摘要(yào):文章論述(shù)了智能孔(kong)闆流量計(jì) 在天然氣(qi)測量中的(de)應用情況(kuàng),分析了傳(chuán)統孔闆流(liu)量計的原(yuan)理及在石(shi)油天然氣(qì)鑽采工程(cheng)領域應用(yong)的優缺點(diǎn),闡述㊙️了新(xīn)🌏型一💜體化(hua)智能孔闆(pǎn)流量計的(de)特點及✌️對(duì)未來發展(zhan)前景的展(zhan)望。
　　在20世紀(ji)初, 孔闆流(liú)量計 應用(yong)于天然氣(qi)流量測量(liàng),經過一個(gè)世紀的發(fā)展,它已成(chéng)爲全世♋界(jiè)最主要的(de)天然氣流(liu)量計[1]。近年(nián)來,盡管出(chū)現了許多(duo)新型天然(ran)氣測量流(liú)量計,如,超(chao)聲流量計(jì)、氣體渦輪(lún)流量計等(deng)。但由于孔(kǒng)闆流量計(ji)測量技術(shù)曆史悠久(jiǔ)、應用範圍(wéi)廣、結構簡(jian)單、使用壽(shou)命長及價(jià)格低等特(te)點,且标 準(zhun)型孔闆流(liu)量計 可以(yǐ)無須校準(zhun)而确定信(xìn)号(差壓)與(yǔ)流量的關(guan)系,并估🚶算(suan)其測量誤(wù)差等特點(dian),在流量計(ji)中是惟一(yī)的。正是由(you)于上述原(yuán)因,在今後(hou)相當長一(yī)個時期内(nèi),由于種種(zhǒng)因素的制(zhì)❄️約,特别❤️是(shi)标定不能(neng)獲得妥善(shàn)解決之前(qian),孔闆流量(liàng)計仍是天(tian)然氣計量(liang)的主要儀(yi)表。
1　孔闆流(liú)量計的測(cè)量原理
　　孔(kong)闆流量計(ji)是根據安(ān)裝在管道(dào)中孔闆産(chan)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(liàng)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(jiàn)(孔闆)時,流(liú)束将在節(jie)流件處形(xíng)成局部🏃🏻收(shou)縮。此時流(liú)速🏃‍♀️增大,靜(jing)差壓降低(di),在孔闆前(qian)後産生🏃‍♂️差(cha)壓,流量愈(yù)大,差壓愈(yu)‼️大,因而可(kě)根據差壓(ya)來衡量流(liú)量的大小(xiǎo)。這種測量(liàng)方法是以(yǐ)流動連續(xù)性方程(質(zhì)量守恒定(ding)律)和伯努(nu)利方程(能(néng)量守恒定(dìng)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(xíng)系數;β爲直(zhi)徑比🐇,β= d/ D; d爲工(gong)作條件下(xià)節流件孔(kǒng)徑,m;D爲工作(zuò)條件下上(shang)遊管道内(nèi)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(tè)點
　　由孔闆(pan)流量計的(de)測量原理(li)可知,流量(liàng)與差壓爲(wèi)平方根關(guān)系,如果壓(yā)差降低到(dào)原差壓的(de)1/9,則流量将(jiāng)減小到原(yuan)流量的1/3,這(zhè)樣👈,對于一(yī)個差壓上(shàng)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(liu)量計的量(liàng)程🐆比最大(dà)爲4∶1的原因(yin)。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(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(cún)在測量範(fàn)圍窄,測量(liang)精度低,需(xū)在工況變(bian)化時,更換(huàn)不同的孔(kǒng)闆元件等(deng)缺點。近年(nian)來,随着微(wēi)電子技術(shu),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(liang)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(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(liàng)計做了很(hen)大改進。
a)　流(liu)量測量範(fàn)圍擴展方(fāng)式改進　在(zài)石油天然(rán)氣測量中(zhōng),對流量變(biàn)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(bìng)列幾台流(liú)量計。新型(xing)智能孔闆(pǎn)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(kě)在流量🔴計(ji)算機上進(jìn)行選擇。流(liú)量計算🏒機(ji)上除設有(you)正常流量(liang)比外,還設(shè)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(dà)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(kuò)展差壓分(fen)解功能系(xì)統,不用更(geng)換孔闆👌和(he)差壓變送(song)器就可完(wan)成;另一個(gè)擴展功能(néng)就是大流(liú)量🌈側計量(liàng)範圍的擴(kuo)張,這是将(jiang)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(hai)有超寬幅(fú)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(liu)量範🆚圍的(de)測量,各自(zi)獨立發信(xin)号,流量計(jì)算機則把(ba)這些信号(hào)分成不同(tong)領域進行(háng)變換選❌擇(zé),并在各🏃🏻‍♂️領(ling)域進行演(yan)算,從而使(shǐ)超寬幅範(fan)圍在測量(liàng)上♊也能保(bǎo)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(shì)與并列2台(tai)流量計🔴的(de)設備費用(yòng)相比,既提(tí)高了經濟(ji)效🏃🏻益,又節(jie)省了來回(huí)切換的麻(ma)煩;與采用(yong)多塊孔闆(pǎn)的方法相(xiang)比,避🎯免了(le)孔闆更換(huan),降低了生(sheng)産操作難(nán)度。
b)　孔闆元(yuán)件與二次(cì)儀表(差壓(ya)變送器及(ji)流量積算(suan)儀)一體化(huà)　傳統🔞孔闆(pǎn)流量計在(zai)應用中,孔(kong)闆與二次(ci)儀表分🔱開(kāi),把差壓信(xìn)号送到🎯中(zhong)控進行流(liú)量計算,在(zai)流量變化(huà)💜較大的場(chang)合,還需配(pei)備多塊孔(kong)闆,一體化(huà)流量計完(wán)全🔴解決了(le)這🌈一不便(biàn),使孔闆和(he)二次儀表(biǎo)成🏃‍♀️爲一體(tǐ),省去了引(yǐn)壓管線,減(jiǎn)少了故障(zhang)率,改善了(le)動态特性(xìng),方便了安(an)裝使用[2],且(qie)體積小,節(jie)約成本,無(wú)需現場更(gèng)換孔闆,隻(zhī)⛹🏻‍♀️需設定量(liang)程比即可(kě),操作方便(biàn),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(jì)的總精度(dù)爲± 0.8%～ 5.0%[3],對孔闆(pǎn)流量🌏計來(lái)說,密度是(shi)影響流量(liang)計特性的(de)最主要參(cān)數🐆,而密度(du)又是溫度(du)、壓力的函(han)數,現場壓(ya)力溫度🛀波(bō)動是不可(kě)避免的,由(you)此引起的(de)物性參數(shù)的變動是(shì)使用時産(chan)生附加誤(wù)差的主要(yao)原因之一(yī),在高精😘度(du)測量時應(yīng)特别注意(yì)。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(bǎo)證精确度(du),常常采用(yòng)溫壓補償(chang)。新型💞孔闆(pǎn)流量計可(kě)将壓力和(he)溫度信号(hao)直接送入(rù)現場流🏃量(liang)計算機,對(duì)流量進行(hang)壓力和溫(wēn)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(chà)的儀表是(shi)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(jiā)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(hé),當流體組(zu)分發生變(biàn)📧化時,就✨不(bu)能采用壓(ya)力、溫度補(bu)償,而應💛采(cǎi)用密度補(bǔ)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(kǒng)闆流量計(jì)相比👈,當今(jīn)💰智能孔闆(pan)流量計發(fa)展趨勢是(shi)一體化、高(gāo)精度、寬量(liang)比的新型(xíng)流量計,并(bing)擁有補償(chang)功能完善(shan)的流量計(ji)算機,具有(yǒu)強大的功(gōng)能😘軟件,同(tóng)📐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(wéi)護檢修提(ti)供了方便(biàn),在工業生(shēng)産過程中(zhōng)方便實用(yòng)📐。同時,由于(yu)新㊙️穎的差(chà)壓變🔞送器(qi)可同時測(cè)量差壓、靜(jìng)壓和溫🈲度(du),并經計算(suàn)單元作氣(qi)🔱體壓力、溫(wen)度修正或(huò)測氣體質(zhì)量流量,減(jiǎn)少了獨立(lì)的傳感器(qi)數量,簡化(hua)管線工程(cheng),降低安裝(zhuāng)費用;減少(shao)管線🛀開孔(kǒng),降低潛在(zai)洩露點🏃‍♂️[4],提(tí)高整體可(ke)靠性,這些(xie)📧都爲智能(néng)孔闆流量(liàng)計更好地(di)應用提供(gong)了可💰靠的(de)技術保證(zheng)。

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