油田中測(cè)量飽和蒸汽質(zhì)量流量計(jì)的發(fā)展現(xiàn)狀 流量計(jì)技術(shù)指標(biāo)

第第頁(yè)油田中測(cè)量飽和蒸汽質(zhì)量流量計(jì)的進(jìn)呈現(xiàn)狀流量計(jì)技術(shù)指標(biāo)摘要：重要針對(duì)國(guó)內(nèi)能夠用于測(cè)量油田中的高溫高壓飽和蒸汽質(zhì)量流量的流量計(jì)，綜述這些流量計(jì)的進(jìn)呈現(xiàn)狀、優(yōu)缺點(diǎn)、存在的問(wèn)題、需要改進(jìn)的地方以及其進(jìn)展前景。一些前人在測(cè)量高溫高壓飽和蒸汽這種兩相流體所做的試驗(yàn)探討。關(guān)鍵字：流量計(jì)；飽和蒸汽；干度；測(cè)量隨著我國(guó)石油工業(yè)的大規(guī)模進(jìn)展，在石油開(kāi)采中，需要注入高溫高壓高干度飽和水蒸氣以提高原油采收率和油汽比，為了提高稠油熱采經(jīng)濟(jì)效益，需要精準(zhǔn)明確測(cè)量飽和蒸汽的質(zhì)量流量。蒸汽流量測(cè)量在20世紀(jì)80時(shí)代以前普遍采納標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)，但從流量計(jì)儀表進(jìn)展情形來(lái)看，它的應(yīng)用已經(jīng)被很多流量計(jì)所取代，隨著科技的進(jìn)展它的不足之處也都顯現(xiàn)了出來(lái)。目前，國(guó)際上測(cè)量飽和蒸汽的質(zhì)量流量計(jì)還是一個(gè)很大的難題。國(guó)外普遍使用的蒸汽質(zhì)量流量計(jì)，只能用來(lái)測(cè)量高溫高壓氣體的質(zhì)量流量。但是對(duì)于飽和蒸汽的流量測(cè)量，其精度不高，能量損失也比較大。工程上對(duì)于測(cè)量飽和蒸汽常用的解決方案是分別法，用汽水分別器分別成單相流體，再用單項(xiàng)流量計(jì)進(jìn)行測(cè)量。但此方法中的汽水分別器價(jià)格昂貴，油田上使用這種設(shè)備也不是一臺(tái)兩臺(tái)就能解決的問(wèn)題，所以從造價(jià)上就限制了它的使用。因此人們一直都在致力于直接用來(lái)測(cè)量飽和蒸汽的質(zhì)量流量計(jì)，現(xiàn)如今市場(chǎng)上制造的很多種類(lèi)的流量計(jì)一般都是測(cè)量單相流體；也有一些可以測(cè)量?jī)上嗔黧w的流量計(jì)，但技術(shù)還都很不成熟。下面就來(lái)介紹一下目前我國(guó)常用來(lái)測(cè)量飽和蒸汽質(zhì)量流量計(jì)的進(jìn)展情形。1渦街流量計(jì)1.1渦街流量計(jì)的優(yōu)點(diǎn)測(cè)量飽和蒸汽常用的流量計(jì)。因無(wú)可動(dòng)部件，牢靠性高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單堅(jiān)固，安裝維護(hù)和修理便利，維護(hù)費(fèi)低，應(yīng)用范圍廣，壓力損失小，量程范圍寬，對(duì)飽和蒸汽測(cè)量量程比可達(dá)到30∶1等優(yōu)點(diǎn)，使它的使用越來(lái)越普遍化。1.2渦街流量計(jì)的缺點(diǎn)它的使用也受一些條件的限制，必需闊別振動(dòng)源和電磁干擾較強(qiáng)的地方、對(duì)于直管段的配置前后直管段要求充足渦街流量計(jì)的要求、在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)流量計(jì)出口通向大氣、干度的變化、壓力的常常波動(dòng)都會(huì)直接影響流量值的測(cè)量，最重要的一個(gè)問(wèn)題是不能長(zhǎng)期保持校準(zhǔn)特性。1.3應(yīng)對(duì)措施對(duì)于干度問(wèn)題，碰到蒸汽干度低于85%的情況，目前的解決方法是在流量計(jì)出口側(cè)安裝溫度變送器，但在實(shí)際工況確定蒸汽的干度也很困難，假如能夠改進(jìn)蒸汽流量計(jì)入口處的蒸汽品質(zhì)，則能改進(jìn)蒸汽流量計(jì)的測(cè)量精度，油田中對(duì)于飽和蒸汽干度的測(cè)量常用熱力學(xué)方法，而熱力學(xué)中的凝結(jié)法是現(xiàn)如今比較可行的一種測(cè)量干度的方法；對(duì)于干擾問(wèn)題，應(yīng)對(duì)流量計(jì)前后管道作牢靠的支撐設(shè)計(jì)。如管道振動(dòng)不可避開(kāi)，應(yīng)采納抗干擾本領(lǐng)強(qiáng)的差壓式流量計(jì)；對(duì)于流量計(jì)出口側(cè)通向大氣的問(wèn)題，解決方法是限制飽和蒸汽流速使之低于上限或在上游側(cè)前面加整流器，有條件的也可以采納提高背壓的方法；對(duì)于壓力的常常波動(dòng)，利用飽和蒸汽的密度與蒸汽的肯定壓力或蒸汽的工作溫度之間一一對(duì)應(yīng)的特點(diǎn)，通過(guò)壓力或溫度參數(shù)間接修正流量計(jì)顯示出的數(shù)值，現(xiàn)在市場(chǎng)上的智能流量積算儀采納高性能AT89C52單片機(jī)來(lái)測(cè)量飽和蒸汽的瞬時(shí)流量和累計(jì)流量[7]，并能自動(dòng)補(bǔ)償溫度和壓力的變化。以上各種方法雖然解決了使用渦街流量計(jì)中顯現(xiàn)的問(wèn)題，但是同時(shí)也增大了各種儀器間所帶來(lái)的誤差，據(jù)各單位反應(yīng)也加添了用戶(hù)的工作量，因此希望設(shè)計(jì)人員能夠開(kāi)發(fā)出更為先進(jìn)的儀表來(lái)測(cè)量飽和蒸汽的質(zhì)量流量。盡管存在種種問(wèn)題，但是其進(jìn)展快速，在測(cè)量飽和蒸汽質(zhì)量流量的方面目前已成為通用的一類(lèi)流量計(jì)。對(duì)于蒸汽測(cè)量的在線(xiàn)適時(shí)補(bǔ)償和計(jì)算公式的修正問(wèn)題，中石化公司所采納的三合一式多變量智能變送器將壓阻式絕壓傳感器、電容式差壓傳感器和四線(xiàn)制式RTD溫度模塊和為一體，傳感器的電子電路將過(guò)程變量直接轉(zhuǎn)化為數(shù)字變量，可在傳感器內(nèi)進(jìn)行修正和補(bǔ)償，并有效地解決了這一問(wèn)題，而且不需要另配壓力變送器和流量積算儀，簡(jiǎn)化了測(cè)量系統(tǒng)，提高了系統(tǒng)的可維護(hù)性、可操作性、測(cè)量精準(zhǔn)度。但是在應(yīng)用中也存在肯定的問(wèn)題，當(dāng)智能差壓變送選用的差壓量程檔較低時(shí)，對(duì)測(cè)量管路的要求較高，任何細(xì)小的漏洞都會(huì)對(duì)測(cè)量產(chǎn)生明顯的影響。對(duì)流量的校驗(yàn)只能倚靠現(xiàn)有軟件中的流量計(jì)算模型進(jìn)行演算，模型本身的精準(zhǔn)度如何，目前國(guó)家還沒(méi)有相關(guān)的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。軟件版本的升級(jí)較快，因此限制了產(chǎn)品的推廣和使用，對(duì)用戶(hù)也造成了肯定的困難。渦街流量計(jì)在測(cè)量飽和蒸汽的方面還是正處于進(jìn)展中的流量計(jì)，無(wú)論是理論基礎(chǔ)還是實(shí)踐閱歷都還存在肯定的缺陷。實(shí)踐閱歷需要通過(guò)長(zhǎng)期的積累才能夠使它更加完善，因此，渦街流量計(jì)的基礎(chǔ)討論工作必需跟上，否則在使用中會(huì)顯現(xiàn)很多意想不到的問(wèn)題。近些年國(guó)內(nèi)外工運(yùn)用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，微電子技術(shù)以及先進(jìn)的制造技術(shù)，在渦街流量計(jì)應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行了大量的試驗(yàn)討論，并取得了肯定的成果。國(guó)內(nèi)外科研工通過(guò)試驗(yàn)和數(shù)值仿真在改善旋渦發(fā)生體形狀和多旋渦發(fā)生體方面進(jìn)行了一些有益的探究。2威力巴流量計(jì)2.1威力巴流量計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是較為理想的插入式差壓流量計(jì)，它是在阿牛巴流量計(jì)的基礎(chǔ)上進(jìn)展起來(lái)的。其探頭是完全符合空氣動(dòng)力學(xué)的原理設(shè)計(jì)而成的，測(cè)量原理和其他差壓式流量計(jì)相同。它在設(shè)計(jì)上采納一體化的子彈頭型探頭，并且結(jié)構(gòu)上無(wú)運(yùn)動(dòng)部件，強(qiáng)度大，不易磨損，取壓孔避開(kāi)了漩渦發(fā)生區(qū)，使信號(hào)穩(wěn)定無(wú)脈動(dòng)。還可以削減壓力損失以及防本質(zhì)的堵塞及泄漏現(xiàn)象，維護(hù)費(fèi)用相對(duì)于孔板較小十倍以上，已經(jīng)取得了較顯著的經(jīng)濟(jì)效益，測(cè)量的壓差也較低。在測(cè)量飽和蒸汽方面存在的優(yōu)點(diǎn)是：安裝便利，基本免維護(hù)，可在線(xiàn)安裝和檢修，但安裝比較嚴(yán)格、量程比大、泄漏點(diǎn)少、信號(hào)穩(wěn)定、波動(dòng)小、永久壓損小，熱量消耗少，基本不需檢修維護(hù)等特點(diǎn)，有些公司應(yīng)用它得出的結(jié)論是穩(wěn)定牢靠，測(cè)量數(shù)據(jù)精準(zhǔn)，能夠達(dá)到計(jì)量精度的要求?？梢砸罁?jù)現(xiàn)有用氣量大小的工藝管道口徑來(lái)選擇探頭，不必如渦街流量計(jì)必需考慮充足流體流速不得低于5m/s的要求，最突出的優(yōu)點(diǎn)是輸出一個(gè)特別穩(wěn)定的、無(wú)脈動(dòng)的差壓信號(hào)。2.2威力巴流量計(jì)的缺點(diǎn)在測(cè)量飽和蒸汽時(shí)由于壓力和溫度的變化，會(huì)引起測(cè)量介質(zhì)的密度變化，而它是依體積流量來(lái)計(jì)算為質(zhì)量流量的，因此需要考慮進(jìn)行對(duì)測(cè)量介質(zhì)的壓力、溫度進(jìn)行補(bǔ)償以除去對(duì)流量變化的影響，而且它的價(jià)格目前來(lái)說(shuō)還是比較昂貴。但是它的技術(shù)現(xiàn)在在油田方面測(cè)量飽和蒸汽還不是很成熟，在測(cè)量蒸汽方面對(duì)于高壓這一問(wèn)題就很難解決。因此需要威力巴的討論人員能夠克服這一難點(diǎn)，才能廣泛應(yīng)用于油田方面。3超聲波流量計(jì)3.1超聲波流量計(jì)的優(yōu)點(diǎn)近年來(lái)超聲波流量計(jì)在國(guó)外取得理論和實(shí)踐成功的基礎(chǔ)上，也積極投身國(guó)內(nèi)市場(chǎng)。在石油領(lǐng)域，成為新型流量計(jì)的重要品種之一、也可以用來(lái)測(cè)量蒸汽的質(zhì)量流量，但前提條件是必需蒸汽干度達(dá)到95%以上，這對(duì)油田來(lái)說(shuō)是一個(gè)很大的難度，因此要想使用氣體超聲波流量計(jì)來(lái)測(cè)量蒸汽的質(zhì)量流量必需首先提高蒸汽的干度。他的檢測(cè)方式分為傳播速度差法，多普勒法，波速偏移法，噪聲法，相關(guān)法等。由于是非接觸式儀表，可以不受流體的壓力，溫度，粘度和密度的影響相比較而言超聲波流量計(jì)存在很多優(yōu)點(diǎn)，量程比很大，沒(méi)有壓損，維護(hù)和修理維護(hù)率很低，精度很高，工藝管路多而雜程度也很低。3.2超聲波流量計(jì)的缺點(diǎn)它所測(cè)流體溫度范圍受超聲波換能器及換能器與管道之間的耦合材料耐溫程度的限制，以及高溫下被測(cè)流體傳聲速度的原始數(shù)據(jù)不全等等因素，另外它的測(cè)量線(xiàn)路比一般流量計(jì)多而雜，因此只有在集成電路技術(shù)快速進(jìn)展的前提下才能得到實(shí)際的應(yīng)用?？傮w來(lái)說(shuō)技術(shù)還是不夠完善，因此現(xiàn)在市場(chǎng)上也限制了它的使用。目前我國(guó)只能用于測(cè)量200℃以下的流體。近年來(lái)它也是進(jìn)展快速的流量計(jì)之一、4分流旋翼式流量計(jì)4.1分流旋翼式流量計(jì)的優(yōu)點(diǎn)與差壓流量計(jì)一樣，都采納了標(biāo)準(zhǔn)孔板節(jié)流，不用外接電源和二次儀表，能在現(xiàn)場(chǎng)或遠(yuǎn)傳顯示蒸汽質(zhì)量流量的累計(jì)或瞬時(shí)值。需要壓力補(bǔ)償裝置，也可以測(cè)量飽和蒸汽的質(zhì)量流量。4.2分流旋翼式流量計(jì)的缺點(diǎn)但是飽和蒸汽的密度必需一致，在流量計(jì)的前端一般要求安裝過(guò)濾器，并且需要正確選擇流量計(jì)的規(guī)格，還需定期的檢修和維護(hù)，但是最重要的一點(diǎn)是它的被測(cè)飽和蒸汽的干度為1，這在油田方面幾乎不可能達(dá)到的技術(shù)，而且它的工作壓力也很低。種種條件限制了它在油田方面的應(yīng)用。因此只適用于中小企業(yè)的蒸汽計(jì)量。5國(guó)內(nèi)的試驗(yàn)討論在我國(guó)國(guó)內(nèi)的試驗(yàn)方面，對(duì)于氣液兩相流的多而雜性我國(guó)可以直接測(cè)量出它的流量的試驗(yàn)，中國(guó)石油大學(xué)的萬(wàn)勇等所編著的新型氣液兩相流的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)中，對(duì)水和空氣所進(jìn)行的討論，提出了測(cè)量?jī)上嗔鞯囊环N新的流量計(jì)，取得了不錯(cuò)的試驗(yàn)效果。西安交通大學(xué)的王棟、林宗虎所討論的氣液兩相流體流量的分流分項(xiàng)測(cè)量方法，將兩相流變成單相流體，取代昂貴的汽水分別器的方法，試驗(yàn)中也取得了不錯(cuò)的效果。6結(jié)束語(yǔ)從目前來(lái)看，使用質(zhì)量流量計(jì)來(lái)測(cè)量飽和蒸汽還有很多問(wèn)題需要解決，對(duì)于質(zhì)量流量計(jì)的設(shè)計(jì)、維護(hù)、安裝、使用、檢定等需要有技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)執(zhí)行，而且無(wú)論是哪種流量計(jì)，在測(cè)量飽和蒸汽方面都要求干度值特別高，因此要想是測(cè)量值更加精準(zhǔn)最可行的方法是提高蒸汽干度，這樣在油田方面可供選擇的流量計(jì)的范圍就廣一些。目前對(duì)于飽和蒸汽流量的測(cè)量還有待于進(jìn)一步討論，各種流量計(jì)還都有待于進(jìn)一步完善。電磁流量計(jì)的特點(diǎn)及不足之處由于電磁流量計(jì)具有牢靠性高、耐腐蝕性強(qiáng)、簡(jiǎn)單變更測(cè)量范圍等特點(diǎn)，在國(guó)內(nèi)外好多行業(yè)都得到了廣泛應(yīng)用并重點(diǎn)對(duì)它進(jìn)行開(kāi)發(fā)。在我們所涉及的工程，例如輕工行業(yè)中電磁流量計(jì)常應(yīng)用在食品、造紙、精細(xì)化工和污水處理等行業(yè)，用來(lái)測(cè)量乳液、番茄醬、啤酒、紙漿、填料、黑液、其他化學(xué)品等液體或具有氣液、液固兩相的液體流量。這些液體中除干凈液體外，大多為易粘、易堵、含氣泡、含固體顆粒，有的還具有強(qiáng)腐蝕性。目前，電磁流量計(jì)具有傳感器、轉(zhuǎn)換器一體型和分別型二種結(jié)構(gòu)形式，高達(dá)IP68的防護(hù)等級(jí)，多種可選的耐腐耐磨忖里和電極材料，精度可達(dá)0.2級(jí)，這使得電磁流量計(jì)基本上能充足上述工況的流量測(cè)量需要。下文重要針對(duì)電磁流量計(jì)的特點(diǎn)和不足，來(lái)帶大家粗略認(rèn)得一下該產(chǎn)品。電磁流量計(jì)特點(diǎn)：（1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無(wú)活動(dòng)部件和攔阻被測(cè)介質(zhì)流動(dòng)的擾動(dòng)件或節(jié)流件，對(duì)易黏附和固液二相介質(zhì)不易發(fā)生管道堵塞、磨損等問(wèn)題?？蓮浹a(bǔ)質(zhì)量流量計(jì)不易測(cè)量此類(lèi)介質(zhì)的不足。（2）電磁流量計(jì)是一種測(cè)量體積流量的儀表，其測(cè)量不受流體的密度、溫度、壓力、粘度、雷諾數(shù)以及在肯定范圍內(nèi)電導(dǎo)率的變化的影響。電磁流量計(jì)只需用水作為試驗(yàn)介質(zhì)進(jìn)行標(biāo)定，而不需要作附加修正就可用來(lái)測(cè)量其它導(dǎo)電性液體。這是其他流量計(jì)所不具備的優(yōu)點(diǎn)。（3）電磁流量計(jì)測(cè)量范圍很大，有的產(chǎn)品測(cè)量范圍達(dá)1000:1、對(duì)同一口徑傳感器，其滿(mǎn)量程只要介質(zhì)流速在0.3～15m/s范圍內(nèi)可任意設(shè)定。電磁流量計(jì)的測(cè)量范圍可涵蓋紊流和層流狀態(tài)兩種速度分布狀態(tài)，這是差壓式流量計(jì)、渦輪式、渦街等流量計(jì)不能與之相比擬的。（4）測(cè)量原理上是線(xiàn)性的，測(cè)量精準(zhǔn)度高，而且完全電信號(hào)輸出，測(cè)量的反映速度快，可測(cè)脈動(dòng)流量和快速累積總量。（5）耐腐蝕性能好。（6）原理上是測(cè)量過(guò)水?dāng)嗝娴钠骄魉?，?duì)流速分布的要求較低。因此，傳感器前后的直管段要求比其他流量計(jì)短。（7）可測(cè)正、反兩個(gè)方向的流動(dòng)流體。電磁流量計(jì)不足之處：（1）電磁流量計(jì)