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夹装式超声波气体流量计在储气库单井计量中的应用效果

发布:2020/9/8 16:04:29人气:94
储气库注采站单井计量系统在注、采气不同时期计量管线设计为注采同管双向计量。由于储气库采用高压注气、低压采气注采工艺,在采气初期,天然气气体中携带油分或者凝析地层水及岩层杂质等,影响流量计的测量精度,容易造成气量计量误差,当流量计承载静压差较大时,极易导致流量计阻流件卡阻、损坏或脱落。储气库注采单井对于气量计量要求双向计量、承载高低压交替变化,而且计量精度高等特点,所以选用适合运行工况的流量计至关重要,通过性能对比,夹装式超声波气体流量计的夹装式探头直接安装在工艺管道外壁,具有不直接接触介质,无压损,安装维护无需中断工艺介质,仪表量程比宽,可测流量范围广等优点。在储气库设计及评价过程中选了5台夹装式超声波气体流量计进行了现场测试试验,取得了较好的使用效果。
 
1、夹装式超声波流量计工作原理
夹装式超声波流量计采用绝对数字时间差法检测气体的流量,利用超声脉冲在气流中传播的速度与气流的速度有对应的关系,即顺流时的超声脉冲传播速度比逆流时传播的速度要快,这两种超声脉冲传播的时间差越大,则流量也越大的原理。在实际工作过程中,处在上下游的探头将同时发射超声波脉冲,显然一个是逆流传播,一个是顺流传播。气流的作用将使两東脉冲以不同的传播时间到达接收换能器。由于两束脉冲传播的实际路程相同,传输时间的不同直接反映了气体流速的大小。气体超声流量测量几何图(见图1)。
利用流速计算公式,通过时间的检测得到气流流速,进而计算体积流量。
tD=L/c+v*cosϕ
tU=L/c-v*cosϕ
L=D/sinϕ
ṽ=L/2cosϕ(1/tD-1/tU)
式中:tD-顺流传播时间,S;tU-逆流传播时间,s;
L-声道长度,m;c-声速,m/s;v-气体轴向平均流速,
m/s;ṽ-气体沿声道的平均流速,m/s;ϕ-超声波脉冲的倾斜角,rad。
夹装式超声波流量计可以同时配套两组超声探头,取两组平均值进行测量。
 
2、夹装式超声波流量计现场试验
2.1测量系统参数设置
根据实际测量环境,正确输入气质、管道等参数。对管道直径壁厚要用卡尺和测厚仪分别多点测量取其平均值,输入系统后就可以得到探头安装距离。
2.2组件安装
测量管道比较老旧的工矿,尽量不要使用2声程(V法)安装传感器,应选用1声程(Z法),这样的安装方法,对超声波流量计的流量传感器发出的超声波,很
容易被对测的流量传感器接收,而超声波流量计主机的信号强度得到保证,并能保证高精度的测量值。在测量新管道时,当遇到有油漆或渡锌管道的时候,可以用粗纱先处理管道表面,然后再用细纱继续处理,这样保证超声波流量计的流量传感器安装点光滑、平整,超声波流量计的流量探头可以良好的与所测量管道外壁接触。另外,在对某管道进行流量数据采集前,一定要自己去测量管道的外周长(用卷尺)、壁厚(用测厚仪)、管道外壁的温度(表面温度测量仪)等。安装探头时,必须把管外欲安装探头区域的油漆锈迹清理干净,避免局部凹陷,凸出物修平,在探头中心和管壁上涂上厚度为2mm~3mm的耦合剂,紧贴管壁夹装。探头和管壁之间不能有空气及砂粒等杂物,以保证耦合良好,且同一组探头要安装在管道同一轴线上;探头之间的距离以夹架上尺寸和两探头ZUI内距离边缘为准,避免引起更大的测量误差。探头安装处和管壁反射处必须避开接口和焊缝。探头安装处的管道衬里和垢层不能太厚。衬里、锈层与管壁间不能有间隙。对于锈蚀严重的管道,可用手锤震击管壁,以震掉壁上的锈层,保证声波正常传播。但必须注意防止击出四坑。现场安装测试流程图(见图2)。
2.3现场测试试验
2.3.1注气阶段试验进行两组连续测试对比试验:第一组配产35x10⁴m³/d,连续注气10d,第二组配产55x10⁴m³/d,连续注气10d,进行夹装式超声波流量计计量数据和孔板流量计及贸易高级气体超声波流量计计量数据对比,测量数据(见图3)。
数据分析认为,夹装式超声波流量计运行平稳,注气期气质比较干净,夹装式超声波流量计相对于贸易高级气体超声波流量计输差小于2%。
2.3.2采气阶段试验进行两组连续测试对比试验:第一组配产60x10⁴m³/d,连续采气10d,第二组配110x10⁴m³/h,连续采气10d,进行夹装式超声波流量
计计量数据和孔板流量计及贸易高级气体超声波流量计计量数据对比,测量数据(见图4)。
数据分析认为,夹装式超声波流量计运行基本平稳,夹装式超声波流量计相对于贸易高级气体超声波流量计输差小于4%,输差比注气期大,说明气流中携带的污水等颗粒杂质对夹装式超声波流量计精度有一定影响。
 
3、试验效果及认识
通过注气期和采气期的两组现场测试试验,表明夹装式超声波气体流量计计量精度高,能够满足±5%的计量要求四性能安全可靠、基本可实现免维护,适合储气库注采高低压转换、流量范围大等工况下的计量需求,具有推广价值。
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