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科氏质量流量计应用于原油计量

时间:2011/5/3 15:15:04 点击:1164

  核心提示:1 引言  原油计量方式有静态计量与动态计量两种。静态计量是指以国家计量部门标定的油罐、油罐车、油轮油驳等作为计量容器,在油品停止收发作业,经静止液面无波动状态下而测定其体积或质量的过程。动态计量是指被测量的石油及液体石油产品连续不断地通过计量仪器(仪表)而被其测量数量的过程。油田生产中需对原油进行...

  1 引言

  原油计量方式有静态计量与动态计量两种。静态计量是指以国家计量部门标定的油罐、油罐车、油轮油驳等作为计量容器,在油品停止收发作业,经静止液面无波动状态下而测定其体积或质量的过程。动态计量是指被测量的石油及液体石油产品连续不断地通过计量仪器(仪表)而被其测量数量的过程。油田生产中需对原油进行动态计量。

  目前广泛采用的流量计,无论是容积式流量计、速度式流量计、靶式流量计电磁流量计、旋涡流量计、转子流量计、差压流量计和超声波流量计,都是显示测量介质的体积流量,而在油田生产中多用质量进行计量。虽说可把体积流量乘以原油密度换算成质量流量,但原油的密度会随温度、压力而变化,因此必须在测量体积流量和密度的同时,测量出介质的温度值及压力值,再进行补偿。

  此种方法当温度和压力变化频繁或原油含水量波动时,不仅换算繁琐,无法获得较高的计量精度,有时甚至无法获得有价值的计量结果。科氏质量流量计(以下简称CMF)可直接得到质量流量信号,且不受原油的物理参数影响。

  2 质量流量计

  CMF应用科氏力原理来测量流体的质量流量,已有近70年的历史。由于结构上和技术上存在种种缺陷,此类仪表一直未得到广泛使用,直到1977年美国MICRO-MOTION公司推出了U型管质量流量计,此种流量计一问世,便显示出强大的生命力,其优点是:①可直接得到质量流量信号,且不受介质的物理参数影响;②精度为计量值的±014%,有的可达±012%;③可计量种类极多的液体和稀浆,包括原油这类高粘度和非导电性的液体;④由于不受管内流体流态及上流侧流速分布的影响,因而在流量计的前后不需要设置直管段,安装更方便;⑤由于管内无障碍物,含有固体颗粒的稀浆也可流通,因而不必在流量计的上流安装过滤器;⑥流量计管道内部无可动部件,减少了部件的磨损,大大降低了定期检修的频率;⑦还可直接测量流体的密度,高度智能化的流量变送器,可以提供多种参数的显示和控制功能,是一种集多功能为一体的计量仪器。

  CMF种类繁多,产品至今已形成30多个系列。产品系列的形成主要在于测量管结构的不断创新,这使得仪表的精度、稳定性、灵敏度不断提高,测量管挠度增加、应力分布改善、疲劳破坏降低、抗振能力加强。CMF种类按测量管形状分为弯管型和直型;按测量管配置分为单管型和双管型。采用弯管型,是为了降低刚性,其谐振频率较低,一般为7~100Hz,反映质量流量的相位差为毫秒级,电子信号较易处理。但弯管型易积存气体和流体残渣而引起附加误差,且整机重量比直型要大。直管型与弯管型相反,由于刚度大,谐振频率高,一般为800~1100Hz,故振幅很小,约60μm,相位差为微秒级,为解决电信号处理困难的问题,选用精度高、无阻力的光信号检出方式。由于其频率较高,同一般机械的振动频率相差较大,故不易受外界振动的干扰。

  3 直管式CMF

  直管式CMF是在弯管式CMF的基础上发展起来的。它除了具有科氏流量计的共同优点外,还在很大程度上克服或减小了弯管式的某些缺点。(1)直管式CMF检测管的材质为钛合金或者锆合金,具有优良的强度,尤其是高温强度及耐蚀和耐磨损性能;又由于这两种金属具有不同的抗腐蚀性能,合理选用便可包罗各种介质。因加工性能的限制,弯管式CMF就很难应用这两种材质。

  (2)直管式CMF检测管笔直,没有弯头、弯管接头和滞留液体的球状部分等,从而使其具有以下长处:

  ①压力损失小,压力损失大于容积式和差压式流量计是弯管式CMF一较为突出的缺点,尤其是当介质粘度高和在流量变化范围大的工艺流程中,这变成了一个致命的弱点;
  ②可完全自行排空,易于清洗,弯管不利于自行排空,且一旦结垢便很难清除;
  ③无气体截留部位,便于气体溢出检测区域,直管式CMF无气体截留部位,流量计又多采用竖直安装方式,故在工作时气体极易溢出检测区,从而确保了计量精度。弯管式CMF一旦有气泡聚集就很难自行溢出,常使现场精度远远低于标定精度;
  ④抗外界振动干扰能力强,直管式CMF弹性系数大,故检测管的系统固有频率高,一般在800~1100Hz,约为工业振动频率(60~120Hz)的10倍,因此无须弹性安装托架和柔性管接头。而弯管式CMF由于弹性系数小,故系统固有频率低,一般在40Hz左右,接近于工业振动频率,因此易受外界振动的干扰,安装时必须采取防振措施;
  ⑤结构紧凑、休积小、重量轻、安装方便,它的体积和重量远小于其他种类的科氏流量计,从而给安装带来便利。

  4 安装注意事项

  (1)安装方式。测量传感器最好是垂直安装,这样可使悬浮的固体颗粒下沉,夹杂的空气或其他气体的气泡上浮,保证原油测量精度,另外检测管可以完全排空,防止结垢和堵塞。

  (2)安装场所。最好将流量计安装在上升管道的最低部位,这样可避免在检测管内聚集气体,同时又可获得一定的背压。

  (3)避免流出口无节流设备,保证测量设备工作时,始终充满流体。

  (4)绝对不要将传感器安装在强大电磁物的附近,以防测量管电磁激励系统受干扰。

  (5)在户外安装时,要注意最高的环境温度,利用防风雨栅,避免直接日晒雨淋。

  (6)温度波动大和环境潮湿(外部安装),仪表可能会产生冷凝。在这样的环境下,要正确安装仪表罩壳,电缆入口导管要拧紧,确保密封。凡是温度变化强烈的地方,必须用干燥的仪表风吹拂电子部件区域。

  参考文献

  [1] 朱德祥.流量仪表原理和应用[D].华东化工学院出版社,1992.
  [2] 贺宣庆,崔砚生.科里奥利力在流量测量中的应用[J].物理与工程,2005,15(5):30-35.
  [3] 许秀.科里奥利质量流量计原理及其应用[J].工业仪表与自动化设备,2005,(1):52-54.

作者:佚名 来源:不详
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