摘要(yào):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(liú)量計的原(yuan)理📐及在石(shí)油天然氣(qi)鑽采工程(cheng)領域應用(yong)的優🈚缺點(diǎn),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(zhǎn)前景的展(zhan)望。
　　在20世紀(jì)初, 孔闆流(liú)量計 應用(yong)于天然氣(qì)流量測量(liàng),經過一個(gè)世紀的發(fā)展,它已成(cheng)爲😄全世界(jiè)最主要的(de)天然氣流(liú)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(chāo)聲流量計(jì)、氣體渦輪(lún)流量計☔等(děng)。但由于孔(kong)闆🤩流量計(jì)測量技術(shù)曆史🤟悠久(jiu)、應用範圍(wei)廣、結構簡(jian)單、使用壽(shòu)命長🈚及價(jià)格低等特(te)點,且标 準(zhǔn)型孔闆流(liú)量計 可以(yǐ)無須校準(zhǔn)而确定信(xìn)号(差壓)與(yu)流量的關(guan)系,并估算(suàn)其測💜量誤(wù)差等特點(dian),在流量計(jì)中是惟一(yi)的。正是由(yóu)于上述原(yuán)因,在♻️今後(hòu)🌍相當長一(yi)個時期内(nèi),由于種種(zhǒng)因素的制(zhi)約,特别是(shì)标定不能(néng)獲得妥善(shàn)解決☀️之前(qian),孔闆流量(liang)計仍是天(tiān)然氣計量(liàng)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(dào)中孔闆産(chǎn)生的差壓(yā)、已知流🙇‍♀️體(tǐ)🏃🏻‍♂️條件和孔(kǒng)闆與管道(dao)的幾何尺(chǐ)寸來測量(liang)流量。它🔅由(you)孔闆、 差壓(yā)變送器 和(hé)流量顯示(shi)儀組成。如(rú)圖1,當流體(tǐ)流經設置(zhi)在管道中(zhōng)✏️的節流件(jiàn)👌(孔闆)時,流(liu)束将在節(jiē)流件處形(xíng)成局部收(shou)縮。此時流(liu)速增大,靜(jìng)差壓降低(di),在孔闆前(qián)後産生差(chà)壓,流量愈(yu)大,差壓愈(yù)大,因而可(ke)根據🈲差壓(ya)來衡量流(liú)量的大小(xiao)。這種測量(liàng)方法是以(yi)流動連續(xù)性方程👄(質(zhi)量守恒定(ding)律)和伯努(nǔ)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(shì)中,qm爲質量(liàng)流量,kg/s;C爲流(liú)出系數m3/s;ε爲(wèi)可膨脹形(xing)系數;β爲直(zhí)徑㊙️比,β= d/ D; d爲工(gōng)🔱作條件下(xia)節流件孔(kong)徑,m;D爲工作(zuò)條件下上(shàng)遊管道内(nèi)徑,m;Δp爲差壓(yā),Pa,Δp= p1- p2;ρ1爲上遊流(liu)體密度,kg/m3。

2　新(xīn)型孔闆流(liú)量計的特(tè)點
　　由孔闆(pǎn)流量計的(de)測量原理(lǐ)可知,流量(liàng)與差壓爲(wèi)平方根關(guān)🎯系,如👉果壓(ya)差降低到(dao)原差壓的(de)1/9,則流量将(jiāng)減小到原(yuán)流量的1/3,這(zhe)樣,對于🧑🏾‍🤝‍🧑🏼一(yī)個差壓上(shang)限固定的(de)差😍壓變送(sòng)器來說,其(qi)測量精度(du)是下降了(le),這就是傳(chuán)統孔闆流(liú)量計的量(liang)程比最大(da)爲🌏4∶1的原因(yīn)。在石油天(tiān)然🚩氣鑽采(cai)工程領域(yù),天然氣的(de)流量,物性(xìng)👅參數等會(huì)随年份不(bú)同,工況條(tiao)件不同有(you)很大差異(yi),采用傳統(tong)孔闆流量(liàng)計😘測量存(cun)在測量範(fàn)圍窄,測量(liàng)精度低,需(xu)在工況變(biàn)化時,更換(huan)不同的孔(kǒng)闆元件等(deng)缺點。近年(nián)來,随着微(wei)電子技術(shù),計算機技(ji)術🧑🏾‍🤝‍🧑🏼,新材料(liào),新工藝的(de)迅💁速發展(zhan),差壓變送(sòng)器和流量(liàng)計已大大(da)提高其性(xìng)能及可靠(kao)性,儀表廠(chǎng)家相繼開(kāi)發了一些(xiē)寬幅 一體(tǐ)化智能孔(kǒng)闆流量計(jì) ,對原有的(de)孔闆流量(liàng)計做了很(hěn)大改進。
a)　流(liú)量測量範(fan)圍擴展方(fāng)式改進　在(zài)石油天然(ran)氣測量中(zhōng),對流量💔變(bian)化大的場(chang)合,傳統做(zuo)法是同時(shí)配備多塊(kuài)β值不同的(de)孔♻️闆或并(bing)列幾台流(liú)量計。新型(xíng)智能孔闆(pan)流量計,如(rú),日本SONIC公司(si)開發的♊孔(kong)闆流量計(ji),其流量比(bǐ)的範圍可(ke)在流量💃🏻計(jì)算機上🍓進(jin)行選擇。流(liu)量計算👣機(jī)上除設有(you)正常流量(liang)比♍外,還設(she)有2個擴展(zhǎn)功能(如圖(tu)2),一是爲了(le)🌐計量小流(liú)量,可将計(jì)量範圍擴(kuo)大到最大(dà)可測流量(liang)的1/40,這種功(gōng)能👌是在流(liú)量計算機(ji)上采用👌擴(kuo)展差壓分(fèn)解功能✊系(xi)統,不用更(gèng)換孔闆和(hé)差壓變送(sòng)器就可完(wán)成;另一個(ge)擴展功💔能(neng)就是大流(liú)量側計🧑🏾‍🤝‍🧑🏼量(liang)範圍的擴(kuo)張,這🈚是将(jiāng)差壓擴大(da),從而使大(dà)流量側‼️的(de)計量範圍(wéi)加以擴大(da)的一種系(xi)統。另外還(hái)有超寬幅(fu)範圍方式(shì),量程比最(zuì)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(liú)量範圍的(de)測量,各自(zì)獨立發信(xìn)号,流量計(ji)算機則把(bǎ)這🧑🏾‍🤝‍🧑🏼些信号(hào)分成不同(tong)領域進行(háng)變換選擇(ze),并在各領(lǐng)域進行演(yǎn)算,從而🐇使(shǐ)超寬幅範(fan)圍在測量(liang)上也能保(bǎo)證較高的(de)精度。雖然(rán)多投入了(le)1台差壓變(bian)送器,但💋是(shì)與并列2台(tai)流量計的(de)設備費用(yòng)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(pǎn)的方法相(xiàng)比,避🥵免了(le)孔闆更換(huan),降低了生(shēng)産操作難(nan)度。
b)　孔闆元(yuan)件與二次(ci)儀表(差壓(yā)變送器及(jí)流量積算(suàn)儀🌐)一體化(hua)　傳統孔闆(pǎn)流量計在(zai)應用中,孔(kong)闆與二次(cì)儀♋表分開(kai),把差壓信(xin)号送到中(zhōng)控進行流(liú)量計算,在(zài)流量變化(huà)較大的場(chǎng)合,還需配(pèi)備多塊孔(kong)闆,一體化(hua)流量計完(wan)全解決了(le)這一不便(biàn),使孔闆和(he)二次儀表(biao)成爲一體(ti),省去了引(yin)壓管線,減(jiǎn)少了故障(zhàng)率,改善了(le)動态特性(xìng),方便♌了⁉️安(ān)裝使用[2],且(qiě)體積小,節(jie)約成本,無(wu)需現場更(geng)換孔闆,隻(zhī)需設定量(liàng)程比即可(kě),操作方便(bian),受✉️到用戶(hù)的歡迎。

c)　自(zi)動溫壓補(bǔ)償功能　孔(kong)闆流量計(jì)的總精度(du)爲± 0.8%～ 5.0%[3],對孔闆(pan)流量計來(lái)說,密度是(shì)影響流量(liàng)計特性的(de)最主要參(can)數🌂,而密度(dù)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(yóu)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(yì)。由于天然(ran)氣是可壓(yā)縮流體,受(shou)溫度、壓力(li)的影響較(jiào)大,爲了保(bao)證精确度(dù),常常采用(yong)溫壓補償(chang)。新型孔闆(pǎn)流量計可(kě)将壓力和(he)溫度信号(hào)直接送入(ru)現場流量(liang)計算機,對(duì)流量進行(háng)壓力和溫(wēn)度變化🏃🏻‍♂️時(shi)的自動補(bǔ)償運算,并(bìng)将精确的(de)流量值🍓送(song)到中控。但(dan)須注💯意的(de)是✊,零誤差(chà)的儀表是(shì)沒有的♌,若(ruò)補償方法(fǎ)不當,有累(lei)積這些儀(yí)表誤差的(de)可能,增㊙️加(jia)了⭐故障因(yin)素,所以,進(jìn)行補償👨‍❤️‍👨時(shí)須慎重考(kǎo)慮。另外,在(zài)某些場合(he),當流體組(zu)分發生變(bian)化時🥰,就不(bú)能采用壓(ya)力、溫度補(bǔ)償,而應采(cai)用密度補(bǔ)償[2]。
3　發展前(qian)景
　　随着科(kē)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(gāo)精度、寬量(liàng)比的新型(xíng)流量計🌂,并(bing)擁有補償(cháng)功能完善(shan)的流量計(ji)算機,具有(you)強大的功(gōng)能軟件,同(tong)時設有RS485标(biāo)準🐕計算機(ji)通💔信接口(kǒu),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(shēng)産過程中(zhōng)方便實用(yòng)。同時,由于(yú)新🔴穎的差(chà)壓變🌍送器(qì)可同時測(ce)量差壓、靜(jìng)壓和溫度(dù),并經計算(suan)單元作氣(qi)體壓力、溫(wēn)度修正或(huo)測氣體質(zhì)量流🌈量,減(jian)少了獨立(li)的🌂傳感器(qi)數量,簡化(hua)管線工程(chéng),降💋低安裝(zhuāng)費用;減少(shao)管線開孔(kong),降低潛在(zai)洩露點[4],提(tí)高整體可(kě)靠性,這些(xiē)都爲智能(néng)孔闆流量(liang)計更好地(di)應用提供(gòng)了可靠的(de)技術保證(zhèng)。

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