要針對國内能夠用于測量油(yóu)田中的高溫高壓飽(bǎo)和蒸汽質量流量的流量(liàng)計,綜述這些流量計的發展現(xiàn)狀、優缺點(diǎn)、存在的問題、需(xū)要(yào)改進的地方以及(jí)其發展前景。一些前人在測量高溫高壓(yā)飽和蒸汽(qì)這種
随着我國石油工業的大(dà)規(guī)模發展(zhǎn),在石油開采中,需要注入高溫高壓高幹度飽和水(shuǐ)蒸氣以提高原油采收率和油汽比,爲了提高稠油熱采經濟(jì)效益,需要(yào)精确測量(liàng)飽和蒸汽(qì)的質量流量。
蒸(zhēng)汽流量測(cè)量在20世紀80年代以前普遍采用标準(zhǔn)孔闆流量(liàng)計,但從流量計儀表
發展狀況來看,它的應用已經(jīng)被很多流量計(jì)所(suǒ)取代,随着科技的發展它的不足(zú)之處也都顯現了出來。目前,國(guó)際上測量飽和蒸汽的質量流量計還是一個很大的難題。國外普遍使用(yòng)的蒸汽質量流量計,隻(zhī)能用來測量(liàng)高溫高(gāo)壓氣體的(de)質量流量。但是對于飽和蒸汽的流量測量,其精度不高,能量損失(shī)也比較大。工程上對(duì)于測量飽和蒸汽常用的解決方案是分(fèn)離法,用汽水分離器分離成單(dān)相流體,再(zài)用單項流量(liàng)計進行測量。但此方法中的汽水分離(lí)器價格昂貴,油田上使用這種設備(bèi)也不是一台兩台就能解決的問題(tí),所以從造價上就限制了它的使用。
因此人(rén)們一直都在緻力于直接用來測量飽和蒸汽的質量流量(liàng)計(jì),現如今市場(chǎng)上制造的很多種類的流量計一般都是測量單相(xiàng)流體;也有一(yī)些可以測量兩相流體(tǐ)的流量計,但技術還都很不成熟。下面就來介(jiè)紹一(yī)下目前我國常用(yòng)來測量飽和蒸汽質量流量計的(de)發展狀況。
渦街流量計
渦街流量計(jì)的優點
測量(liàng)飽(bǎo)和蒸汽最常用(yòng)的(de)流量計。因無(wú)可動(dòng)部件,可靠性高,結(jié)構簡單牢固,安裝(zhuāng)維修(xiū)方便,維(wéi)護費低,應用範圍廣,壓力損失小,量程範圍寬(kuān),對(duì)飽和蒸(zhēng)汽測量量程比可達到30∶1等優點,使它的使用越來越普遍化。
渦街流量計的(de)缺點
它的使用(yòng)也受一些條件的限(xiàn)制,必(bì)須遠離(lí)振動源和電磁幹擾較強的地方(fāng)、對于直管段的配置前後(hòu)直管段(duàn)要求滿足渦街流量計的要(yào)求、在工業現場(chǎng)流量計出口通向大氣、幹(gàn)度的變化、壓力的經常(cháng)波動都會直接影響流量(liàng)值的測量,最主要的一個問題是不能長期(qī)保持校準(zhǔn)特性。
應對措施
對于幹度問題,遇到蒸汽幹度低于85%的情況,目(mù)前的解決(jué)方法是在流量計出口(kǒu)側安裝溫(wēn)度變送器,但在實際工況确定蒸汽的幹度也很困難,如果能夠改進蒸汽(qì)流量計入口處(chù)的蒸汽品質,則能改進蒸(zhēng)汽流量計的測(cè)量精度,油田中對于飽和(hé)蒸汽幹度的測量常(cháng)用熱力學方法,而熱力(lì)學中的凝結法是(shì)現如今比較可行的一種測量幹度(dù)的方法;對于幹擾問題,應對流量計前後(hòu)管道作可靠的支撐設計。如(rú)管(guǎn)道振動不可避免,應(yīng)采用抗幹擾能力強的差壓式流(liú)量計;對于流量計(jì)出口側通(tōng)向大氣的問題,解決方法是限制飽和蒸汽流速使之低于上限或在上遊側(cè)前(qián)面加整流器,有條件的也可以采用提高背(bèi)壓的方法;對于壓力的經常(cháng)波動,利用飽(bǎo)和蒸(zhēng)汽的密度與蒸(zhēng)汽(qì)的絕對壓力或蒸(zhēng)汽的工作溫度之間一一對應的(de)特點,通過(guò)壓力或溫度參數間接修正(zhèng)流量(liàng)計(jì)顯示出的數值,現在市場上的智能流量積算(suàn)儀采用高性能AT89C52單(dān)片機來測量飽和蒸汽的瞬時流(liú)量(liàng)和累(lèi)計流量[7],并能自動補償溫(wēn)度和(hé)壓力的變化。
以上各種方法雖然解決了使用渦(wō)街流量計中出現的問(wèn)題,但是同時也增大了(le)各種儀器
間所帶來的誤差,據各(gè)單位反應也增(zēng)加了用戶的工作(zuò)量,因此(cǐ)希望(wàng)設計人員能夠開發出更爲先進的儀表來測量飽和(hé)蒸汽的質量流量。盡管存在種種問題,但是其發展迅速,在測量飽和(hé)蒸汽質量流量的方面目前(qián)已成爲通用的一類流量計。對于蒸(zhēng)汽測量的在(zài)線适時補償和計算(suàn)公(gōng)式的修正問(wèn)題,中石化公司所采用的三合一式多變量智能變送器将壓阻式絕壓(yā)傳感(gǎn)器
、電容(róng)式差壓傳感器、和四線制式RTD溫度模塊(kuài)和爲一體,傳感器的電(diàn)子電路将過程變量直接轉化爲數字變量,可(kě)在傳感(gǎn)器内進行修正和補償,并有效地解決(jué)了(le)這一(yī)問題,而且(qiě)不需要另配(pèi)壓力變送器和(hé)流量積算儀,簡化了測(cè)量系統,提高了系統的可維護性、可操作性、測量準确度。但是在應用中也存在一定的問題,當智能差壓變送(sòng)選用的差壓(yā)量程檔較低時,對測(cè)量管路的(de)要求較(jiào)高,任何(hé)細微(wēi)的漏洞都會對測量産生明顯的影響。對(duì)流量的校驗隻能依(yī)賴現有軟件中的流量計算模型進(jìn)行演算,模型本身的準确(què)度如何,目前國家還沒有相關的檢驗标準。軟件(jiàn)版本的升級較快,因此(cǐ)限制了(le)産品的推廣和使用,對用戶也造成了一定(dìng)的困(kùn)難。
渦街流量計在測量飽和蒸汽的方面還是正處(chù)于發(fā)展中的流量計(jì),無論(lùn)是理論基礎還是實踐經驗都還存在一定的缺陷(xiàn)。實踐經驗需要通過(guò)長期的積(jī)累才能夠使它更加完善(shàn),因此,渦街流量計的基礎研究工(gōng)作必須跟上,否則在使(shǐ)用中會出現很多意想不到的問題。近些年國内(nèi)外工作者運(yùn)用計算(suàn)機(jī)仿真技術,微(wēi)電(diàn)子技術以及先進的制造技術,在渦(wō)街流量計(jì)應用領域進行了大量的(de)實驗(yàn)研究,并取得了一定(dìng)的成果。國内外科研(yán)工作者(zhě)通過實驗和數值仿(páng)真在改善旋(xuán)渦發生體形狀和多(duō)旋渦發生(shēng)體(tǐ)方面進行了一些有益(yì)的探索。 超聲波流(liú)量計
超(chāo)聲波流量計的優點(diǎn)
近年來超聲波流量計(jì)在國外取得理論和實踐成功的基礎(chǔ)上,也積極投身國内市場。在石油領域,成爲新型流量(liàng)計的主(zhǔ)要品種之一。也可以用來測量(liàng)蒸汽的(de)質(zhì)量流量,但前提條件是必須蒸汽幹度達(dá)到(dào)95%以上,這對油田來說是一個很大的難(nán)度,因此要想使(shǐ)用氣體超聲波流量計來測量蒸汽的質量流量必須首先提高蒸(zhēng)汽的幹度。他的檢測(cè)方式分爲(wèi)傳播速度差法,多普勒法,波速偏移法,噪聲法,相關(guān)法等。由于是非接觸(chù)式儀表(biǎo),可以不受流體的壓力(lì),溫度,粘(zhān)度和密度的影響相比較而言超聲波流(liú)量計存在很(hěn)多優點(diǎn),量程比很大,沒有壓損(sǔn),維修維護率很低,精度很高,工藝管路複雜程度也很低(dī)。
超聲(shēng)波(bō)流量計的缺點
它所測流體溫度範圍受超聲波換能(néng)器及換能器與管道之間的耦合材(cái)料耐溫程度的限制,以及高溫下被測流體傳聲速度的原始數據不全等等因素,另外它的測量線(xiàn)路比一般流量計複雜(zá),因此隻有(yǒu)在集成電(diàn)路技術迅速發展的前提下才能得(dé)到實際的應用。總體來說技術還(hái)是(shì)不夠(gòu)完善,因此現在市場上也限制了它的使用。目(mù)前(qián)我國隻能用于測(cè)量200℃以下的流體。近年(nián)來它也是發展迅速的流量計之一。
分流旋翼(yì)式流量計
分流旋翼式流量計的優點
與(yǔ)差壓(yā)流量計一樣,都采用了标準孔闆節流,不用外接電源和二次(cì)儀表(biǎo),能在現場或遠傳顯示蒸汽質量流(liú)量的累計或瞬時值。需要壓力補償裝置,也可以(yǐ)測量飽和蒸汽的質量流量。
分流(liú)旋翼式(shì)流量計的缺點
但是飽和蒸汽的密度必須一緻,在流量計的前端一般要求安裝過(guò)濾器,并且需要正确選(xuǎn)擇流量計的規格,還需定期的檢修和維護,但是最主要的一點是它(tā)的被測飽和蒸汽的幹度爲1,這在油田方面幾乎不(bú)可能達到的技術,而且它的工作壓力也很低。種種條件限制了它在(zài)油田方面的應用(yòng)。因此隻适用于中小企(qǐ)業(yè)的蒸汽計量。
國内的實驗研究
在我(wǒ)國國内的實驗方(fāng)面,對于氣液兩相流的複雜性我(wǒ)國(guó)可以直接測量出它的流量的實驗,中國石油大學的萬勇等所編著(zhe)的新型氣液兩相流(liú)的設計(jì)與實驗中,對水和(hé)空氣所進行的研究,提出(chū)了測量兩相流的一種新的流量計,取得了不錯的實驗(yàn)效果。西安交通大學的王棟、林宗虎所研究的氣液兩相(xiàng)流體流量的分(fèn)流分項測量方法,将兩相流(liú)變成單相流體, 取代昂貴的汽水分離器的方法,試驗中也取(qǔ)得了(le)不錯的(de)效果(guǒ)。
從目前來看,使(shǐ)用質(zhì)量流量計來測(cè)量飽和蒸汽還有很多問題需要解決,對于質量流量計的設計、維護、安(ān)裝、使用、檢定等需要有技術标準來(lái)執行,而且無論是哪種流量計,在(zài)測(cè)量飽和蒸汽方面都要求幹度值非常高,因此要想(xiǎng)是測量值更加準确最可行的方法是提高蒸汽(qì)幹度,這樣在(zài)油田方面可供選擇(zé)的流量計(jì)的範圍就廣一些。目前對于飽(bǎo)和蒸汽流(liú)量的測量還有待于進一步研究,各種流量計還都有待于進一步(bù)完善。