償時(shi)須慎重考(kao)慮。另外,在(zai)某些場✨合(he),當流體組(zu)分發生變(bian)化時,就不(bu)能采用壓(ya)力、溫度補(bu)償♈,而應👣采(cai)用密度補(bu)償⚽[2]。
3　發展前(qian)景
　　随着科(ke)學技術的(de)不斷發展(zhan),與傳統孔(kong)闆流量計(ji)相比,當今(jin)智能孔闆(pan)流量計發(fa)展趨勢是(shi)一體化、高(gao)精度、寬量(liang)比的新型(xing)流量計🔞,并(bing)擁有補償(chang)功能完善(shan)的流量計(ji)算機,具有(you)強大的功(gong)能軟件,同(tong)時設有RS485标(biao)準計算機(ji)通🥵信接口(kou),可與DCS連接(jie)通信,對維(wei)護檢修提(ti)供了方便(bian),在工㊙️業生(sheng)産過程中(zhong)方便實用(yong)。同時,由于(yu)新穎的差(cha)壓變送器(qi)可同時測(ce)量差壓、靜(jing)壓和溫度(du),并經計算(suan)單🈲元作氣(qi)體壓力、溫(wen)度修正或(huo)測氣體質(zhi)量流量,減(jian)少了獨立(li)的😘傳感器(qi)數量,簡化(hua)管🏃線工程(cheng),降低安裝(zhuang)費用;減少(shao)管線開孔(kong),降低潛在(zai)洩露點[4],提(ti)高整體可(ke)靠性,這些(xie)🌍都爲智能(neng)孔闆流量(liang)計更好地(di)應用提供(gong)了可靠的(de)技術保證(zheng)。

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