摘要(yào):文章論(lùn)述了智(zhi)能孔闆(pan)流量計(ji) 在天然(rán)氣測量(liang)中的應(yīng)用情況(kuàng),分析了(le)傳統孔(kǒng)闆流量(liàng)🔴計的原(yuán)理及在(zai)石油天(tian)然氣鑽(zuan)采工程(chéng)領域應(yīng)用的優(yōu)缺點,闡(chǎn)述了新(xin)型一體(ti)化智能(néng)孔闆流(liu)量計的(de)🏃特點及(ji)對未來(lai)發展前(qian)景的展(zhǎn)望。
　　在20世(shì)紀初, 孔(kǒng)闆流量(liàng)計 應用(yong)于天然(ran)氣流量(liàng)測量,經(jing)過一個(gè)世紀的(de)發展,它(tā)已成爲(wei)全世界(jie)最主要(yào)的天然(ran)氣流量(liang)計[1]。近年(nián)來,盡✍️管(guǎn)出現了(le)許多新(xīn)型🌈天然(ran)氣測量(liang)流量計(ji),如,超聲(shēng)流🈲量計(jì)、氣體渦(wo)輪🐪流量(liang)計📱等。但(dàn)由于孔(kǒng)闆流量(liàng)計測量(liang)技術曆(li)史悠久(jiǔ)、應用範(fàn)圍廣、結(jie)構簡單(dān)、使🌈用壽(shou)命長及(jí)價格低(di)等特點(diǎn),且标 準(zhǔn)型孔闆(pan)流量計(jì) 可以無(wú)須校準(zhǔn)而确定(dìng)信号(差(chà)壓)與流(liu)量的關(guān)系,并💋估(gu)算其測(ce)量誤差(chà)等特點(dian),在流量(liàng)計中是(shi)惟一的(de)。正♈是由(yóu)于上🤞述(shù)原因,在(zài)🐕今後相(xiàng)當長一(yi)個時期(qī)内,由于(yú)種種因(yin)素的制(zhi)約,特别(bie)是标定(dìng)不能獲(huò)得妥善(shan)解決之(zhī)前,孔闆(pǎn)流量計(ji)仍是天(tian)然氣❗計(ji)量的主(zhǔ)要儀表(biao)。
1　孔闆流(liu)量計的(de)測量原(yuán)理
　　孔闆(pǎn)流量計(ji)是根據(ju)安裝在(zai)管道中(zhong)孔闆産(chǎn)生的差(chà)壓、已🔞知(zhi)✏️流體條(tiao)件和孔(kong)闆與管(guǎn)道的幾(jǐ)何尺寸(cùn)來測量(liang)流🛀量。它(tā)由孔闆(pan)、 差壓變(biàn)送器 和(he)流量顯(xian)示儀組(zu)成。如圖(tú)1,當流體(tǐ)流經設(she)置在管(guǎn)道中的(de)節流件(jian)(孔闆)時(shí),流束将(jiang)在節流(liú)件處形(xing)成局部(bu)收縮。此(cǐ)時🔴流速(su)增大🌍,靜(jing)差✉️壓降(jiang)低,在孔(kǒng)闆前後(hou)産生🌈差(chà)壓,流量(liang)愈大,差(chà)壓愈大(da),因而可(ke)根據💃差(chà)壓來衡(heng)量流量(liang)的大小(xiǎo)。這種測(ce)量方法(fǎ)是以流(liú)動連⛹🏻‍♀️續(xù)性方程(chéng)(質量守(shǒu)恒定律(lǜ))和伯努(nu)利方程(cheng)(能量守(shou)恒定律(lü))爲基礎(chǔ),流量爲(wèi)[2]。
qm= C(1-β 4)- 1/2επ/[4d2(2Δpρ1)1/2],
　　式中,qm爲(wèi)質量流(liu)量,kg/s;C爲流(liú)出系數(shù)m3/s;ε爲可膨(péng)脹形系(xì)數;β爲直(zhí)徑㊙️比,β= d/ D; d爲(wèi)🙇🏻工作條(tiáo)件下節(jie)流件孔(kǒng)徑,m;D爲工(gong)作條件(jian)下上遊(you)管道内(nèi)徑,m;Δp爲差(cha)壓,Pa,Δp= p1- p2;ρ1爲上(shang)遊流體(ti)密度,kg/m3。

2　新(xin)型孔闆(pǎn)流量計(ji)的特點(dian)
　　由孔闆(pǎn)流量計(jì)的測量(liàng)原理可(ke)知,流量(liang)與差壓(ya)爲平方(fang)根關系(xì),如果壓(ya)差降低(di)到原差(cha)壓的1/9,則(ze)流量将(jiang)減小到(dào)原流量(liang)的1/3,這樣(yang),對于一(yī)個差壓(ya)上限固(gu)定的差(cha)壓變送(sòng)器來說(shuō),其測量(liàng)精度是(shì)下降了(le),這就是(shi)傳統😄孔(kǒng)闆流量(liang)計的量(liang)程比最(zuì)大爲4∶1的(de)原因。在(zài)🏃石油天(tiān)然氣鑽(zuan)采工程(cheng)領域,天(tiān)然氣🏃的(de)流量,物(wù)性參數(shu)等會随(sui)年份不(bú)同,工💋況(kuang)條件不(bu)同有很(hen)大差異(yi),采用傳(chuán)統孔闆(pǎn)流量計(ji)測量存(cun)🔴在測量(liàng)範圍窄(zhai),測量精(jing)度低,需(xū)在📱工🌐況(kuàng)變化時(shí),更換不(bu)♋同的孔(kong)闆元件(jiàn)等缺點(dian)。近年來(lái),随着微(wēi)電子技(ji)術,計算(suàn)🏃🏻機技術(shù),新材料(liào),新工藝(yì)的迅💔速(sù)發展,差(chà)壓變送(song)器和流(liú)量計已(yi)大大提(tí)高其性(xìng)能及可(kě)靠性,儀(yi)表廠家(jia)相繼開(kai)發了一(yi)些寬幅(fú) 一體化(hua)智能孔(kǒng)闆流量(liàng)計 ,對原(yuán)有的孔(kong)闆流量(liàng)計做了(le)很大改(gǎi)進。
a)　流量(liàng)測量範(fan)圍擴展(zhan)方式改(gǎi)進　在石(shí)油天然(ran)氣測量(liàng)🌈中,對流(liú)量變💛化(hua)大的場(chang)合,傳統(tong)做法是(shi)同時配(pèi)備多🏃🏻‍♂️塊(kuai)β值不同(tong)💃的孔🍉闆(pan)或并列(lie)幾台流(liu)量計。新(xīn)型智能(neng)孔闆流(liu)量計,如(ru),日本SONIC公(gōng)司開發(fa)的孔闆(pǎn)流量計(ji),其流量(liàng)🙇🏻比的範(fan)圍可在(zai)流量📞計(jì)算機上(shàng)進行選(xuan)擇。流量(liang)計算機(jī)上除設(she)有💞正常(cháng)流量比(bi)外,還設(shè)有2個擴(kuo)展功能(néng)(如圖2),一(yī)是爲了(le)計量小(xiǎo)流量,可(kě)将計量(liàng)範圍擴(kuò)大到最(zui)大可測(ce)流量的(de)1/40,這種功(gong)能是在(zài)流量計(jì)算機上(shàng)采用擴(kuo)展差壓(yā)分解功(gong)能系統(tong),不用更(gèng)換孔闆(pan)和差壓(ya)變送器(qì)就可完(wán)成;另一(yī)個擴展(zhan)功能就(jiu)是大流(liu)量側計(ji)🤞量範圍(wéi)的擴張(zhang),這是将(jiāng)差壓擴(kuò)大,從而(er)使大流(liu)量側的(de)計量範(fan)圍加以(yǐ)擴大的(de)一種系(xi)統。另外(wài)還有超(chāo)寬幅範(fan)圍方式(shi),量程比(bi)最大可(kě)達1∶180,采👈用(yòng)2台差壓(ya)變送器(qì),各自負(fù)擔着小(xiǎo)流量範(fan)圍和大(da)流量範(fan)🈲圍的測(cè)量,各自(zì)獨立發(fā)信号🔴,流(liu)量計算(suàn)機則把(ba)這些信(xin)号分成(chéng)不同領(ling)域進行(háng)變換選(xuǎn)擇,并在(zài)各領域(yù)進行演(yan)算,從而(ér)使超寬(kuan)幅範圍(wei)在測量(liang)上也能(néng)保證較(jiao)高的精(jīng)度。雖然(ran)多投入(rù)了1台差(cha)壓變送(song)😍器,但是(shi)與并列(lie)2台🚶‍♀️流量(liàng)計的設(shè)備費用(yòng)相比,既(ji)提高了(le)經濟效(xiao)益,又節(jiē)省了來(lai)🐪回切換(huan)的♻️麻煩(fán);與采用(yòng)多塊孔(kǒng)闆的方(fang)法✍️相比(bi),避免了(le)孔闆更(geng)換,降低(dī)了生産(chan)操作難(nán)度。
b)　孔闆(pǎn)元件與(yǔ)二次儀(yi)表(差壓(ya)變送器(qi)及流量(liang)積算儀(yi))一體化(hua)　傳統孔(kǒng)闆流量(liàng)計在應(ying)用中,孔(kong)闆與二(èr)次儀表(biǎo)分開,把(bǎ)差壓信(xìn)号🔴送到(dào)中控進(jin)行流量(liang)計算,在(zai)流量變(bian)化較大(da)的場合(hé),還需配(pei)備多塊(kuai)孔💋闆,一(yī)體化流(liu)量計完(wán)全解決(jué)了這一(yī)不便,使(shi)孔闆和(he)二次儀(yi)表成爲(wei)一體,省(sheng)去了引(yǐn)壓管線(xian),減少了(le)故障率(lü),改善了(le)動态特(tè)性,方便(bian)了安裝(zhuang)使用[2],且(qie)體積小(xiao),節約成(cheng)本,無需(xu)現場更(geng)換孔闆(pǎn),隻需設(she)定量程(chéng)比即可(kě),操作方(fang)便,受到(dào)用戶的(de)歡迎。

c)　自(zi)動溫壓(ya)補償功(gong)能　孔闆(pan)流量計(ji)的總精(jīng)度爲± 0.8%～ 5.0%[3],對(duì)孔闆流(liu)量計✨來(lái)說,密度(dù)是影響(xiang)流量計(jì)特性的(de)最主要(yao)參數,而(er)密度又(you)是溫度(du)、壓力的(de)函數,現(xiàn)場壓力(lì)溫度波(bo)動是不(bú)可避💚免(miǎn)的,由✍️此(cǐ)引起的(de)物性參(can)數的變(biàn)動是使(shi)用時産(chan)生附加(jia)❄️誤差的(de)主要原(yuan)因之一(yī),在高精(jing)度測量(liàng)時應🌈特(te)别注意(yi)。由于天(tiān)然氣是(shi)可壓縮(suo)流體,受(shòu)溫度、壓(ya)力的影(yǐng)響較大(dà),爲了保(bǎo)證精确(que)度,常常(cháng)采🈲用溫(wen)壓補償(cháng)。新型孔(kǒng)闆流量(liang)計可将(jiāng)⁉️壓力和(he)溫度信(xìn)号📐直接(jie)送入現(xiàn)場流量(liang)計算機(jī),對流量(liang)進行壓(yā)力和溫(wēn)度變化(huà)時的自(zi)動補💞償(chang)運算💋,并(bìng)将精确(què)的流🌈量(liàng)值送到(dào)中控。但(dan)須注意(yi)的是,零(ling)誤差的(de)儀表是(shi)沒有的(de),若補償(chang)方法不(bú)當,有累(lèi)積這些(xie)儀表誤(wù)差的可(ke)能,增加(jiā)了故障(zhàng)因素,所(suo)以,進行(hang)🌈補償時(shí)須慎重(zhòng)考慮。另(lìng)外,在某(mǒu)些場♋合(he),當流體(ti)組分發(fa)生變化(huà)時,就不(bú)能采用(yòng)🔞壓力、溫(wēn)度補償(chang),而應🔆采(cǎi)用密度(du)補償[2]。
3　發(fa)展前景(jing)
　　随着科(kē)學技術(shu)的不斷(duan)發展,與(yǔ)傳統孔(kǒng)闆流量(liang)計相比(bi),當今♌智(zhì)💋能孔闆(pan)流量計(ji)發展趨(qū)勢是一(yī)體化、高(gāo)精度、寬(kuan)量比的(de)新型流(liu)量計,并(bìng)擁有補(bǔ)償功能(neng)完善的(de)🐪流量計(ji)算機,具(jù)有強大(da)的功能(néng)軟件,同(tong)💋時設有(you)RS485标準計(ji)算機通(tōng)信接口(kǒu),可與DCS連(lián)接通信(xìn),對維護(hù)檢修提(tí)供了方(fāng)便,在工(gōng)業生産(chan)過程⛱️中(zhong)方便實(shi)用。同時(shi),由于新(xin)穎的差(cha)壓變送(song)器可同(tong)時測量(liang)差壓、靜(jìng)壓和溫(wen)🏃‍♀️度,并經(jīng)計算單(dan)🛀元作氣(qì)體壓力(li)、溫度修(xiū)正或測(ce)氣體質(zhì)量👉流量(liàng),減少了(le)獨立的(de)⚽傳感器(qì)數量,簡(jian)化管📧線(xian)工程,降(jiang)❄️低安裝(zhuāng)費用;減(jian)少管線(xiàn)✂️開孔,降(jiàng)低潛在(zài)洩露點(diǎn)[4],提高整(zhěng)體可靠(kào)性,這些(xiē)都爲智(zhì)能孔闆(pan)流量計(ji)更好地(di)應用提(ti)供了可(kě)靠的技(jì)術保證(zheng)🍉。

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