摘要：孔闆(pǎn)流量計
在高(gāo)酸性氣田集(ji)輸站場單井(jing)加熱爐、計量(liàng)分離器🛀🏻、外輸(shū)管❤️線處的使(shǐ)用現狀。分析(xī)了孔闆流量(liàng)計在使用過(guo)程中容易發(fa)生堵塞的原(yuán)因，闡述了導(dao)壓系統容易(yi)發生的引壓(yā)管積液、引壓(yā)管堵塞⛹🏻♀️、節流(liú)裝置沖刷磨(mo)蝕、密封圈、平(píng)衡閥滲漏等(děng)🤟問題。現場實(shí)施的維🌐護保(bǎo)養、溶硫解堵(dǔ)、蒸汽解堵等(děng)措施取得了(le)較好的應用(yong)效果。
氫氣田(tian)屬超深、高含(hán)硫、高壓、複雜(zá)山地氣田，出(chū)井天然氣含(hán)雜質較多，沿(yan)工藝管線、設(shè)備至上而下(xià)壓力、溫度等(deng)因素梯度變(biàn)化，導緻單質(zhi)硫及其他雜(zá)質沉積，氣質(zhì)、氣流條件無(wú)法達到相🛀關(guan)标準規定要(yao)求，容易産生(shēng)計量誤差。探(tàn)讨現場工況(kuang)中容易出現(xiàn)的孔👅闆堵塞(sai)、引壓管積液(ye)或堵塞對計(ji)量精度的影(ying)響，以🔴及爲消(xiāo)除或降低影(yǐng)響而采取💋的(de)措施。
1孔闆流(liu)量計的工作(zuo)原理
孔闆流(liu)量計是一套(tao)流量測量裝(zhuang)置，由節流裝(zhuang)置、信号引線(xian)、二次儀表系(xi)統組成。節流(liu)裝置包括标(biao)準孔闆、取壓(yā)裝置（孔闆夾(jiá)持器）和上下(xià)遊測量管，主(zhu)要作用是使(shi)🔞管道中流動(dòng)的流體産生(sheng)靜壓力差[1]。
充(chong)滿管道的天(tian)然氣在流經(jing)管道内的節(jiē)流裝置（孔闆(pan)）時，流束将🔆在(zai)節流件處形(xíng)成局部收縮(suo)，從而使流速(su)增加，壓力降(jiang)低，在節流件(jian)上下遊便産(chan)生了壓差，流(liu)量越大，産生(shēng)的壓差越大(dà)；流量越小，産(chǎn)生的壓差越(yuè)小。在已知有(yǒu)關參數的條(tiáo)件下，根據流(liú)動連續性原(yuan)理和伯努利(lì)方程可以🧑🏽🤝🧑🏻推(tuī)導出差壓與(yu)流量之間的(de)關系，從而可(ke)以計算出流(liu)量的大小。
2孔(kǒng)闆流量計在(zài)高酸性氣田(tián)的應用情況(kuang)
2.1普光氣田天(tian)然氣特點
普(pǔ)光氣田是目(mu)前國内已探(tàn)明并投入開(kāi)發的H2S和CO2含量(liang)最💯高的氣田(tián)，生産的天然(rán)氣中H2S含量達(da)13%~18%，CO2含量達8.6%，是典(dian)型的高🏒酸氣(qì)田，生産過程(chéng)中存在着設(shè)備裝置的元(yuán)素硫堵塞、H2S腐(fǔ)蝕及CO2的弱酸(suan)腐蝕等問題(tí)。
2.2普光氣田集(ji)輸站場孔闆(pan)流量計的使(shi)用現狀
孔闆(pan)流量計是目(mù)前集氣站場(chang)使用較爲廣(guǎng)泛的計㊙️量裝(zhuāng)🌈置，具有結構(gòu)簡單、操作方(fāng)便、經濟實惠(huì)的特點。普光(guang)氣田💃🏻集輸系(xi)統設置有多(duō)井輪換計量(liàng)組合裝🐕置，主(zhu)要用于實現(xiàn)多口氣井氣(qì)液分離後分(fen)别進行計量(liang)的一種分離(lí)分輸計量組(zu)合裝置。普光(guang)氣田集輸站(zhan)場的天💜然氣(qi)計量，采用的(de)是孔闆節流(liú)計量，其中在(zai)單井加熱爐(lu)、計量分離器(qì)、外輸管線處(chu)均安裝❤️有孔(kong)闆計量裝置(zhì)🌈。
1）加熱爐計量(liàng)裝置。安裝在(zài)加熱爐計量(liang)管段上的高(gāo)級孔💔闆🥰閥🙇🏻是(shì)🍓針對單井進(jìn)行計量的裝(zhuang)置，該裝置前(qián)沒有設置氣(qì)體😘分離系統(tǒng)。未經氣液分(fèn)離并加雜着(zhe)一些緩蝕劑(ji)的🔅混合天然(ran)氣，經🏒過節流(liu)降壓後，進入(ru)孔闆裝置🆚進(jin)行計量。雜質(zhi)對孔闆閥的(de)使用壽命及(ji)計量的正确(què)性影響很大(dà)。
2）分離器計量(liang)裝置。計量分(fèn)離器的高級(jí)孔闆閥安裝(zhuang)在分離器氣(qì)相出口，是對(dui)單井産量進(jin)行正确計量(liang)🌐的現場計量(liàng)裝置，由卧式(shì)重力式分離(li)器和孔闆計(ji)量裝置組成(chéng)。單井天然氣(qi)在分離器内(nèi)經過氣、液、固(gu)體雜質分💁離(lí)後，再對氣、液(yè)分别進行的(de)計🈲量。此處計(ji)量數據較爲(wei)正确，是各單(dān)井合理配産(chan)的依據所在(zài)🥵。
3）外輸計量裝(zhuāng)置。外輸計量(liang)孔闆閥安裝(zhuāng)在外輸計量(liang)直管㊙️段上，是(shì)對整座集氣(qì)站所有氣井(jing)産出的混合(he)天然氣進行(hang)計量。
普光氣(qi)田集氣站的(de)外輸系統采(cǎi)用的是氣、液(yè)混輸濕氣輸(shū)送設計，此處(chu)的管徑大、輸(shu)氣壓力穩定(dìng)。加元素硫🔆在(zài)前面管線、彙(hui)管、計量分離(lí)器等設備的(de)分離、沉降，造(zào)✨成此處🐆的元(yuan)素硫堵塞較(jiào)少，對計量的(de)影響💯較小。
3孔(kong)闆流量計在(zai)使用中存在(zai)的問題
3.1被測(ce)流體特性的(de)影響
GB/T21446—2008《用标準(zhun)孔闆流量計(jì)測量天然氣(qì)流量》标準中(zhong)規定，通過孔(kong)㊙️闆的天然氣(qi)是經淨化處(chu)理後的天然(ran)氣，氣流是均(jun)勻單相🔞的牛(niú)頓流🐅體。若氣(qì)體中含有的(de)固體或液體(tǐ)微粒成均勻(yún)分散狀态♋，且(qiě)質量分數不(bu)超過2%，也可認(ren)爲是均勻單(dān)相的牛頓流(liú)體。流經孔闆(pan)以前的氣流(liú)流束應與管(guan)道軸線平行(hang)，氣流流動應(yīng)爲充💋分發展(zhan)紊流且無旋(xuan)渦，管道橫截(jié)面所有點上(shàng)的旋渦角小(xiao)于2°即認爲無(wu)旋渦。
但是由(you)于川東北高(gao)含硫化氫氣(qì)田屬超深、高(gao)含硫、高壓🈚、複(fu)🤞雜山地氣田(tián)，出井天然氣(qì)含雜質較多(duō)，沿工藝管線(xiàn)、設備至🐅上而(er)下壓力、溫度(dù)等因素梯度(du)變化，導緻單(dan)質硫及☂️其他(tā)雜🌈質沉積✊，氣(qì)質、氣流條件(jian)達不到相關(guan)标🏒準規定要(yao)求，容易産💔生(sheng)計量誤差[2]。
3.1.1堵(du)塞物形成機(ji)理
1）化學溶解(jie)和化學沉積(ji)。含硫天然氣(qi)中存在着一(yi)個對于㊙️單質(zhì)⭐硫的溶解和(he)沉積有着很(hen)大影響的化(hua)學平衡。加拿(na)大AlbertSulfurResearchLdt的研究表(biǎo)明，在地層條(tiao)件下，元素硫(liú)與H2S發生反應(yīng)可形成一種(zhong)多硫化氫物(wu)質。
含硫氣藏(cáng)開發時，多硫(liu)化氫天然氣(qì)在穿過遞減(jiǎn)的🔱壓力和溫(wen)度剖面時，反(fǎn)應平衡點發(fa)生變化，多硫(liu)化氫分🤟解，生(shēng)成單質硫。當(dāng)氣相中溶解(jie)的元素硫達(dá)到臨界飽和(he)度時，元素硫(liú)随着壓力的(de)繼續降低而(er)析出。分解出(chū)的硫量達🌍到(dào)一定值，流體(tǐ)氣動力不足(zú)以攜帶固态(tai)顆粒硫時，元(yuan)素硫就會沉(chen)積在管壁并(bing)聚集起來，這(zhe)一沉積過程(chéng)主要發生的(de)是化學反應(yīng)。[3]
2）物理溶解和(hé)物理沉積。稠(chou)密流體（地層(céng)條件下時爲(wei)地層天然✨氣(qi)）對單質硫的(de)物理溶解與(yu)解析能力也(yě)🏒有很大影♊響(xiang)。在油藏儲集(ji)層高溫高壓(yā)的環境下，天(tian)然氣對單質(zhì)硫有很大🎯的(de)溶解度。當含(han)🚩硫天然氣藏(cang)投入開發後(hou)，随着壓力、溫(wēn)度的不斷降(jiàng)低❌，元素硫的(de)溶解度也相(xiàng)應降低。一旦(dan)壓力、溫度降(jiàng)低到臨界值(zhí)以下，便會有(you)大量的單質(zhi)硫析出。當析(xi)出的硫量達(dá)到一定值，且(qie)流體氣動力(li)👨❤️👨條件不足以(yǐ)攜帶硫的固(gù)态🐇顆粒時，這(zhe)些析出的硫(liú)便會沉積下(xià)來，這一沉積(jī)過程主要✉️是(shì)物理變化。
3.1.2堵(du)塞對計量的(de)影響
從現場(chang)勘查及堵塞(sāi)物形成機理(li)可知，高含硫(liú)化氫🆚氣田在(zai)生🏃🏻産運行過(guo)程中所帶出(chu)的酸液顔色(se)呈黃色或淺(qian)黃💃色，經化驗(yàn)和分析判斷(duan)主要含單質(zhi)硫。在日常清(qing)😘洗集氣站高(gāo)級孔闆閥計(ji)量系統時發(fā)現，管壁、整流(liu)器、孔闆、導壓(yā)系統附着有(you)大量單質硫(liu)等雜質，更存(cún)在整流器整(zhěng)流孔🚩幾乎被(bei)完全堵塞的(de)情況。這些雜(za)質不僅💯使得(dé)流量計導壓(ya)系統不能正(zhèng)🌈确地錄取靜(jìng)壓、差壓等參(can)數，還使整流(liú)器失去原有(you)的整流作用(yòng)，氣體的流态(tài)發生變化，影(yǐng)響計🙇♀️量的精(jīng)度。因此，定期(qī)清洗流量計(ji)和解決工藝(yi)系統内硫沉(chen)積是提高計(ji)量精度的🔞關(guān)鍵。而試驗結(jié)果表明，雜質(zhi)形态受溫度(dù)影響也較大(dà)，保持計量裝(zhuang)置内外部處(chu)于較高溫度(dù)對減少硫沉(chén)積、提❤️高計量(liàng)精度尤爲顯(xiǎn)著。
1）堵塞導緻(zhi)計量直管段(duàn)直徑變化。從(cong)生産過程中(zhōng)發現🐅，随着運(yun)行時間的增(zēng)加，計量裝置(zhi)上下遊的直(zhí)管段會逐漸(jian)出現沉積硫(liu)，直接導緻直(zhí)管段的直徑(jing)變小，嚴重時(shí)如圖1所示，造(zào)成氣的流動(dòng)範圍減小。
2）整(zheng)流器堵塞導(dao)緻整流效果(guo)降低。氣體通(tōng)過節流裝🥰置(zhì)的流動必須(xū)是保持層流(liu)。在氣體流經(jīng)孔闆前，其🧑🏾🤝🧑🏼流(liu)束必須與管(guan)道軸線平行(hang)，不得有紊流(liú)。而爲了保持(chí)經過孔闆閥(fá)時的氣體流(liú)态爲層流，集(jí)氣站各孔闆(pan)計量裝置前(qian)均安裝了整(zhěng)流器，但在實(shí)際運行中，整(zhěng)流器經常出(chū)現篩孔堵塞(sai)的現象，嚴❤️重(zhòng)時如圖2所🌐示(shi)，導緻流态發(fā)生變化，失去(qu)整流作用。
3）孔(kǒng)闆閥閥腔内(nèi)、孔闆及提升(shēng)導闆上附着(zhe)雜質過多。對(dui)集氣站的高(gāo)級孔闆閥拆(chāi)洗時，發現高(gao)級孔闆閥的(de)孔闆上、導闆(pǎn)以及🔴腔内附(fù)着大量的單(dan)質硫等。這🏃♀️些(xie)雜質會對孔(kǒng)闆的銳利度(dù)産👉生不良影(yǐng)響，導緻計量(liang)不正确✊，同時(shí)也會💯導緻孔(kong)闆無法正常(cháng)的提取，給高(gao)級孔闆閥的(de)定期清洗工(gōng)作造成不便(biàn)。
3.2導壓系統問(wen)題
引壓管最(zui)容易出現的(de)問題是有積(jī)液和堵塞。
3.2.1引(yǐn)壓管積液
由(you)于天然氣中(zhōng)含有水分，會(huì)出現引壓管(guan)積液現象。這(zhe)種積🐉液往往(wǎng)會造成流量(liang)計測量失真(zhēn)，導緻變送器(qi)的輸出出現(xiàn)波動。在寒冷(lěng)的冬季很容(róng)易造成凍堵(du)，最終導緻流(liú)☀️量計無法正(zheng)常🥵運行。因此(cǐ)，需要定期對(dui)積液進💋行排(pái)放。
3.2.2引壓管堵(du)塞
由于測量(liang)介質天然氣(qì)中含有單質(zhì)硫等雜質,介(jiè)質黏稠⭐，會☂️導(dao)緻♉引壓管堵(du)塞。如不定期(qi)排污，引壓管(guǎn)更易堵塞，甚(shen)至導緻雜質(zhì)固✏️化。一旦發(fa)生上述情況(kuang)，流🔅量計将無(wú)法正常運行(hang)。因此，要定期(qī)排污或疏通(tōng)。
按照規定，集(ji)氣站（包括集(ji)氣總站）對引(yǐn)壓管進行周(zhōu)期性排堵，冬(dōng)季每班一次(cì)，夏季每天一(yī)次。另外，集氣(qi)總站當産量(liang)降低約20×104m3時，及(ji)時對導壓管(guǎn)、五閥組進行(háng)加強解堵。由(yóu)于🙇🏻頻繁解🌍堵(du)會降低五閥(fá)組的密封性(xing)，需要每年更(gèng)換一次五閥(fa)組。
3.2.3節流裝置(zhì)鈍化
孔闆流(liú)量計的流出(chu)系數C是在标(biao)準實驗室條(tiao)件下進行校(xiao)準标定的。當(dang)孔闆和孔闆(pǎn)夾持器或者(zhě)孔闆入口直(zhi)角銳利度未(wei)達到🥵标準要(yào)求時，會引起(qi)氣體流态畸(jī)變，使流出系(xì)數C值改變，最(zui)終影🛀響流量(liang)計精😍度。小孔(kong)徑🔴孔闆入口(kou)🛀邊緣輕微的(de)磨圓會引起(qi)流量測量值(zhí)5%的負偏差；而(ér)高含👄硫天然(rán)氣具🈲有較強(qiáng)的腐蝕性，嚴(yan)重磨蝕和中(zhong)等沾污的孔(kong)闆也會引起(qǐ)12%的負偏差。另(lìng)外💛，高壓流🌈體(tǐ)的沖刷也會(hui)導緻标準孔(kǒng)闆的入口直(zhí)角銳利度發(fā)生鈍化[4]。
嚴重(zhong)鈍化時會使(shi)流出系數偏(piān)移1%~2%。在流量計(ji)算中，對🐕孔闆(pǎn)💛入口💚直☀️角銳(rui)利度的精确(que)修正造成很(hěn)大的困難。2017年(nian)💘2季度，對某區(qu)塊16座集氣站(zhàn)共計65套高級(jí)孔闆閥清洗(xǐ)過程中，發現(xian)不同程度損(sǔn)傷的孔闆共(gòng)8塊，占全部孔(kǒng)闆的12.3%。顯然，定(ding)期檢查孔闆(pǎn)保證流出系(xi)數C值的❌穩定(dìng)對提高計量(liang)精度也很重(zhòng)要。
3.2.4密封圈、平(píng)衡閥滲漏
氣(qi)田地層天然(ran)氣不僅存在(zai)流速快，還存(cun)在氣質組分(fen)複雜💋的特點(diǎn)。根據對殘酸(suān)液進行取樣(yàng)，發現黏度較(jiao)高、成分💃複雜(za)。另外，由于氣(qi)田開發采用(yòng)連續加注緩(huan)蝕劑的防腐(fu)工藝，而緩蝕(shí)劑黏度大，易(yì)與沉積物結(jié)合，形成顆狀(zhuàng)物質。在實際(jì)生産中，密封(fēng)圈與孔闆🌐之(zhī)間、平衡閥密(mi)封部分容易(yì)沉積雜質或(huo)損傷（圖3）。氣💋體(tǐ)流經孔闆時(shí)直接從孔闆(pan)外邊緣以及(ji)上腔滲漏💚至(zhì)下遊，導緻計(ji)量偏低。
4建議(yì)
4.1加強流量計(jì)的維護保養(yǎng)
加強流量計(ji)各部位定期(qi)維護保養。每(měi)周對孔闆閥(fa)操作檢查🏒一(yi)✂️次，每月對孔(kong)闆清洗一次(cì)，保證孔闆閥(fa)操作正常🔞，孔(kǒng)闆清潔👨❤️👨、無損(sun)傷。每活動一(yī)次滑閥，就加(jiā)注一次密封(fēng)脂，保證滑閥(fa)嚴密不漏，密(mi)🍉封良好。保持(chi)孔闆閥表面(mian)清潔，油漆無(wú)脫落、鏽蝕，銘(míng)牌❓清晰，零部(bù)件齊全完好(hǎo)，無内外滲現(xian)⭕象，可動部分(fèn)靈活好用。除(chú)定期清洗保(bǎo)養之外，可采(cai)用專🔞用電磁(ci)加熱器對孔(kǒng)闆流量計測(ce)量管💋段定期(qī)進行加熱除(chú)垢，以減少因(yīn)🐕管道結垢變(biàn)徑對計量的(de)影響。同時，規(guī)🚩範安裝引壓(ya)管伴熱系💛統(tǒng)，以減少引壓(ya)管堵塞現象(xiang)。
4.2實施有效的(de)解堵措施
4.2.1溶(rong)硫劑解堵
溶(rong)硫劑MDEA(二甲基(ji)二硫等混合(hé)物)是一種非(fēi)常高效的解(jiě)除元素硫沉(chén)積堵塞的解(jie)堵劑，解堵效(xiao)果顯著。但溶(róng)硫劑具有極(jí)強的腐蝕性(xing)，容易造成設(she)備附件損🐪壞(huài)（如孔闆密封(fēng)墊圈、提升軸(zhóu)密封膠圈🏃🏻♂️等(deng)）。因此僅在已(yǐ)經完全被單(dan)質硫🙇♀️堵塞、設(shè)備材質允許(xǔ)的條件下小(xiao)範圍使用。
4.2.2蒸(zheng)汽解堵
開始(shǐ)時對孔闆閥(fa)内的元素硫(liú)堵塞采用清(qing)水沖洗的方(fāng)法進行處理(lǐ)，但效果不理(lǐ)想，附着在提(tí)升軸齒輪、導(dǎo)闆齒縫和💛滑(huá)闆上的🌈部分(fen)雜質無法完(wan)全被清洗掉(diao)，雜質依然♻️會(hui)對孔👨❤️👨闆閥的(de)🏃正常操作造(zao)成影響📞。
經過(guo)試驗，用高壓(ya)蒸汽沖洗的(de)方法較好。高(gāo)壓蒸汽👄不僅(jin)能将🙇♀️閥腔内(nei)的元素硫雜(za)質沖洗幹淨(jing)，還能将閥腔(qiang)内殘存的緩(huan)蝕🌈劑、密封脂(zhi)等雜質沖洗(xi)幹淨，不🤩留死(si)角☎️，對閥體内(nèi)的附件也不(bu)會造成傷害(hai)。清洗完畢後(hòu)，閥門操作靈(ling)活、可靠，投入(rù)運行後持續(xu)生産時間長(zhang)，清洗效果非(fei)常顯著💃🏻。
4.3及時(shi)更換計量分(fen)離器高級孔(kong)闆閥孔闆密(mì)封墊圈
現場(chang)實際操作過(guò)程中發現，計(jì)量分離器高(gāo)級孔闆🔆閥💋孔(kong)闆的橡膠密(mì)封墊圈使用(yòng)一個月左右(yòu)就會出⛹🏻♀️現腐(fu)蝕老化。因此(cǐ)，每月對計量(liàng)分離器高級(ji)孔闆閥進行(háng)一次維護保(bǎo)養，對🌈失效的(de)橡膠密封墊(niàn)圈及時進行(háng)更換。目前，試(shì)驗使用耐腐(fu)性更強的四(si)聚氟乙‼️烯材(cai)料替代橡膠(jiāo)制作孔闆密(mì)封墊，應用效(xiào)果較好。
5結論(lùn)
高酸氣田集(ji)氣站場使用(yong)的高級孔闆(pǎn)閥，是站場天(tian)😄然氣計量♉的(de)重要設備，在(zài)運行過程中(zhong)受到所計量(liang)介質的性🧑🏾🤝🧑🏼質(zhì)、壓力、溫度以(yǐ)及自身材質(zhi)、結構等多種(zhong)因素的影響(xiǎng)，造成操作困(kun)難、計量不正(zheng)确等問題，嚴(yan)㊙️重影響現場(chang)的安全平穩(wen)生産。在目前(qian)無法改變天(tiān)然氣高含H2S的(de)客觀情況下(xia)，通過現場實(shi)際工作，提出(chū)👣了一些解堵(dǔ)、維修保養的(de)方法，取得了(le)一定的效果(guǒ)。通過以上一(yī)系列的維護(hù)保養措施和(hé)改進工作，能(néng)更好地解決(jue)高級孔🐉闆閥(fa)在日常使用(yong)過程中出現(xiàn)的問題，保證(zhèng)孔闆閥的安(ān)全運行和天(tian)然氣計量的(de)正确。
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