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油田气体流量计研究
2012/9/17 17:07:02
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油田气体流量计研究
随着改革进一步开放，我国能源缺口越来越大。为了应对的能源问题，国家对油气田制度进行了改革使石油公司的经营理念得到转变，使天然气生产和输送部门之间那种传统的管理调度关系发生了根本变革，双方之间逐步建立了追求各自最大商业利益的供求关系。如何对天然气进行精确、实时、经济地计量，提高能源利用率，已经成为油气储运工作者乃至整个天然气行业必须面对的一个重要问题。
1 国内发展现状
我国尚未形成天然气计量的系统标准。国内目前在天然气计量中采用《天然气流量的标准孔板计量方法》（SY/T6143-2004）以及《天然气发热量、密度、相对密度和沃泊指数的计算方法》（GB/T11062-1998）等计量标准，但这些标准尚没有覆盖天然气计量的各个方面，特别是在天然气贸易计量中缺乏天然气计量系统统一的、系统的技术标准。为了适应我国天然气日益国际化的需要，必须加快我国天然气计量标准的国际接轨。
2 计量仪表
欧美等工业化水平较高的发达国家，对天然气计量技术的研究起步较早，投入的资金及科技力量较大，尤其是对贸易天然气的计量十分重视。从流量计选型上，欧洲主要使用涡轮、腰轮流量计，如在荷兰涡轮、腰轮流量计的使用约80%，在加拿大涡轮流量计的使用约占90%，而美国则以使用孔板为主，约占80%。从整体上来看，在流量计使用上，70年代形成了孔板使用高潮，80年代形成了涡轮流量计使用的高潮，90年代中后期则掀起了超声流量计热潮。由于孔板流量计具有坚固耐用、性能可靠、维修方便、按标准制造无需标定等优点，我国油气田天然气计量仪表一般采用 孔板流量计 ，占天然气计量仪表的95%以上。
（1）电磁流量计--原理： 电磁流量计 种类繁多，有 插入式电磁流量计 、 电池供电电磁流量计 、流速仪等等，它是一种根据法拉第电磁感应定律来测量管内导电介质体积流量的感应式仪表，采用单片机嵌入式技术，实现数字励磁，同时在 电磁流量计 上采用CAN现场总线。
——优点：适用于较大口径管道的计量；结构简单，安装容易；无可动部件，性能可靠，耐用；应用历史悠久，标准规定最全；按标准制造的孔板不需要标定；价格便宜。
——缺点：压损大时不适宜长输管线计量；量程比小；前后直管段要求长，占地面积大；输出信号为模拟信号，重复性不高；对整21TECHNOLOGYSUPERVISIONINPE-TROLEUMINDUSTRY套流量计的精度影响因素多且错综复杂，很难提高测量精度。
（2） 气体涡轮流量计 ，——原理：利用气体推动流量计转子转动，通过测转子转动次数来计量气体流量。——优点：测量精度高，一般涡轮不确定度为0.5%～1.0%，精选涡轮可达到0.25%；测量范围宽，量程比可达1：30；输出为脉冲频率信号，便于和计算机配套；结构紧凑轻巧、安装维护方便。——缺点：有可动部件，易于损坏；抗脏污能力差，对介质的干净程度要求高。
（3）气体腰轮流量计，——原理：周期性地充满或排出一个或几个计量空间的气体，以此来测量气体体积流量。——优点：测量精度高，一般腰轮不确定度为0.5%～1.5%，精选腰轮可达到0.2%；量程比大，可达1∶400；可靠性好，不需要直管段；安装条件要求低。——缺点：安装时，壳体不能承受管线的各种应力；对介质的干净程度要求高。
（4） 气体涡街流量计 ，——原理：基于卡门涡街原理制成的一种流体振荡型流量计。在管道中插入一个旋涡发生体，当管道中有流体流过时，在旋涡发生体的两侧将交替产生旋涡，在下游交替排列的旋涡列被称为"涡街"，单位时间内通过某一点的涡街的数量与流体的流速成正比。——优点：无可动部件，稳定可靠；使用寿命长，维护量小；压力损失小；量程宽。——缺点：对雷诺数有要求（≥2×），适用范围受限；不适合在有振动干扰的管网中使用。由于涡街流量计应用时间短，导致工作条件的偏离到底会带来多大的附加误差至今在标准及生产厂家资料中尚不明确。
（5） 旋进旋涡智能流量计 ，——原理：进入旋进漩涡智能流量计的气体，在漩涡发生体的作用下，产生涡旋流，涡旋流在文丘里管中旋进，到达收缩段突然节流，使漩涡加速；当漩涡流突然进入扩散段后，由于压力的变化，使旋涡流逆着前进方向运动；在进动区域内该信号频率与流量大小成正比。——优点：实现了机电一体化，日常的计量过程不需人工值守；工艺安装条件不苛刻，仪表上、下游直管段可较孔板流量计大大缩短；系统的测量准确度能够满足目前的贸易计量要求（≤2%）；流量测量范围较宽（/=15～20），可在孔板流量计无法涉足的部分小流量区域进行有效工作；体积小、重量轻，离线标定较为方便；测量信号既可就地显示，也可按需远传；无可动部件，因此对于一般的测量就不存在仪表的机械磨损；仪表管理人员勿需专业培训，流量、压力及温度等测量参数可以从表头直接读取并且不必进行折算转换；只需定期更换电池（微功耗）及被测介质的参数。
——缺点：截止频率的设置具有随意性；对噪声或振动等干扰信号较为敏感；无测量参数的历史记录。由于投放市场的时间较短，仪表的可靠性和稳定性还有待于各种复杂工况的检验；测量精度对流态及介质脏污的敏感程度还有待于实验研究；现场检定方法还有待于进一步探索等。
（6） 超声波流量计 ，——原理： 超声波流量计 由超声波转换器将电能转换为超声波能量，以一定的方式发射并穿过被测流体，接收器接收到超声波信号，供显示积算仪显示和积算，实现流量的检测显示。——优点：工作原理简单，有望成为基准流量计；测量精度高，可达0.5%；量程比大；能实现双向流量计量；可精确测量脉动流；适应性强，占地少；无可动部件， 坚固耐用，可直接进行清管作业；不受压力、温度、相对分子质量、气体组分变化的影响。由于它对流体无阻力，无压力损失，受流体物理性质限制少，以及使用简单等特点，备受业界关注，具有很大的前景。
——缺点：价格昂贵，只适合于大、中口径；对上下游直管段长度等有要求。
3 然气计量技术发展趋势预测
随着外资企业不断进人我国天然气市场以及国外天然气的进口增多，天然气计量必然要与国际接轨。综合分析表明，天然气计量技术的发展将体现在以下几个方面。
（1）计量方式的自动化、智能化和远程化。由于电子技术、计算机以及互联网技术的迅猛发展，天然气计量已逐步向在线、实时、智能靠近，同时依靠网络技术实现远程化通讯、控制和管理。为了提高测量精度，加快测量数据的传递发送，扩大测量设备的自我诊断的能力，预计在测量系统中会更多地采用内置式微处理机。
（2）计量方式由体积计量向能量方式转变。在天然气贸易计量中，以能量的方式进行结算是最公平的方法。随着社会主义市场经济的完善，在我国天然气贸易计量中实行能量计量势在必行。
（3）检定方式、量值溯源从静态单参数向动态多参数溯源发展。随着国内外实流检定技术的成熟，天然气流量量值溯源正逐步向实流检定方向发展，即以实际天然气介质、在接近实际现场工况等条件下对流量的分参数如压力、温度、气质组分和流量总量进行动态量值溯源。
（4）流量计的干校技术。流量计可实施干校（无须实流校验）是仪表先进性的标志，所有类型流量计都在追求实行干校，但是并非全部流量计皆可实现。 超声流量计 由于其本身工作原理的特点，实行干校独具优势。
（5）计量仪表的多元化。不同的流量计有不同的特点和适应范围，流量仪表选型由此呈现向多元化仪表方向发展。如对中低压、中小流量可选择智能型速度式流量计（涡轮、 旋进旋涡流量计 ）；对高压、大流量可选择气体超声流量计。
（6）计量标准体系的完善。我国天然气计量标准不断发展、丰富和完善，结合国外标准后我国流量计量标准已基本构成完整的体系，正逐步由单一标准向多重标准发展。
（7）计量管理的法制化、规范化、标准化。随着市场经济的发展，人们对天然气计量的重视和管理观念的根本性转变，我国必将颁布有关天然气计量管理方面的相关法律法规，来加强现场计量器具的使用及相应人员进行管理，而且加强了对仪表采购选型、安装使用、质量监督、过程控制、数据管理和实流检定的管理转变和发展，以避免计量纠纷。