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普光氣田天然氣計量儀表的選擇和設計

來源:ABG儀表集團   2013年05月18日 15:52  

摘  要:通過對幾種常用的天然氣流量計的優缺點進行對比分析,引出普光氣田天然氣計量儀表選擇孔板閥的理由,并詳細闡述了普光氣田計量系統的組成、材料的選擇、不確定度計算。雖然仍存在一些未解決的問題,但就目前來說,用孔板閥計量酸性天然氣流量仍然是的選擇。

0 引言

普光氣田是迄今為止中國規模zui大、豐度zui高的特大型整裝海相氣田之一。普光氣田的氣質特殊,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%。

1 各類流量計及其特點

大型氣田集輸和長輸氣體管線項目,流量計量以差壓式流量計、超聲波流量計和渦輪流量計的應用zui多,以下為3種流量計的原理和優缺點分析。

1.1 差壓式流量計

差壓式流量計是以流量守恒定律和流動連續性方程為基礎的,當氣體流經節流裝置時,流速在節流裝置處形成局部收縮,從而使流速增加。靜壓力降低,在節流裝置前后產生靜壓力差(差壓),氣流的流速越大,節流裝置前后產生的差壓也越大,從而可通過測量節流裝置前后差壓來計量天然氣流量。

差壓式流量計由三部分組成[1],即將被測流體的流量變換成差壓信號的節流裝置。其中包括節流件和取壓裝置;傳輸差壓信號的管路;測量差壓值的差壓變送器及顯示儀表。

差壓式流量計通常以節流件型式分類,如孔板流量計、文丘里流量計等。測量天然氣流量時,孔板流量計zui為常用。孔板流量計按照是否可以帶壓更換孔板,分為一體式孔板流量計和孔板流量計(孔板閥)。

優點:原理簡明,應用技術成熟,容易掌握;適應性強,更換孔板即可實現不同流量的測量;性能穩定可靠,使用壽命長;孔板為標準節流件,不需要標定[3]。缺點:量程比小,一般為3∶1~5∶1;壓力損失較大;計量準確度受影響因素較多;前后直管段要求,占地面積大。

1.2 超聲波流量計

超聲波流量計常用的測量方法為傳播速度差法、多普勒法等。常用的氣體超聲波流量計采用聲速差法,通過測量超聲波沿氣流順向及逆向傳播的聲速差,測量各種口徑管道內穩態或脈動氣流的雙向流速、流量。

超聲波流量計分為單聲道和多聲道式超聲波流量計。為保證精度,重要場合的超聲波流量計一般要求4聲道或以上。

優點:準確度高,可達0.5%;量程范圍寬,可達100∶1以上;無壓損;對管路特性基本無干擾;無可動部件;可以相同準確度進行雙向測量(尤其適合天然氣正、反輸計量),可測脈動流。

缺點:傳播時間法只能用于清潔液體和氣體;而多勒法只能用于測量含有一定量懸浮顆粒和氣泡的液體。

1.3 渦輪流量計

渦輪流量計屬于速度式葉輪儀表,其利用置于流體中的葉輪的旋轉角速度與流體流速成比例的關系,通過測量葉輪的轉速來反映體積流量的大小。渦輪流量計的變送器輸出與流量成正比的脈沖信號,并通過傳輸路線傳送給顯示儀表。

優點:度高,可達015%;反應迅速,可測脈動流量;無零點漂移,抗*力強;量程比寬;壓損小。

缺點:其特性易受介質物性和流體流動特性的影響,只能適用于潔凈氣體;渦輪轉動,軸承易于磨損,降低了穩定性,使用壽命縮短;安裝要求高。

2 普光氣田氣體流量計的選擇

由于普光氣田的介質為井口采出氣,氣質較臟,渦輪流量計不適用于此。選擇流量計時主要從超聲波流量計和孔板流量計中進行選擇。超聲波流量計由于精度高、量程比寬、無壓損等優點在大型氣田及長輸管線都得到了廣泛應用。但由于普光氣田介質的特殊性(硫化氫含量15.16%,二氧化碳含量8.64%),我們zui終選擇了孔板流量計(孔板閥)。原因如下:通過技術交流,了解到超聲波流量計的聲楔材質很難做到耐普光氣質的腐蝕;硫化物以及二氧化碳對超聲波有吸音作用;孔板閥能夠實現在線更換孔板,可應對氣量的變化和氣體的腐蝕。

3 普光氣田計量系統

3.1 系統組成

普光氣田計量系統為孔板計量系統,它由孔板閥和流量計算機(集成多變量變送器MVS)組成。孔板閥計量系統示意圖如圖1所示。

圖1 計量系統示意圖

流量計算機通過RS2485接口和標準的ModbusRTU協議將數據傳送至各集氣站的站控系統。

3.2 孔板閥

孔板閥可在不中斷氣體輸送、不拆卸或改動工藝管道的情況下檢查和更換孔板。技術要求應符合ISO5167[4]、API1413.3[5]和AGANo.3以及國內規范GB/T2624[7]、SY/T6143[2]的規定。孔板為標準節流元件。需要注意的一點是孔板閥的密封問題。為了zui大限度地保證安全、防止天然氣泄漏,建議孔板片的密封為雙向密封。JB/T7252294中對滑閥密封和孔板密封都做了密封試驗要求[8]。但此處滑閥密封的要求提得不太妥當,因為孔板裝置除了以DANIEL為代表的齒輪轉動式外,還有一種是以FMC為代表的螺桿提升式。而螺桿提升式的孔板閥是沒有滑閥的。

普光氣田地面集輸工程選擇的孔板閥的結構形式如圖2所示。

圖2 孔板閥結構簡圖

3.3 流量計算機

普光氣田集輸工程選用的流量計算機集成多變量檢測、變送以及流量計算功能為一體,多變量變送器(MVS)能夠同時檢測出壓力和差壓信號。流量計算機依照AGA3和AGA8超壓縮因子(詳細級)計算標況瞬時流量、標況累計流量、熱值和相對密度,存貯1月以上數據。流量計算機有可擴展的I/O、現場液晶顯示和標準的接口及通信協議,具有強大的數據歸檔能力。

3.4 材料

普光氣田的氣質中,硫化氫含量達到15.16%,二氧化碳含量達到8.64%。為了zui大限度地保證生產的安全和人員安全,防止氫致開裂HIC(hydrogen2in2ducedcracking)和硫化物應力開裂SSC(sulfidestresscracking),材料的選擇至關重要。

根據NACEMR0175/ISO15156的規定,滿足普光氣田的介質條件的有2種材料方案:①選擇實驗室已評定合格的材料,固熔退火鎳基合金或退火鎳基合金;②選擇低碳鋼材料,控制其硫、磷含量以及硬度,然后做材料評定。

由于鎳基合金的價格昂貴,一般僅接液部件為鎳基合金材質,這樣在閥體內部需做堆焊處理。但因為孔板閥的內部零件較多,若堆焊不好會引起更嚴重的腐蝕,堆焊鎳基合金的方案無法做到。

因為工程設計首重工程實踐,實驗室的依據是在缺乏工程實踐的前提下給出來的參考性方案。zui后,我們選擇的材料方案是調制低碳鋼+工程經驗評定。

4 仍存在的問題

普光氣田地面集輸工程的流量計量系統已經完成設計和采購,但現在還存在一些未被很好解決的技術問題。如計量直管段問題:對于孔板閥廠家來說,直管段數量較少,滿足NACE規范的碳鋼管材難以采購。若由業主將采購的滿足NACE規范的工藝管材發給孔板閥工廠,工廠需要對管材進行加工達到滿足計量要求的圓度以及粗糙度,則會造成壁厚減薄,不滿足腐蝕余量的要求。

5 結束語

由于普光氣田介質的特殊性,國內目前尚無開發此類氣田的經驗。由于沒有經驗可以借鑒,很多問題都是在學習和摸索中慢慢解決。雖然仍存在一些未解決的問題,但就目前來說,用孔板閥計量酸性天然氣流量仍然是的選擇。

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