國家標(biāo)準(zhǔn)GB17167—2006《用能單位能源計量器具配備和管理通則》已于2007年1月1日開始實(shí)施。對于用能量超過限定值的用能量單位或設(shè)備，如尚未配備能源計量器具，則都應(yīng)加裝能源計量器具。對相應(yīng)的用能量單位或設(shè)備的能源計量器具的準(zhǔn)確度等級分別提出了具體要求［1］。目前，世界上不存在一種十全十美的流量儀表，市場上大約有超過100種不同的流量儀表，為此，用戶應(yīng)如何合理選擇最佳流量計，應(yīng)用于石油、冶金、電力等各個領(lǐng)域，應(yīng)當(dāng)首先了解流量儀表的性能特點(diǎn)，再結(jié)合所應(yīng)用場合的工況條件，最終才能選擇性價比合適的產(chǎn)品［2］。 1 流量儀表的類型及選型標(biāo)準(zhǔn) 在眾多的流量儀表中選擇最佳適應(yīng)工況的流量計，應(yīng)綜合考慮流量儀表的類型、特點(diǎn)、環(huán)境影響因素及選型準(zhǔn)則。 1.1 流量儀表的分類特點(diǎn)及工作原理 流量儀表的分類方法很多，至今國內(nèi)外還沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。表1列出了工業(yè)生產(chǎn)過程中常用的幾類流量儀表的類型及其主要性能特點(diǎn)［3－5］。 表1中幾類流量儀表的工作原理如下： (1)差壓式：根據(jù)流體通過管道中的流量檢測件產(chǎn)生的差壓，與流體測量之間存在平方關(guān)系，經(jīng)過換算達(dá)到測量流量的目的； (2)浮子式：浮子在垂直錐形管中隨著流量變化而升降，改變它們之間的流通面積來進(jìn)行測量； (3)容積式：利用機(jī)械測量原件把流體連續(xù)不斷地分割成單個已知的體積部分，根據(jù)計量室逐次、重復(fù)地充滿和排放該體積部分流體的次數(shù)來測量流體體積總量； (4)渦輪式：流體作用下的渦輪葉輪受力旋轉(zhuǎn)，使檢測線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，由感應(yīng)電動勢換算成流體的流量； (5)電磁式：導(dǎo)電性液體在垂直于磁場的非磁性測量管內(nèi)流動，切割磁力線，在其兩端產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，由電動勢換算成流量； (6)渦街式：利用流體會在管道中的阻流體兩側(cè)交替地分離釋放出規(guī)則的旋渦，旋渦分離頻率正比于管道內(nèi)的平均流速，由此可測量流體的流量； (7)超聲式：測量原理分為時差法與多普勒法，時差法利用聲波在流體順流方向與逆流方向的傳播速度差與被測流體流速之關(guān)系求取流速；多普勒法是利用靜止點(diǎn)檢測從移動源發(fā)射波產(chǎn)生多普勒頻移用來測量流量； (8)科里奧利質(zhì)量式：利用流體在直線運(yùn)動的同時處于一旋轉(zhuǎn)系中，產(chǎn)生與質(zhì)量流量成正比的科里奧利力，根據(jù)此原理制成一種直接式質(zhì)量流量儀表。 1.2 流量儀表選型的關(guān)鍵影響因素 流量儀表的選型對儀表能否成功使用往往起著很重要的作用，因此，選擇流量儀表時應(yīng)結(jié)合多方面影響因素，揚(yáng)長避短，選擇最合適的儀表。一般選型可以從六個方面影響因素進(jìn)行考慮［6－7］。 (1)滿足工藝對壓力損失的要求：核算經(jīng)過流量儀表后的永久壓力損失是否影響生產(chǎn)； (2)被測流體的特性：流體成分、密度、黏度、壓縮率及它們的變化情況，溫度、壓力、濕度及變化范圍； (3)所選儀表的不確定度：應(yīng)根據(jù)計量的級別確定所選儀表的準(zhǔn)確度，以免造成浪費(fèi)，流量測量系統(tǒng)的檢測元件、一次儀表和顯示、記錄儀表之間的準(zhǔn)確度應(yīng)配合恰當(dāng)； (4)儀表能否滿足現(xiàn)場的安裝要求：要使流量計能準(zhǔn)確地進(jìn)行測量，必須滿足所規(guī)定的直管段長度，并考慮是否滿足耐溫、耐壓、抗振動及安全保護(hù)問題等影響儀表安裝的因素； (5)儀表使用后周圍環(huán)境條件等：應(yīng)考慮儀表的日常維修、更換是否方便，環(huán)境溫度、濕度和電磁干擾對儀表的影響及環(huán)境的安全性能等； (6)儀表投資的費(fèi)用：有時計量部門要求配置的儀表系統(tǒng)所需經(jīng)費(fèi)往往與實(shí)際所給的費(fèi)用有差距，這時只能根據(jù)經(jīng)費(fèi)選擇合適的儀表。 1.3 流量儀表的選型準(zhǔn)則 分析確定出上述影響因素后，選擇某個具體類型的流量儀表適合于現(xiàn)場工況，流量儀表應(yīng)盡可能滿足如下幾點(diǎn)準(zhǔn)則［8－9］： (1)流量儀表的重復(fù)性要好；(2)流量測量系統(tǒng)的總準(zhǔn)確度要較高；(3)流量計本身有相當(dāng)強(qiáng)的流動調(diào)整能力，要求較短的直管段，無需流動調(diào)整器；(4)總的永久壓力損失要小、耗能費(fèi)要少；(5)流量測量的量程比要較寬；(6)流量計本身有自清掃能力，可測量臟污流體，無需過濾器；(7)流量計本身耐受流體磨蝕能力要強(qiáng)，性能要長期穩(wěn)定，可靠耐用；(8)流量計本身無可動部件，檢定周期較長，使用壽命較長；(9)流量計本身故障率要小，維護(hù)與修理費(fèi)用要少；(10)流量計的購置費(fèi)與校準(zhǔn)費(fèi)要適中，安裝與運(yùn)行花費(fèi)要少。 2 流量計的工程應(yīng)用 流量儀表的選型是系統(tǒng)、科學(xué)的系統(tǒng)工程，通過分析流量儀表的類型、工作原理、影響因素及選型標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際工況做出正確選型。 2.1 流量儀表選型在陸地油田中的應(yīng)用 在油田現(xiàn)場，針對全國各油田深井、超深井鉆井，為解決目前高密度加重材料浪費(fèi)的問題，若回收利用80%后，每年至少可節(jié)約近9000萬元以上加重材料的費(fèi)用。通過理論研究結(jié)合現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)，得知要做到對加重材料“實(shí)時”回收，需根據(jù)鉆井液中不同粘度、不同密度性能的變化及離心機(jī)性能參數(shù)的改變，經(jīng)傳感器檢測后輸入控制系統(tǒng)，相應(yīng)給出離心機(jī)的工作轉(zhuǎn)速及處理量，通過計算機(jī)去控制，精確達(dá)到設(shè)計要求，建立了控制系統(tǒng)流程，如圖1所示。 圖1中要實(shí)現(xiàn)加重材料“實(shí)時”回收流量測量是個必要因素，因此，應(yīng)如何對流量計正確選型，結(jié)合流量儀表的測量特點(diǎn)及具體工況，分析各大流量儀表的工作原理，具體步驟如下： (1)從“實(shí)時”控制的高精度、可靠性要求分析，根據(jù)表1，可排除差壓式、浮子式、渦街式、超聲式； (2)根據(jù)流體為高粘度鉆井液，而渦輪流量計粘度適用范圍小于80cp，因此排除渦輪流量計； (3)分析剩下的容積式、科里奧利式、電磁式三種流量計類型，從腐蝕特性分析，排除容積式，從壓力損失和腐蝕性特性排除科里奧利式； (4)電磁流量計自身具有可測導(dǎo)電性、腐蝕性介質(zhì)的特性，確定選用電磁流量計作為測量導(dǎo)電性、腐蝕性鉆井液的流量測量儀表，通過現(xiàn)場實(shí)施達(dá)到設(shè)計要求，滿足設(shè)計目標(biāo)值。 2.2 流量儀表選型在海洋平臺中的應(yīng)用 以已投產(chǎn)的樂東氣田為例，平臺分為工藝生產(chǎn)系統(tǒng)、輔助工藝系統(tǒng)、公用系統(tǒng)三大部分，選擇合適的流量計應(yīng)用于不同系統(tǒng)的不同工況。以工藝生產(chǎn)系統(tǒng)中的凝析油處理系統(tǒng)流量計的選型為例，工況如圖1所示。 (1)介質(zhì)：凝析油；(2)管道：2”－GC－20103－02；(3)最大流量：2.5m3/h，正常流量：0.516m3/h；(4)粘度：0.88cp；(5)最大壓力：7400kPa，工作壓力：4700kPa～6700kPa；(6)溫度范圍：40℃～66℃。 針對上述工況參數(shù)，綜合分析步驟如下： (1)從管道介質(zhì)出發(fā)，管道介質(zhì)為凝析油，此氣田且流入管道的流量特別少，從管道出來的凝析油直接進(jìn)入終端。首先從流量測量類型考慮，渦輪式、旋渦式、超聲式、熱式、科力質(zhì)量式根據(jù)測量物質(zhì)為小流量可以排除； (2)從導(dǎo)電性考慮由于介質(zhì)為油，不具備導(dǎo)電性，因此排除電磁流量計； (3)差壓式、浮子式、容積式滿足上述需求，然后從直管段方面考慮，浮子式?jīng)]有前后直管段要求，在安裝空間上具有優(yōu)勢，在海洋平臺上寸土寸金的場合，如在同等條件滿足的情況下，選擇小直管段要求的流量儀表更具有實(shí)用性； (4)從精確度考慮可知，此種控制精度要求的精度在價位適當(dāng)情況下，可以考慮放寬精度的要求，由于浮子式價位最低，而容積式為價位最高的流量計，浮子式在同等要求的情況下滿足工況； (5)結(jié)合浮子流量計自身適合小管徑、低流速的特點(diǎn)，因此在此選擇浮子流量計來滿足設(shè)計需要。 3 結(jié)語 隨著生產(chǎn)工藝復(fù)雜程度和自動化程度的提高，會對流量測量及控制提出更新、更高和更多的要求。應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況權(quán)衡利弊分類討論做出選擇，不要盲目地根據(jù)經(jīng)驗(yàn)做出判斷。 (1)流量儀表的選用是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，對于某一具體的應(yīng)用場所可以采用的儀表可能有幾種方案，應(yīng)根據(jù)實(shí)際工作情況量體裁衣，選擇性能最佳的流量儀表。 (2)選型不應(yīng)僅局限于標(biāo)準(zhǔn)化的儀表選型，思維應(yīng)具有創(chuàng)新性，如目前非標(biāo)準(zhǔn)化的V錐流量計在很多方面具有其它流量計不具備的優(yōu)點(diǎn)，同樣在選型過程中值得商榷。 (3)流量儀表的安裝位置和方向選擇應(yīng)給予充分重視，特定的儀表有特定的安裝要求，只有在儀表選擇正確、安裝位置正確、前后直管段長度充足等情況的共同配合下，測量系統(tǒng)才能最終達(dá)到符合規(guī)定測量的準(zhǔn)確度。
前置漸擴(kuò)管對電磁流量計的影響
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