摘要(yao):文章(zhang)論述(shu)了智(zhi)能孔(kong)闆流(liu)量計(ji) 在天(tian)然氣(qi)測量(liang)中的(de)應用(yong)情況(kuang),分析(xi)了傳(chuan)統孔(kong)闆流(liu)量計(ji)的原(yuan)理及(ji)在石(shi)油天(tian)然氣(qi)鑽采(cai)工程(cheng)領域(yu)應用(yong)的優(you)缺點(dian)㊙️,闡述(shu)了新(xin)型一(yi)體化(hua)智能(neng)孔闆(pan)流量(liang)計的(de)特點(dian)及對(dui)未來(lai)發展(zhan)前💋景(jing)的展(zhan)♍望。
　　在(zai)20世紀(ji)初, 孔(kong)闆流(liu)量計(ji) 應用(yong)于天(tian)然氣(qi)流量(liang)測量(liang),經過(guo)一個(ge)世紀(ji)的發(fa)展,它(ta)✂️已成(cheng)爲全(quan)世界(jie)最主(zhu)要的(de)天然(ran)氣流(liu)量計(ji)[1]。近年(nian)來,盡(jin)管出(chu)現了(le)📧許多(duo)新型(xing)天然(ran)氣測(ce)量流(liu)量計(ji),如,超(chao)聲流(liu)💯量計(ji)、氣體(ti)渦輪(lun)流量(liang)計💛等(deng)。但由(you)于孔(kong)闆流(liu)量計(ji)測量(liang)技術(shu)曆史(shi)🌐悠久(jiu)、應用(yong)範圍(wei)廣、結(jie)構簡(jian)單、使(shi)用壽(shou)命長(zhang)及價(jia)格低(di)等😍特(te)點,且(qie)标 準(zhun)型孔(kong)闆流(liu)量計(ji) 可以(yi)無須(xu)校準(zhun)而确(que)定信(xin)号(差(cha)壓)與(yu)流量(liang)的關(guan)系,并(bing)💔估算(suan)其測(ce)量誤(wu)差等(deng)特點(dian),在流(liu)量計(ji)中是(shi)惟一(yi)的。正(zheng)是由(you)于上(shang)述原(yuan)因,在(zai)今後(hou)相當(dang)長一(yi)個時(shi)期内(nei),由于(yu)種種(zhong)因素(su)的制(zhi)約,特(te)别是(shi)标定(ding)不能(neng)獲得(de)妥善(shan)解決(jue)之前(qian),孔闆(pan)流量(liang)計仍(reng)是天(tian)然氣(qi)計量(liang)的主(zhu)要儀(yi)表。
1　孔(kong)闆流(liu)量計(ji)的測(ce)量原(yuan)理
　　孔(kong)闆流(liu)量計(ji)是根(gen)據安(an)裝在(zai)管道(dao)中孔(kong)闆産(chan)生的(de)差壓(ya)㊙️、已知(zhi)‼️流體(ti)條件(jian)和孔(kong)闆與(yu)管道(dao)的幾(ji)何尺(chi)寸來(lai)測量(liang)流📞量(liang)。它由(you)孔闆(pan)、 差壓(ya)變送(song)器 和(he)流量(liang)顯示(shi)儀組(zu)成。如(ru)圖1,當(dang)流體(ti)流經(jing)設置(zhi)在管(guan)道中(zhong)💔的節(jie)流件(jian)(孔闆(pan))時,流(liu)束将(jiang)在節(jie)流件(jian)處形(xing)成局(ju)部收(shou)縮。此(ci)時流(liu)速增(zeng)大🈲,靜(jing)差💞壓(ya)降低(di),在孔(kong)闆前(qian)後産(chan)生差(cha)壓,流(liu)量愈(yu)大🈲,差(cha)壓愈(yu)大,因(yin)而可(ke)根據(ju)差壓(ya)來衡(heng)量流(liu)量的(de)大👄小(xiao)。這種(zhong)測量(liang)方法(fa)是以(yi)流動(dong)連續(xu)性方(fang)程(質(zhi)量守(shou)恒定(ding)律)和(he)伯努(nu)利方(fang)程(能(neng)量守(shou)恒定(ding)律)爲(wei)基💁礎(chu),流量(liang)爲[2]。
qm= C(1-β 4)- 1/2επ/[4d2(2Δpρ1)1/2],
　　式(shi)中,qm爲(wei)質量(liang)流量(liang),kg/s;C爲流(liu)出系(xi)數m3/s;ε爲(wei)可膨(peng)脹形(xing)系數(shu);β爲💯直(zhi)徑比(bi),β= d/ D; d爲工(gong)🔴作條(tiao)件下(xia)節流(liu)件孔(kong)徑,m;D爲(wei)工作(zuo)條件(jian)下上(shang)遊管(guan)道☂️内(nei)徑,m;Δp爲(wei)差壓(ya),Pa,Δp= p1- p2;ρ1爲上(shang)遊流(liu)體密(mi)度,kg/m3。

2　新(xin)型孔(kong)闆流(liu)量計(ji)的特(te)點
　　由(you)孔闆(pan)流量(liang)計的(de)測量(liang)原理(li)可知(zhi),流量(liang)與差(cha)壓爲(wei)平方(fang)根關(guan)🐉系,如(ru)果壓(ya)差降(jiang)低到(dao)原差(cha)壓的(de)1/9,則流(liu)量将(jiang)減🤩小(xiao)到原(yuan)流量(liang)的1/3,這(zhe)樣,對(dui)于一(yi)個差(cha)壓上(shang)限固(gu)定的(de)差壓(ya)變送(song)器來(lai)說,其(qi)測量(liang)精度(du)是🧑🏾‍🤝‍🧑🏼下(xia)降了(le),這就(jiu)是傳(chuan)統孔(kong)闆流(liu)量計(ji)的量(liang)程比(bi)最大(da)爲💚4∶1的(de)原因(yin)。在石(shi)油天(tian)然氣(qi)鑽采(cai)工程(cheng)領域(yu),天然(ran)氣的(de)流量(liang),物性(xing)參數(shu)等會(hui)随🧑🏽‍🤝‍🧑🏻年(nian)份不(bu)同,工(gong)🚶況條(tiao)件不(bu)同有(you)很🈲大(da)差異(yi),采用(yong)傳統(tong)孔闆(pan)流量(liang)計測(ce)量存(cun)在測(ce)量範(fan)圍窄(zhai),測量(liang)精度(du)低,需(xu)在工(gong)況變(bian)化時(shi),更換(huan)不同(tong)的孔(kong)闆元(yuan)件等(deng)缺👣點(dian)。近年(nian)來,随(sui)着微(wei)電子(zi)技術(shu),計算(suan)💃🏻機技(ji)術🐪,新(xin)材料(liao),新工(gong)藝的(de)迅速(su)發展(zhan),差壓(ya)變送(song)♻️器和(he)流量(liang)計已(yi)大大(da)提🔴高(gao)其性(xing)能及(ji)可靠(kao)性,儀(yi)表廠(chang)家相(xiang)繼開(kai)🔆發了(le)一些(xie)寬幅(fu) 一體(ti)化智(zhi)能孔(kong)闆流(liu)量計(ji) ,對原(yuan)有的(de)孔闆(pan)流量(liang)計做(zuo)了很(hen)大改(gai)進。
a)　流(liu)量測(ce)量範(fan)圍擴(kuo)展方(fang)式改(gai)進　在(zai)石油(you)天然(ran)氣測(ce)量中(zhong),對流(liu)量變(bian)化大(da)的場(chang)合,傳(chuan)統做(zuo)法是(shi)同時(shi)配備(bei)多塊(kuai)β值不(bu)同的(de)孔闆(pan)或并(bing)列幾(ji)台流(liu)量計(ji)。新型(xing)智能(neng)孔闆(pan)流量(liang)計,如(ru),日本(ben)SONIC公司(si)開發(fa)的📞孔(kong)闆流(liu)量計(ji),其流(liu)量比(bi)的範(fan)圍可(ke)在流(liu)量☎️計(ji)算機(ji)上進(jin)行選(xuan)擇。流(liu)量計(ji)算機(ji)上除(chu)設有(you)正常(chang)流量(liang)比🛀🏻外(wai),還設(she)有2個(ge)🥰擴展(zhan)功能(neng)(如圖(tu)2),一是(shi)爲了(le)計量(liang)小流(liu)量,可(ke)将計(ji)量範(fan)圍擴(kuo)大📐到(dao)最大(da)可測(ce)流✏️量(liang)的1/40,這(zhe)🚶‍♀️種功(gong)能是(shi)在流(liu)量計(ji)算機(ji)上采(cai)用擴(kuo)展差(cha)壓分(fen)解功(gong)能系(xi)統,不(bu)用更(geng)換孔(kong)👣闆和(he)差壓(ya)變送(song)器就(jiu)可完(wan)成;另(ling)一個(ge)🌈擴展(zhan)功能(neng)就是(shi)大流(liu)量🌂側(ce)計💞量(liang)範圍(wei)的擴(kuo)張,這(zhe)是将(jiang)差壓(ya)擴大(da),從而(er)使大(da)流量(liang)側的(de)計量(liang)範圍(wei)加以(yi)擴大(da)的‼️一(yi)種系(xi)統。另(ling)外還(hai)有超(chao)寬幅(fu)範圍(wei)方式(shi),量程(cheng)比最(zui)大可(ke)達🥰1∶180,采(cai)用2台(tai)差壓(ya)變送(song)器,各(ge)自負(fu)擔⭕着(zhe)小流(liu)量範(fan)圍和(he)大流(liu)量範(fan)圍💋的(de)測量(liang),各自(zi)獨立(li)發信(xin)号,流(liu)量計(ji)算機(ji)則把(ba)這🏃🏻些(xie)信号(hao)分成(cheng)不同(tong)領域(yu)進行(hang)變換(huan)選擇(ze),并在(zai)各領(ling)域進(jin)行演(yan)算,從(cong)而使(shi)超♈寬(kuan)幅範(fan)圍在(zai)測量(liang)上🌐也(ye)能保(bao)證較(jiao)高🏒的(de)精度(du)。雖然(ran)多投(tou)入了(le)1台差(cha)壓變(bian)送💛器(qi),但是(shi)與并(bing)列2台(tai)流量(liang)計🔅的(de)設備(bei)費用(yong)相比(bi),既提(ti)高了(le)經濟(ji)效益(yi),又節(jie)省了(le)來回(hui)切換(huan)的🔱麻(ma)煩;與(yu)采用(yong)多塊(kuai)孔闆(pan)的方(fang)法相(xiang)比,避(bi)免👅了(le)孔闆(pan)更換(huan),降低(di)了生(sheng)産操(cao)作難(nan)度🥰。
b)　孔(kong)闆元(yuan)件與(yu)二次(ci)儀表(biao)(差壓(ya)變送(song)器及(ji)流量(liang)積算(suan)儀)一(yi)體化(hua)　傳統(tong)孔闆(pan)流量(liang)計在(zai)應用(yong)中,孔(kong)闆與(yu)二次(ci)儀🏃表(biao)分👅開(kai),把差(cha)壓信(xin)号送(song)到中(zhong)控進(jin)行流(liu)量計(ji)算,在(zai)流🧑🏽‍🤝‍🧑🏻量(liang)變化(hua)較大(da)的場(chang)合,還(hai)需配(pei)備多(duo)塊孔(kong)闆,一(yi)體化(hua)流量(liang)計完(wan)全解(jie)決了(le)這一(yi)不便(bian),使孔(kong)闆和(he)二次(ci)儀表(biao)成爲(wei)一體(ti),省去(qu)了引(yin)壓管(guan)線,減(jian)少了(le)故障(zhang)率,改(gai)善了(le)動态(tai)特性(xing),方便(bian)了安(an)裝使(shi)用[2],且(qie)體積(ji)小,節(jie)約成(cheng)本,無(wu)需現(xian)場更(geng)換🈲孔(kong)闆,隻(zhi)🆚需設(she)定量(liang)程比(bi)即可(ke),操作(zuo)方便(bian),受到(dao)用戶(hu)的歡(huan)迎。

c)　自(zi)動溫(wen)壓補(bu)償功(gong)能　孔(kong)闆流(liu)量計(ji)的總(zong)精度(du)爲± 0.8%～ 5.0%[3],對(dui)孔闆(pan)流量(liang)計來(lai)🏃說,密(mi)度是(shi)影響(xiang)流量(liang)計特(te)性的(de)最主(zhu)要參(can)數,而(er)密度(du)又是(shi)溫度(du)、壓🈚力(li)的函(han)數,現(xian)場壓(ya)力溫(wen)度波(bo)動是(shi)不可(ke)避免(mian)的,由(you)此引(yin)起的(de)物性(xing)參數(shu)的變(bian)動是(shi)使用(yong)時🔱産(chan)生附(fu)加誤(wu)差的(de)主⭐要(yao)原因(yin)之一(yi),在高(gao)精⭐度(du)測量(liang)時應(ying)✊特别(bie)注意(yi)。由于(yu)天然(ran)氣是(shi)可壓(ya)縮流(liu)體,受(shou)溫度(du)、壓力(li)的影(ying)響較(jiao)大,爲(wei)了保(bao)證精(jing)确度(du),常常(chang)采用(yong)溫壓(ya)補償(chang)。新型(xing)⁉️孔闆(pan)流量(liang)計可(ke)将📞壓(ya)力和(he)溫度(du)信号(hao)直接(jie)送入(ru)現場(chang)流量(liang)計算(suan)機,對(dui)流量(liang)🐇進🧑🏾‍🤝‍🧑🏼行(hang)壓力(li)和溫(wen)度變(bian)化💘時(shi)的自(zi)動補(bu)償運(yun)算🎯,并(bing)将精(jing)确的(de)流量(liang)值送(song)到中(zhong)控。但(dan)須注(zhu)意的(de)是,零(ling)誤差(cha)的儀(yi)表是(shi)沒有(you)的,若(ruo)補償(chang)方法(fa)不當(dang),有累(lei)積這(zhe)些儀(yi)表誤(wu)差的(de)可能(neng),增加(jia)了故(gu)障因(yin)素,所(suo)以,進(jin)行補(bu)償時(shi)須慎(shen)重考(kao)慮。另(ling)外,在(zai)某些(xie)場合(he),當流(liu)體組(zu)分發(fa)生變(bian)化時(shi),就不(bu)能采(cai)用壓(ya)力、溫(wen)度補(bu)償,而(er)應采(cai)用密(mi)度補(bu)償🌏[2]。
3　發(fa)展前(qian)景
　　随(sui)着科(ke)學技(ji)術的(de)不斷(duan)發展(zhan),與傳(chuan)統孔(kong)闆流(liu)量計(ji)相比(bi),當今(jin)智能(neng)孔闆(pan)流量(liang)計發(fa)展趨(qu)勢是(shi)一體(ti)化、高(gao)精度(du)、寬量(liang)比🐆的(de)新型(xing)流量(liang)計,并(bing)擁有(you)補償(chang)功能(neng)完善(shan)的流(liu)量計(ji)算機(ji),具有(you)強大(da)的功(gong)能軟(ruan)件,同(tong)時設(she)有RS485标(biao)準計(ji)算機(ji)通信(xin)接口(kou),可與(yu)DCS連接(jie)通信(xin),對維(wei)護檢(jian)修提(ti)供了(le)方便(bian),在工(gong)業生(sheng)産過(guo)程中(zhong)方便(bian)實用(yong)。同時(shi),由于(yu)新穎(ying)的差(cha)壓變(bian)🏃‍♀️送器(qi)可同(tong)時測(ce)量差(cha)壓、靜(jing)壓和(he)溫度(du),并經(jing)計算(suan)單元(yuan)作氣(qi)體壓(ya)力🥵、溫(wen)度修(xiu)正或(huo)測氣(qi)體質(zhi)量流(liu)量,減(jian)少了(le)獨立(li)的傳(chuan)感器(qi)數量(liang),簡化(hua)管線(xian)工程(cheng),降🎯低(di)安裝(zhuang)費用(yong);減少(shao)管線(xian)開孔(kong),降低(di)潛在(zai)洩露(lu)點[4],提(ti)高整(zheng)體可(ke)靠性(xing),這些(xie)都爲(wei)智能(neng)孔闆(pan)流量(liang)計更(geng)好地(di)應💋用(yong)提供(gong)了可(ke)靠的(de)技術(shu)保證(zheng)。

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