科氏質(zhì)量流量計(jì)在油田分隊(duì)計(jì)量中的應(yīng)用

李建榮

(中國石化股份有限公司勝利油田分公司現(xiàn)河采油廠)

科氏質(zhì)量流量計(jì)在油田分隊(duì)計(jì)量中的應(yīng)用

李建榮

(中國石化股份有限公司勝利油田分公司現(xiàn)河采油廠)

對油田分隊(duì)科氏質(zhì)量流量計(jì)的選型、影響流量計(jì)計(jì)量誤差的因素進(jìn)行了分析，并結(jié)合現(xiàn)場應(yīng)用情況提出了應(yīng)用建議，對提高原油分隊(duì)計(jì)量準(zhǔn)確度具有積極的意義。

科氏質(zhì)量流量計(jì) 原油計(jì)量 含水率 誤差

隨著油田精細(xì)化管理工作的不斷深入,以原油產(chǎn)量作為考核采油隊(duì)經(jīng)濟(jì)效益和進(jìn)行地質(zhì)分析的主要依據(jù)，由此科學(xué)、準(zhǔn)確地計(jì)量各基層隊(duì)的原油產(chǎn)量顯得尤為重要[1]?？剖腺|(zhì)量流量計(jì)的現(xiàn)場應(yīng)用,能夠彌補(bǔ)目前分隊(duì)計(jì)量準(zhǔn)確度較低、不能連續(xù)計(jì)量等缺陷,實(shí)現(xiàn)液量的自動連續(xù)計(jì)量，提升分隊(duì)計(jì)量的準(zhǔn)確性，為推動油田精細(xì)化管理水平提供了技術(shù)支持。

1 科氏質(zhì)量流量計(jì)的工作原理

科氏質(zhì)量流量計(jì)計(jì)量系統(tǒng)包括傳感器和用于信號處理的變送器。依據(jù)牛頓第二定律(力=質(zhì)量×加速度，F(xiàn)=ma[2])，當(dāng)質(zhì)量為m的質(zhì)點(diǎn)以速度v在半徑為r的管道內(nèi)對P軸做角速度為ω的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動時，質(zhì)點(diǎn)受兩個分量的加速度作用：法向加速度，即向心加速度αr，其量值等于2ωr，朝向P軸；切向角速度αt，即科里奧利加速度，其值等于2ωv，方向與法向加速度垂直。由于復(fù)合運(yùn)動，在質(zhì)點(diǎn)的切向角速度方向上作用著科里奧利力Fc=2ωvm，管道對質(zhì)點(diǎn)作用著一個反向力，即-Fc=-2ωvm。

當(dāng)密度為ρ的流體在旋轉(zhuǎn)管道中以恒定速度v流動時，任何一段長度為Δx的管道將受到一個切向科里奧利力ΔFc：

ΔFc=2ωvρAΔx

(1)

其中，A為管道的流通截面積，存在關(guān)系式qm=ρVA，所以有：

ΔFc=2ωqmΔx

(2)

因此，直接或間接測量旋轉(zhuǎn)管中流動流體的科里奧利力就可以測得質(zhì)量流量qm。

2 科氏質(zhì)量流量計(jì)應(yīng)用于分隊(duì)計(jì)量的壓損和能耗分析

壓力損失主要包括沿程壓力損失和局部壓力損失。沿程壓力損失，主要取決于管路的長度、內(nèi)壁光滑度、液體的流速及粘度等。局部壓力損失是液體流經(jīng)閥口、彎管變化的通流截面等所引起的壓力損失。液體通過這些地方時，由于液體流動方向和速度均發(fā)生變化，形成旋渦，使液體質(zhì)點(diǎn)間相互撞擊，從而產(chǎn)生較大的能量損耗[3]。

經(jīng)過數(shù)學(xué)推導(dǎo)得出總的壓力損失∑Δp計(jì)算式為：

(3)

式中d——圓柱體直徑；

l——長度；

v——流體平均流速；

Δp1——沿程壓力損失；

Δp2——局部壓力損失；

λ——沿程阻力系數(shù)；

ξ——局部阻力系數(shù)。

由壓力損失產(chǎn)生的能耗理論計(jì)算式為：

PF=pMSv

(4)

(5)

式中PF——流體流過流量計(jì)損失的功率；

“科學(xué)史”雖然在某些有身份的自然科學(xué)工作者的強(qiáng)力支持下，被違背學(xué)理地列為與物理、化學(xué)等并列的“理科一級學(xué)科”，但其本質(zhì)卻絕非如此.如果不是這樣，又焉能出現(xiàn)上述“困擾”口述史工作者的現(xiàn)實(shí)問題呢？記得1982年我初進(jìn)科學(xué)史所時，已經(jīng)在貴刊封面上出現(xiàn)過的杜石然先生就教導(dǎo)我說：作這個行當(dāng)，必然有個“政治立場”的問題，也許你很討厭它，但卻無法回避.時至今日，隨著年齡、閱歷的增長，更加感到這一點(diǎn)的重要——不能理性而妥善處理“困擾”問題，只能說明政治上的幼稚.

pM——流量計(jì)兩端單位面積的壓力損失；

S——流量管的橫截面積。

水泵功耗計(jì)算式為：

(6)

式中Pw——水泵的功耗；

η——水泵的效率，通常取0.8。

通過以上分析可知：

(7)

表1 科氏質(zhì)量流量計(jì)A試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表2 科氏質(zhì)量流量計(jì)B試驗(yàn)數(shù)據(jù)

綜合表1、2可以看出，不同型號、同口徑的科氏質(zhì)量流量計(jì)在不同流量下，流量越大，壓損和能耗也越高，在大于50%最大流量時能耗急劇上升，低量程段的壓損和能耗要比高量程段的壓損和能耗小得多。且根據(jù)一些廠家提供的數(shù)據(jù)可知，隨著口徑的增大，在高量程段時的能耗也大幅提高。

由此可見，如果質(zhì)量流量計(jì)工作在高量程段，那么，多臺質(zhì)量流量計(jì)的年度運(yùn)行費(fèi)用將是一筆不小的開支。如果根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，在質(zhì)量流量計(jì)選型時，使它工作在低量程段，那么對節(jié)能降耗是大有意義的。

3 科氏質(zhì)量流量計(jì)在勝利油田聯(lián)合站的實(shí)際應(yīng)用

勝利油田自2009年施行分隊(duì)計(jì)量以來，各采油廠逐步將科氏質(zhì)量流量計(jì)應(yīng)用于分離器之后的原油計(jì)量，由此建立起來的計(jì)量系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對來液來油、管線液量的實(shí)時計(jì)量、實(shí)時對比，初步實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)自動化，給生產(chǎn)監(jiān)控帶來了方便?，F(xiàn)場應(yīng)用流程如圖1所示。

圖1 科氏質(zhì)量流量計(jì)的現(xiàn)場應(yīng)用流程

計(jì)量系統(tǒng)將科氏質(zhì)量流量計(jì)采集到的來液質(zhì)量流量、體積流量、密度、純油質(zhì)量、純油體積、純水體積、純油密度及含水率等生產(chǎn)數(shù)據(jù)通過傳輸通信模塊，利用現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)傳到遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，應(yīng)用流量計(jì)實(shí)時監(jiān)控查詢軟件，可查詢各隊(duì)的流量計(jì)讀數(shù)、誤差及對比分析數(shù)據(jù)等報表，并自動計(jì)算出各隊(duì)的實(shí)時產(chǎn)量。

4 現(xiàn)場應(yīng)用誤差來源分析與解決措施

由科氏質(zhì)量流量計(jì)的原理、結(jié)構(gòu)組成、相關(guān)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)和應(yīng)用中的科氏質(zhì)量流量計(jì)計(jì)量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析可知，科氏質(zhì)量流量計(jì)的計(jì)量誤差產(chǎn)生原因和解決措施如下[4,5]：

a. 結(jié)垢問題。礦化水容易在科氏質(zhì)量流量計(jì)內(nèi)壁上結(jié)垢，對測量產(chǎn)生影響。結(jié)垢會使振動管的振動周期變大，測量含水率偏高，從而影響純油的計(jì)算精度。雖然科氏質(zhì)量流量計(jì)對于微量含水和高含水的測量效果不理想，但對于含水率在20%～80%的原油，可以達(dá)到較高的準(zhǔn)確度。

b. 外力振動干擾。在科氏質(zhì)量流量計(jì)的安裝管路上，若附近有馬達(dá)或油泵等大型動力設(shè)備相連時，在啟動這些動力設(shè)備時或在工藝管線中出現(xiàn)水擊等脈動流時，極易引起管路與科氏質(zhì)量流量計(jì)的共振，造成儀表測量數(shù)據(jù)忽大忽小，從而引起儀表測量誤差，故應(yīng)注意安裝位置或加設(shè)固定裝置。

c. 零點(diǎn)漂移和調(diào)零。在科氏質(zhì)量流量計(jì)使用過程中，調(diào)零必須在現(xiàn)場進(jìn)行?？剖腺|(zhì)量流量計(jì)零點(diǎn)漂移故障的可能原因和處理措施見表3。

5 結(jié)束語

隨著科氏質(zhì)量流量計(jì)在勝利油田分隊(duì)計(jì)量中的廣泛應(yīng)用，做好科氏質(zhì)量流量計(jì)的安裝、防護(hù)工作顯得日趨重要。結(jié)合科氏質(zhì)量流量計(jì)的工作原理和現(xiàn)場情況分析了計(jì)量誤差產(chǎn)生的原因，對做好流量計(jì)的維護(hù)保養(yǎng)，提高流量計(jì)的計(jì)量準(zhǔn)確度具有重大意義。

表3 科氏質(zhì)量流量計(jì)零點(diǎn)漂移故障的可能原因和處理措施

[1] 任鴻威，高漢超．質(zhì)量流量計(jì)及其應(yīng)用綜述[J]．化工自動化及儀表, 1997,24(5): 62～65．

[2] 周慶，王磊．實(shí)用流量儀表的原理及其應(yīng)用[M]．北京:國防工業(yè)出版社，2003:133～140．

[3] 徐士信．科里奧利質(zhì)量流量計(jì)的選用[J]．石油化工自動化，2002,38(6):8～13．

[4] Drahm W, Bjonnes H. A Coriolis Meter with Direct Viscosity Measurement[J].IEEE Computing and Control Eengineering,2003,14(4):42～43.

[5] 劉曉艷, 姜念琛,王鐸，等.科里奧利質(zhì)量流量計(jì)的背壓問題[J].化工自動化及儀表, 2013,40(9): 1196～1197．

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2016-08-17，

2016-09-25)

李建榮(1970-)，高級工程師，從事集輸、采油等方面的管理工作，lijianrong109.slyp@sinopec.com。