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涡街流量计在海洋石油平台应用初探
点击次数:494 发布时间:2015-11-11

0、引言
在海洋石油油气生产中,随着生产要求的不断提高,各种类型的流量计应用越来越为广泛。主要对于涡街流量计在海上石油平台相关应用,进行初步研究,并结合实际生产中积累的大量详实生产数据,分析在海上油气生产的实际工况下,此类型流量计应用的效果,并对后续工程设计和使用提供参考意见。
1、研究背景介绍
1.1涡街流量计简述
涡街流量计(又称旋涡流量计)是一种基于流体振荡原理的新型速度式流量仪表,以其对流体物性变化的不敏感性,高可靠性,高精度等特点而被广泛应用于工业现场。自20世纪6O年代末诞生以来,涡街流量计发展迅速,70年代、80年代是涡街流量计的快速发展时期,随着各种新型的检测方法的出现,推进各种新型的涡街流量计产品也纷纷问世。涡街流量计不仅要继续朝着高性能的方向发展,而且新型的涡街流量计与元器件将朝着小型化(微型化)、数字化、智能化方向奋进。
1.2涡街流量计的特点与应用
涡街流量计作为新型的速度式流量仪表,从诞生以来就得到了快速的发展,这和其自身优越特点是密不可分的。涡街流量计的主要特点如下:a)输出与流体流速成正比的脉冲信号,不存在零点漂移问题。在流量仪表中有不少仪表输出的是模拟信号,于是存在零漂问题,特别是在小流量状态时对测量精度的影响就相当大;b)测量工作状态体积流量,对流体的物理陛变化不敏感。在一定雷诺数范围内,旋涡的频率仅与流体体积流量成正比,而对流体的物理特性变化不敏感。由于这一特点,使得生产厂商与用户都获得极大的便利,如涡街流量计可在一种介质中标定后确定它的仪表系数,就可在其他介质中使用了。这一特点还为涡街流量计实现干标定、发生体标准化提供了有利的条件;c)量程范围宽,测量精度高,压力损失小,适用于多种介质。大多数涡街流量计的量程比可达到10:1以上,有的可达到20:1甚至30:1;测量液体的精度为±0.5%~±1%,测量气体的精度为±1%~±1.5%;涡街流量计的压力损失仅为孔板流量计的1/4~1/2;涡街流量计能够测量液体、气体和蒸汽流量,而很多其它流量计不具备这个特点;d)采用了多种检测技术,充分利用各种检测技术的优点。热敏、力敏、超声、光电、磁电等检测技术都被采用到涡街流量计中,利用它们的优点,对于不同的情况可选用不同的检测技术;e)无可动部件,可靠性高;结构简单,安装方便灵活。正是由于这一系列的优点,使得在流量仪表家族中还是一个小弟弟的涡街流量计成为了一个新宠儿,30多年的发展已使它跻身通用流量计之列。丰富多彩的产品世界使其在现代工业现场大展拳脚,在各种液体、气体及蒸汽的流量测量中形成优势互补,满足从低温到高温、从小口径到大口径各种介质的流量测量需求。
1.3涡街流量的发展
涡街流量计近20a发展迅速,因其对被测介质物性不敏感,可以测量液体、气体以及蒸汽而广泛应用于工业现场,在海洋石油平台上的应用也越来越广泛。海洋石油工程设计院所,对于在何种测量介质、测量工况下,使用此类型流量计,已经有了初步的设计规范。由于海上生产平台空间有限,如何在有限的安装空间内,保证流量计测量精度、可重复性等指标达到初始设计指标,成为一个很重要的问题。本文选取了海洋石油平台上,此类型流量计的一些典型应用工况,以此为研究基础,进行实验设计、采集基础数据,得出一些初步结论,对于今后类似工况使用提供一些参考。
2、实验情况介绍
针对以上需要,我们了兄弟单位仪表标定中心,根据现场的实验条件,进行了实验设计,主要对不同前后直管段、上游单弯头和全开球形阀阻流件对涡街流量计性能的影响进行实验研究。具体实验方案:a)涡街流量计上游存在单弯头阻流件。分别对涡街流量计的前后直管段长度进行变换,下游后直管段5D,分别选取上游直管段长度为1D/3D,5D/10D/15D/20D,下游直管段长为3D/5D,进行组合实流实验研究;b)涡街流量计上游存在闸阀阻流件。同样参照弯头的研究方法设计实验内容,分别选取上游直管段长为1D/3D/5D/10D/15D,下游直管段长为3D/5D,进行组合实流实验研究。
2.1实验评价指标介绍
a)平均仪表系数K
计算机通过涡街流量计输出信号进行采样的脉冲数,每次测量流经涡街流量计的液体体积,计算出每个流量点每次测量的仪表系数K:

每个测量点经过n次测量后期仪表系数:

2.2弯头阻流件实验数据及初步结论
通过弯头阻流件实验,得出实验数据,见表1。
由表1可得实验初步结论:当涡街流量计上游存在单弯头阻流件时,要使涡街流量计获得良好性能,安装条件必须满足:前直管段5D及以上,后直管段3D及以上的前后直管段组合。
2.3球形阀阻流件实验数据及初步结论
通过球形阀阻流件实验,得出实验数据,见表2。
由表2可得实验初步结论:当涡街流量计上游存在全开球形阀阻流件时,要使涡街流量计获得良好性能,安装条件必须满足:前直管段5D及以上,后直管段3D及以上的前后直管段组合。
2.4综合结论
前直管段对涡街流量计的影响:一般而言,前直管段越短时,涡街流量计的平均仪表系数越大,平均仪表系数的相对误差越大,线性度也越差。后直管段对涡街流量计的影响:在前直管段较长时,后直管段的影响作用不大;当前直管段较短时,后直管段越短会加剧前直管段的影响作用。所以前直管段的长度对涡街流量计的性能起主要作用。涡街流量计在较大流量时的性能略优于其在低流量时的性能。

就涡街流量计的使用工况进行初步研究,结合海洋石油工业中遇到的典型工况,进行了实验与理论结合的研究,并得到了初步的研究结论,对于以后海上石油工业此类流量计的应用,有一定的参考意义。

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