李建華男，
  高級(jí)工程師，1993年畢業(yè)于大慶石油學(xué)院工業(yè)自動(dòng)化專業(yè)，
  現(xiàn)就職于冀東油田基建工程部，多年來(lái)一直在現(xiàn)場(chǎng)從事生產(chǎn)運(yùn)行和
  自動(dòng)化儀表運(yùn)行維護(hù)工作。 







  1 質(zhì)量流量計(jì)的組成和工作原理

　　質(zhì)量流量計(jì)是一種八十年代在國(guó)際上出現(xiàn)的高新技術(shù)產(chǎn)品。該流量計(jì)具有其它體積型流量計(jì)不具備的優(yōu)點(diǎn)：在一定條件下，它不受溫度、壓力、粘度、密度的影響。因此，應(yīng)用范圍很廣。

　　1.1 質(zhì)量流量計(jì)的基本組成

　　質(zhì)量流量計(jì)是由質(zhì)量流量傳感器和質(zhì)量流量變送器組成。如圖1所示。

　　圖1 質(zhì)量流量計(jì)組成

　　傳感器部分的左、右檢測(cè)器拾取的信號(hào)輸入到變送器中用于實(shí)現(xiàn)時(shí)間差的測(cè)量;激勵(lì)器用來(lái)激勵(lì)振動(dòng)管使之產(chǎn)生角振動(dòng);溫度傳感器用來(lái)測(cè)量介質(zhì)的溫度以補(bǔ)償流管彈性模量的溫度變化。流量計(jì)變送器主要是對(duì)來(lái)自上述各部份的信號(hào)進(jìn)行計(jì)算處理，準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)質(zhì)量流量的測(cè)量。

　　1.2 測(cè)量原理

　　如圖2所示，截取一根支管，流體在其內(nèi)以速度V從A流向B，將此管置于以角速度ω旋轉(zhuǎn)的系統(tǒng)中。設(shè)旋轉(zhuǎn)軸為X，與管的交點(diǎn)為O，由于管內(nèi)流體質(zhì)點(diǎn)在軸向以速度V、在徑向以角速度ω運(yùn)動(dòng)，此時(shí)流體質(zhì)點(diǎn)受到一個(gè)切向科氏力Fc。這個(gè)力作用在測(cè)量管上，在O點(diǎn)兩邊方向相反，大小相同，為：

　　δFc = 2ωVδm

     圖2   質(zhì)量流量計(jì)測(cè)量原理圖

　　當(dāng)密度為ρ的流體在旋轉(zhuǎn)管道中以恒定速度V流動(dòng)時(shí)，任何一段長(zhǎng)度Δx的管道將受到一個(gè)切向科里奧利力：

　　ΔFc：ΔFc=2ωVρAΔx (1)

　　式中，A—管道的流通截面積。

　　由于存在關(guān)系式：mq=ρVA

　　所以：ΔFc =2ωqmΔx (2)

　　因此，直接或間接測(cè)量在旋轉(zhuǎn)管中流動(dòng)流體的科里奧利力就可以測(cè)得質(zhì)量流量。

　　2 質(zhì)量流量計(jì)在轉(zhuǎn)油站中的具體應(yīng)用

　　表1 含水原油質(zhì)量流量計(jì)和計(jì)量間分離罐計(jì)量對(duì)比

　　在油田生產(chǎn)中轉(zhuǎn)油站是油田的重要組成部分，通常情況下計(jì)量站的混合液和天然氣都首先輸送到轉(zhuǎn)油站，經(jīng)轉(zhuǎn)油站處理后再輸送到聯(lián)合站。轉(zhuǎn)油站擔(dān)負(fù)著油、氣、水的三相分離，原油加熱、輸送和油、氣計(jì)量等工作。隨著油田產(chǎn)液量的不斷增加，原油含水的持續(xù)上升，轉(zhuǎn)油站的作用也日益重要起來(lái)。

　　目前油田對(duì)原油的計(jì)量大多采用分離器、含水分析儀、溫度計(jì)、液位計(jì)、壓變等儀表配合使用。在實(shí)際操作中要將分離器測(cè)的體積量轉(zhuǎn)化成質(zhì)量，這不僅要考慮到儀表本身的精度，還要考慮溫度、壓力等參數(shù)的影響以及操作帶來(lái)的偏差。在轉(zhuǎn)油站安裝質(zhì)量流量計(jì)后，用于各個(gè)計(jì)量站原油的外輸計(jì)量和含水分析。通過(guò)質(zhì)量流量計(jì)對(duì)原油的流量、密度進(jìn)行測(cè)量，然后用密度法算出含水率，進(jìn)而得出純油量。質(zhì)量流量計(jì)在我油田的應(yīng)用效果以G43-23轉(zhuǎn)油站質(zhì)量流量計(jì)的計(jì)量情況為實(shí)例，詳細(xì)分析如下：

　　表1反應(yīng)出了質(zhì)量流量計(jì)與各計(jì)量站分離器的液量計(jì)量結(jié)果對(duì)比，從該對(duì)比結(jié)果可以看出質(zhì)量流量計(jì)與分離器液量計(jì)量結(jié)果之間的誤差都在3%之內(nèi)，小于油田企業(yè)原油計(jì)量的誤差標(biāo)準(zhǔn)。并且在圖3中也可以明顯地看出計(jì)量結(jié)果趨勢(shì)的一致性。

　　
圖3 液量測(cè)量對(duì)比趨勢(shì)圖

　　表2是質(zhì)量流量計(jì)與計(jì)量間的含水分析儀測(cè)量原油含水率的對(duì)比結(jié)果，從對(duì)比結(jié)果表可以看出質(zhì)量流量計(jì)與各個(gè)計(jì)量間分離器、含水分析儀計(jì)量結(jié)果之間有一定差異，最大誤差達(dá)到了5.89%。該差異的形成主要由人為因素和引入的密度存在誤差造成。但是從圖4含水對(duì)比趨勢(shì)圖上可以看出含水測(cè)量的走向大體相同。

　　表2 原油質(zhì)量流量計(jì)含水率和計(jì)量間含水分析系統(tǒng)對(duì)比

　　

圖4 含水測(cè)量對(duì)比趨勢(shì)圖

　　在轉(zhuǎn)油站中的待測(cè)介質(zhì)較為穩(wěn)定，所以質(zhì)量流量計(jì)在外輸交接計(jì)量的使用中比較穩(wěn)定，問(wèn)題很少。一般表現(xiàn)為含水測(cè)量不準(zhǔn)，密度誤差大，但是經(jīng)過(guò)我們與廠家的共同努力和大量現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的分析表明：含水測(cè)量的誤差主要是由輸入的標(biāo)準(zhǔn)狀況下油和水的密度值不能準(zhǔn)確反映真實(shí)狀況下的純油和礦化水的真實(shí)密度造成，而密度誤差是因?yàn)榘惭b不符合規(guī)則引起的。

　　3 質(zhì)量流量計(jì)在轉(zhuǎn)油站應(yīng)用中的局限性和處理方案

　　3.1 液體中的含氣量高對(duì)測(cè)量的影響

　　液體中的含氣量不但會(huì)影響到流量測(cè)量的精度，而且也會(huì)影響密度的測(cè)量和含水率的推算。大量的有關(guān)資料表明：當(dāng)油水混合液中含有的游離氣體積比不超過(guò)15%時(shí)，流量計(jì)可以正常穩(wěn)定的工作;當(dāng)含氣量小于5%時(shí)，流量計(jì)量精度幾乎不受影響; 當(dāng)含氣量約為l0%時(shí)，流量測(cè)量誤差小于3% 。在轉(zhuǎn)油站計(jì)量過(guò)程中，由于油井產(chǎn)出的混合液經(jīng)過(guò)三相分離器后部分氣體被分離出去，所以氣體對(duì)液量測(cè)量影響很小。但這樣也難以保證液體中不含有氣體，所以通過(guò)一定的技術(shù)手段提高分離器的分離效果，并且在經(jīng)過(guò)流量計(jì)之前盡可能的將混合液中的氣體分離出去，才能保證流量計(jì)量的準(zhǔn)確性。

　　3.2 水和純油密度對(duì)含水率的影響

　　在實(shí)際測(cè)量混合物的含水率時(shí)發(fā)現(xiàn)，即使是同一個(gè)計(jì)量站的幾口油井，它們各自的純油和礦化水的密度都有所不同，而且同一口井的這兩個(gè)參數(shù)在不同時(shí)期也存在著差異，而且轉(zhuǎn)油站計(jì)量匯集了若干油井的混合液，所以在含水率計(jì)算時(shí)引入的油、水密度的值就必須結(jié)合油品情況并進(jìn)行大量的試驗(yàn)。影響含水率計(jì)算的另一個(gè)主要因素是輸入的純油密度是在常溫常壓下在化驗(yàn)室得到的，而含水率的計(jì)算公式中引入的純油密度是在分離器即時(shí)壓力和溫度下含有溶解氣的飽和原油密度，所以在取樣化驗(yàn)時(shí)可以采用帶壓取樣的方式，減少引入密度值造成的測(cè)量誤差。

　　3.3 質(zhì)量流量計(jì)零點(diǎn)不穩(wěn)定的處理

　　質(zhì)量流量計(jì)對(duì)外界振動(dòng)干擾較為敏感，強(qiáng)加的外界振動(dòng)會(huì)引起儀表的流量計(jì)量零點(diǎn)發(fā)生變化，造成流量計(jì)量的測(cè)量誤差增大，嚴(yán)重時(shí)將導(dǎo)致流量計(jì)無(wú)法正常測(cè)量，許多型號(hào)儀表只得采用將總誤差分為基本誤差和零點(diǎn)不穩(wěn)定度量?jī)刹糠帧Ａ硗猓饨缯駝?dòng)和應(yīng)力也會(huì)影響傳感器的諧振頻率，引起密度測(cè)量的誤差。所以流量計(jì)的安裝一定要參閱流量計(jì)安裝說(shuō)明書(shū)，盡量做到無(wú)應(yīng)力安裝，對(duì)于大口徑流量計(jì)要在傳感器兩端加裝支撐，小口徑流量計(jì)可以采用連接軟管和支撐來(lái)減小振動(dòng)對(duì)流量計(jì)計(jì)量的影響。

　　4 小結(jié)

　　從對(duì)質(zhì)量流量計(jì)在轉(zhuǎn)油站的應(yīng)用研究中可以看出，質(zhì)量流量計(jì)在原油的體積計(jì)量和含水測(cè)量方面的準(zhǔn)確率是很高的，而且省去了人工測(cè)量含水的步驟。比起傳統(tǒng)的體積流量計(jì)量方法和間接式質(zhì)量流量計(jì)計(jì)量方法，質(zhì)量流量計(jì)的精度也有所提高，是計(jì)量領(lǐng)域的一大進(jìn)步。

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