原油流量计

2024-05-22

原油流量计（共4篇）

原油流量计篇1

大庆油田油气水计量检定站流量一室主要负责大庆油田内部各采油厂的原油流量计的检定和校准工作,拥有3套标准体积管,所检定的原油流量计以容积式流量计为主,是全国最大的以净化原油为介质开展检定和校准的实验室。每年检定800台左右的原油流量计。2010年新施行的液体容积式流量计检定规程JJG667—2010规定,准确度等级不低于0.5级的流量计,其检定点一般不少于5个,相对于旧规程0.5级的流量计增加了2个检定点,更加重了原油流量计检定过程中的能耗。降低流量计检定时的能耗已迫在眉睫。

1 影响因素及解决措施

1.1 标准体积管的状态

标准体积管检定原油流量计的基本原理是,球型置换器(检定球)在体积管2个检测开关间运行所置换出的液体的体积值,通过温度压力补偿后换算到流量计检定条件下的体积值与通过原油流量计的体积相比较,计算原油流量计系数和误差。可以看到,原油流量计的误差是以标准体积管的体积为基础得到的,因此,只有标准体积管尽快进入最佳状态才能以最快的速度开展和完成检定工作,达到节能降耗的目的。

在正式开始检定之前先在大流量下走3到4个检定球,保证标准体积管计量段的准确。这样做表面上看是增加了每台流量计的检定次数,加重了每台流量计的检定能耗,其实不然。以1台0.2级的原油流量计的检定数据为例,见表1。

从表1可以看出,在1台原油流量计的连续检定中,前3次的检定数据误差较大,重复性也不理想,而后续的检定数据误差较小,重复性也比较好。造成前几次检定数据误差较大、重复性不理想的主要原因就是体积管结蜡问题。由于环境因素的关系,体积管内壁不可避免地会存在结蜡,而结蜡就会影响标准体积管计量段的体积,以此为基础得到的检定数据就是不准确的。如果依据该数据对原油流量计进行误差调整,不但得不到正确的结果,而且会大大延长流量计误差调整的时间,增加不必要的检定次数。

标准体积管内的检定球为空心橡胶球,球心内充满液体,其直径比体积管内径大2%～4%,具有一定的弹性。检定球在体积管内运行的同时,起到清蜡的作用。因此在前几次的检定中,通过橡胶球的运动可以除掉体积管内壁的结蜡,保证体积管计量段体积的准确,确保后续的检定得到真实有效的数据。随着检定次数的增加,结蜡量逐渐减少,对检定结果的影响就会越来越小。如果走球的次数少,就达不到清蜡的效果;如果走球的次数过多,就会延长每台流量计的检定时间,消耗过多的能源。走球几次才能达到清蜡的目的而又不会造成能源浪费?在长期的原油流量计检定过程中,发现一般3到4次是比较理想的。检定时,在大流量时原油的流动速度较快,可以比较快地使原油温度达到平衡,及早进入正式检定状态。

1.2 原油流量计的误差特性

如果检定时流量计的误差超过了规定的准确度等级就需要进行误差调整,以那个流量点的误差为基础进行调整就非常重要;如果选择不得当,就会发生这个流量点误差满足规定的准确度等级要求,而其余的流量点误差又超标的情况。反反复复的调整就会大大延长每台流量计的检定时间,造成严重的能源浪费。

为此,首先需要了解容积式流量计的测量原理。容积式流量计的结构形式多种多样,但就其测量原理而言,都是通过机械测量元件把被测流体连续不断地分割成具有固定已知体积的单元流体,然后根据测量元件的转动次数得出流体的总量,即采取所谓容积分界法测量出流体的流量。它类似于人们日常生活中“勺子舀水”的原理,即用具有一定容积的小容器来反复不断地计最流体体积[1]。

从测量原理的角度,容积式流量计的测量误差仅与流量计的几何结构有关,而与流体性质和流量值无关,把这个误差特性称为容积式流量计的理想误差特性。该误差曲线是1条平行于横轴的水平线[2]。然而,当对容积式流量计进行检定时,通过多年的检定数据发现误差曲线多是1条斜线或不规则曲线。实际误差曲线之所以呈现这种变化趋势,主要是因为容积式流量计中存在着不可避免的漏流现象。所谓漏流,就是流体通过转动件与外壳之间的间隙直接从入口流向出口,没有被计量。漏流现象与流量的大小息息相关,以流量计最大流量的4 0%流量点为误差调整点,符合大部分流量计的误差曲线,可以兼顾到大流量和小流量的误差,可以更快地完成原油流量计的检定。

在原油流量计检定时能做到上述工作可以缩短每台原油流量计的检定时间,每年节约用电约10×104kWh,为企业带来显著的经济效益。

2 结语

降低原油流量计的检定能耗首先要做好准备工作,保证标准体积管处在最佳状态;其次要了解容积式流量计的误差性能特点,确保在误差调整时不浪费过多的时间,最终达到降低能耗的目的。

参考文献

[1]陈霈.对容积式流量计误差特性分析及使用维护[J].计量与测试技术,2007(11).

[2]杨怀德,柴奇勇.容积式流量计的误差特性及使用注意事项[J].工业计量,2007(4).

原油流量计篇2

刮板式流量计是一种较常见的容积式流量计, 在流量计测量室内有两对或三对可旋转的刮板, 在转子圆筒的槽内刮板沿径向滑动, 在有压流体的作用下, 推动刮板与转子旋转。刮板把流体连续不断地分割成单个的体积, 然后利用驱动齿轮和计数指示机构计量出流体总量。

刮板流量计工作原理如图1:

2 影响刮板流量计误差的因素

2.1 流量计自身产生的附加误差

原油的物理性质随温度和压力的变化要发生一定变化。当原油以刮板流量计进行计量时, 在运行工艺条件下, 由于温度、压力、粘度等因素的变化均会影响原油的体积。其中温度是刮板流量计计量中影响最大的一个参数。温度的改变会引起一系列参数的改变, 它使原油的体积、密度、粘度以及流量计壳体与内部部件之间的间隙发生变化, 因而导致漏流量的变化。如温度降低, 原油中的石蜡和焦质物粘附在壳体内壁和部件上, 这样就改变了流量计计量腔的体积, 直接影响流量计的计量准确度。刮板流量计是通过记录原油充满计量腔的次数来计量所输送原油的体积量。由于流量计转子和计量室壁之间有一定的间隙, 加上转子及计量室的加工误差, 必然引起被测介质的泄露, 但一般都在设计允许范围内, 因此引起流量计的附加误差主要由流量、粘度、温度、压力以及运行时间等因素造成。

2.2 刮板流量计计量腔室磨损产生的误差

由于原油中可能含有细小杂质, 对容积式流量计的转子及壳体有摩擦, 天长日久, 转子和壳体产生不同程度的磨损, 使两者之间的间隙增大, 内泄量相应增大, 测量误差向“负”向变化。为了获得科学准确的数据, 2008年8月和2009年2月对两台国家大流量站检定合格的刮板流量计在一个检定周期内的流量数据进行比对, 其检测和比对数据见表1。

分析情况:2008.8和2009.2所输油品均为新疆油, 各项指标相近, 从两次标定的MF系数的对比可以看出, 两台刮板流量计的所有MF系数均增大, 这就说明了, 随着输油批次的增多, 刮板流量计的计量腔室磨损, 计量室变大, 每次排出的原油量增大, 输转量一定的情况下, 转子转动的输出脉冲N就越少, , 而K为定值, 所以V表将减小, 将V表的减小趋势代入中, 可以看出MF将增大。

(1) 公式中:

N——输出脉冲数, 个;

V表——流量计计量值, m3;

K——刮板流量计的出厂系数, m-3。

(2) 公式中:

MF——流量计系数, 无单位;

V20——体积管标准体积, m3;

V表——流量计计量值, m3。

2.3 刮板流量计在线标定系统可能产生的误差

2.3.1 与标定系统配备的温度计, 压力表必须检定合格, 在有效期内, 压力表要求0.4级以上, 温度计最小刻度值为0.2摄氏度, 如采用远程传输数据, 要确定传输中无信号衰减和脉冲丢失。

2.3.2 在标定其中一路流量计时, 要确保其它支路的泄露阀无泄漏, 如有泄露, 会使得MF系数增大。

2.3.3 标定时必须使检定球在体积管中往返运动几次, 逐次排除体积管内的空气, 这样可以减少体积管里的空气量, 如果有残留空气, 会使得MF系数发生变化。

2.3.4 由于冬天温度比较低, 原油在输转中在体积管的管壁上会结蜡, 使得体积管的实际容积发生变化, 实际容积减小, 流量计计量值V表减少, 而在公式 (2) 中, V0作为定值进行计算, 所以MF系数将变大, 从而会使收油方遭受损失, 所以必须定期的对体积管进行清洗, 现普遍采用热肥皂水冲洗法。

2.4 原油粘度产生的误差

在粘度变化不大的范围内, 仪表的系数保持着一致, 但当输送油品的粘度变化比较大时, 会影响仪表的泄漏量, 结合粘度较大的哈萨克油和粘度较小的新疆油进行对比, 从表2数据可以看出粘度越大, 泄漏量越小, MF系数越小, 粘度越小, 泄漏量越大, MF系数越大。

所以在原油粘度变化较大时, 不能采用相同的系数交接。

同时, 为了减少刮板流量计的突变, 最好是多方建立周期的自检制度, 力求在短的周期内监控流量计的运行状况。

参考文献

[1]蔡武昌, 孙淮清, 纪纲.流量计测量方法和仪表的选用[M].北京:化学工业出版社, 2001

一种原油超声波相关流量计的设计篇3

目前, 在油田原油开采中面临的一个困难问题就是对开采的原油进行在线计量。主要原因是原油的成分非常复杂, 原油中含油、水、气和其他杂质, 属于多相复杂的流体, 而且单井原油又是间歇流动, 因此一般的流量计是无法满足的。本文设计了基于超声波相关流量计算的计量系统, 较好地解决了原油非接触在线计量问题。

1 超声波相关流量计原理

相关法利用相关技术测量流体流量。测量精度与流体中的声速无关, 测量精度高, 适用于多相流, 干扰大的流体的测量[1]。当流体在管道内流动时, 如果含有其他杂质, 其内部就存在着各种各样的随机扰动, 从而产生了与流动状况有关的流动信号, 并具有一定的统计特性[2]。相关法流量计的结构如图1所示。A, A′ 和B, B′是两组超声波发射和接收换能器, L为上游换能器和下游换能器之间的距离。当超声波信号穿过管道时, 超声波信号会受到流体中噪声的调制, 调制后的超声波信号中就包含了流体速度场的信息[3], 对此超声波信号进行分析, 提取与流动状况有关的流动信号A (t) 和B (t) , 且将A (t) 和B (t) 作相关运算, 得到相关函数RAB (τ) :

该函数峰值所对应的时间位移为τ, 就是流体从上游换能器传递到下游换能器的时间, 即该系统中的传递时间 (也称渡越时间) [3]。流速的计算公式为:

根据流速, 进而求得流量:

式中:D为管道的直径。

2 单井原油超声波相关流量测量系统结构

如图1所示, 单井流量测量系统主要由气液分离预处理, 超声波检测, 信号处理三部分构成。下面分别对这三部分进行分析。

2.1 气液分离预处理部分

预处理部分其结构如图2所示。预处理部分的功能一是进行液气分离 (抽油机抽出的原油中除了油液混合外, 还含有气体和其他杂质, 气体对油液测量会带来较大的误差, 所以在对油液测量时必须进行气液分离) ;二是解决间歇流动时的满管测量 (抽油机工作时每次抽出的原油不等, 而且是间歇流动, 这样造成管道中油液可能不是满管, 也会带来很大的测量误差) 。基于这些原因在对油液测量前要进行预处理, 经过预处理后实现气液分离和油液满管通过计量油管, 减小计量误差。

工作原理是:原油从进油口经沉沙罐后进入储油罐, 在储油罐里进行油气分离, 分离的气体从储油罐上阀门 (出气阀) 经气管道输出, 当储油罐中的油液达到一定高度时, 浮球上浮打开下阀门 (出油阀) , 同时上阀门封堵气口, 建立压力, 储油罐中的油在压力的作用下, 通过测量管道流向出油口, 当储油罐中的油液下降到一定的液位时, 浮球下沉封堵下阀门, 打开上阀门, 这样重复工作完成气液分离。

2.2 超声波检测部分

检测部分主要是由两对超声波传感器构成。超声波传感器的检测是通过超声波的发射和接收能量来完成的, 核心是换能器 (将超声波能转换为电能或者将电能转换为超声波能, 可逆换能器是指以相等的效率对两种形式的能量做相互转换的换能器) 。常见的换能器有压电晶体振子、磁致伸缩振子等。用于相关流量测量的超声波一般有正弦波与脉冲波两种形式。脉冲超声波和正弦波的相关流量计都是对流场横截面的速度信息进行积分而得到流速的。本设计采用压电晶体超声波传感器, 中心频率为200 kHz。为了克服驻波影响, 超声波采用锁相环脉冲信号发生器[4]。

2.3 信号处理部分

信号处理部分主要由超声波接收换能器和DSP构成。

信号调理电路由接收换能器、三级放大电路、滤波电路和包络检波电路组成。前置放大器由MAX410仪表用放大器模块构成, 二级放大器和末级放大器由INA128精密低功耗仪表用放大器构成;滤波电路是由MAX275模拟集成滤波器构成的一个带通滤波器, 中心频率为200 kHz, 由TL14构成低通滤波器, 主要取出检波后的信号, 包络检波电路由二极管和电容构成峰值检波器。

另一部分是由DSP模块组成的数据采集处理电路。该电路选用TI公司的TMS320F2812DSP芯片。在目前过程控制领域中, 它是最先进的DSP微处理器, 与传统的单片机相比, 它具有功能强、资源丰富、功耗低等突出的性能。具有完美的性能并综合最佳的外设接口, 它集成了闪存、高速A/D转换器、高性能的CAN模块等[5]。

测量时, 上、下游发射换能器发射出高频超声波, 超声波在流体中传播时, 流动信号对超声波会产生幅值、相位和频率调制, 接收换能器接收的高频调制信号, 经滤波和放大后进行解调, 获得流动信号, 送至A/D转换器进行数据采集, 采集的信息送至DSP进行相关处理, 获得流体的流量。

3 系统程序设计

软件系统包括DSP初始化、计算模块、流量显示、中断处理模块等部分。

主程序流程图如图3所示, 主程序完成初始化后, 进入一个循环程序, 对采样数据进行处理, 随时响应外部A/D中断请求、串口通信中断请求和定时器中断请求, 同时还要随时判断流量显示定时是否到达。主程序响应以上各中断请求并调用各个相应的处理程序, 完成数据的采集和处理。

初始化一方面是设置DSP的工作环境, 另一方面是为后面的信号处理做准备。系统初始化程序包括影响DSP芯片CPU运行的内部初始化和影响各个外设工作的外设初始化, 以及外围可编程器件 (如A/D, D/A等) 的初始化等几个方面, 具体地说包括以下功能:设置时钟发生器, 设置定时器, 初始化各状态寄存器, 开中断等。

中断处理模块包括三个中断:定时器中断处理模块用于启动A/D转换器和控制采样频率, 串行通信中断处理模块用于与上位机进行通信, A/D中断处理模块用于读取A/D转换器采样数据, 其流程图如图4所示。

显示模块定时刷新仪表, 显示瞬时流量值和累积流量值。

系统处理过程为:设定定时周期, 定时器产生中断, 此中断启动A/D转换器, 转换结束后, A/D转换器向DSP请求读取数据中断, DSP响应A/D转换器中断请求, 调用A/D中断处理模块, 读取采样数据, 送入数据缓冲区。由于流体是间歇流动, 所以DSP接收到上、下游信号的N点数据后, 对数据进行傅里叶分析, 判断流体是否流动, 如流动则调用计算程序, 对采样数据进行相关运算, 寻找相关函数的峰值, 确定渡越时间T, 并根据仪表参数、温度补偿, 获得瞬时流量值和累积流量值, 并将结果存于数据存储单元, 供显示仪表显示。

在相关流量测量中, 关键问题之一是相关函数的计算方法, 要求能高速、准确地完成对大量的随机调制信号的采集、相关积分运算和相关函数的峰值搜索。相关函数的算法主要有极性重合法和零点穿越法两种。为了提高运算速度, 本系统采用频域中的相关运算[6]。输入的数据通过FFT变换后, 即可求出频域中的相关运算。然后通过IFFT可得到时域中的相关结果[7], 可以用来进行峰值搜索。其流程图如图5所示。

4 结语

在分析油田单井工况和相关流量测量原理的基础上, 设计出一种适合单井原油计量的装置, 经现场测试取得了较好的效果, 其误差小于2%。但还存在以下几个问题:一是信号的起伏较大, 主要是原油中含气, 含杂质不定, 所以造成了信号差别大, 需要检测电路增加AGC电路。二是修正系数的整定困难, 不同的井含水量不同, 油液的粘度差别很大, 同时在不同的温度下, 油液的流动性差别也很大, 所以要在不同的环境下多次调整修正系数, 给使用带来不便。三是在流速较低时误差比较大。这些都是今后研究中要加以改进的方面。

摘要：针对油田单井计量的困局, 设计并实现了一种单井原油流量测量仪器。气液分离预处理环节解决气液分离和油液满管通过计量油管, 由两对超声波传感器构成的检测环节解决非接触测量, 而由超声波接收换能器和DSP构成的信号处理环节解决快速在线计量, 在软件上运用基于超声波传感器的相关算法解决测量精度。现场测试表明, 该流量计的计量误差很小。其特点在于从硬件结构和软件设计两个方面较好地解决了原油非接触在线计量。

关键词：超声波,相关流量计,预处理,检测,DSP

参考文献

[1]于光平, 陈强.相关法在超声波流量计设计中的应用[J].沈阳工业大学学报, 2008 (2) :207-211.

[2]郝晶.基于相关法超声波流量计的研究[D].太原:中北大学, 2009.

[3]李海青, 黄志尧.特种检测技术及应用[M].杭州:浙江大学出版社, 2000.

[4]柴继河.超声流量计的设计[D].西安:西安理工大学, 2004.

[5]万山明.TMS320F281X DSP原理及应用实例[M].北京:北京航空航天大学出版社, 2007.

[6]胡广书.数字信号处理[M].北京:清华大学出版社, 2003.

[7]沈志辉, 林伟军.用于井下超声石油流量计的互相关方法[J].声学技术, 2008 (6) :845-850.

原油流量计篇4

1.1 存在问题分析

(1) 采油来液管线使用环形智能流量计进行计量。使用环形智能流量计实现原油产量的计量, 定期对来液进行含水化验从而计算出原油量。

(2) 在联合站含水率需人工进行化验。

(3) 由于集输干线的输油的不规则性, 采用人工化验的含水率进行原油的计量, 精度无法保证。

(4) 由于环形智能流量计精确度低, 计量存在较大误差。

(5) 对原油产量无法精确计量, 不仅无法及时发现各单位生产中存在的问题, 而且使产量考核出现较大偏差, 不便于考核。

1.2 解决方法

为实现原油产量准确计量问题, 对来液纯油质量进行实时的自动化测量是根本方法, 质量流量计精度高, 易用易维护, 使用寿命长, 能直接测量出原油产量, 再辅之以其为基础的计算机实时监控及计量软件系统, 并利用网络资源, 还可实现远程实时对流量计进行监控。质量流量计实时测量出来液管线上的原油质量、原油体积和含水, 温度等数据, 通过现场显示仪表在计量岗上显示出来。现场显示仪表同时将相关数据信号传送到现场数据存储及远程传送设备 (工控机) 上。现场数据存储及远程传送设备将数据进行存储, 以便进行历史查询, 同时将数据通过网络传送到远程数据服务器上, 通过服务器就可以进行远程监控和管理。

2 质量流量计计量系统原理及功能

2.1 C M F型质量流量计基本原理

利用科里奥利技术, 当驱动电压加到传感器中的流量管上的“驱动线圈”时, 产生的电磁力驱动振荡管振荡, 流体通过传感器时, 振荡管产生扭曲, 在流量计的入口和出口产生一个相位差, 该相位差与流过的流体质量流量成正比;流体瞬时密度由仪表同时自动测得, 密度不同时, 振动频率不同, 流体密度与振荡管振荡频率的倒数的平方根成正比, 精度为+0.0005g/cc, 质量流量的测量精度为0.1%。除计量精度高外, 由于采用金属管振动的原理进行测量, 因此与罗茨流量计相比没有磨损件, 使用寿命长, 维护方便等优点。

2.2 质量流量计计量系统功能

2.2.1 数据采集显示

采集程序工作时是以一定的时间间隔 (如60秒) 对质量流量计进行数据采集, 生成15分钟读数、15、30、60、120分钟的读差、以及班产量、日累计、月统计、年统计等数据, 并保存在数据库中, 为远程监控提供数据来源。

2.2.2 数据传输

传输程序是对采集端程序采集并保存在数据库中的数据以一定的时间间隔 (如5分钟) 进行访问, 将数据库未传输数据检索出来, 通过网络传输并保存到数据服务器端的数据库中, 数据被传输到服务器端后, 生成产量报表并保存15、30、60、120分钟的读差、以及班产量、日累计、月统计、年统计等数据。

2.2.3 数据查询

数据查询模块主要功能是通过网页发布或软件发布的形式将各类报表如各分矿产量报表、采油厂产量报表及产量对比报表等, 提供给管理人员。

3 质量流量计计量系统应用效果分析

采用流量计计量系统后, 主要能体现出以下优点。

3.1 该系统的应用能提高对各小队的计量精确度

LTD3020质量流量计算机与质量流量计配合工作, 能够在线测量混合质量、混合体积、在线密度、在线温度、在线含水率、纯油质量、纯油体积等生产所需数据, 能提供直接的质量和体积流量测量。

3.2 该系统能提高采油厂、采油矿领导对各管线计量变化的实时监控

流量计实时监控查询子系统, 实现了对现场测量仪表的远程监控, 无需亲临现场, 即可在企业局域网上查看现场测量仪表运行情况。它充分利用现有网络的优势, 实现了对各现场测量仪表由分散到集中、由孤立到联合的网络化管理, 为采油厂领导及时掌握各油田的生产动态, 组织生产提供准确的数据信息。

3.3 该系统的应用能减少因人为因素造成的误差, 增加相应的产量

下面以该系统在临盘采油5队2006年7月中旬的应用为例:

采用计量系统能提高计量精度, 将输差由原来的15.03%减少为6.09%, 提高了8.94个百分点。

4 质量流量计系统运行过程的管理经验

在系统一年多的运行管理中, 随之也暴露出一些问题。其中最重要的一点是缺乏合理有效、能对故障进行有效检测及处理的方法和措施, 如何检测和处理流量计的故障, 尤其是一般技术维护人员对一些简单的问题 (较小的故障) 不知从何处下手, 怎么排除, 这就需要我们缜密的分析问题, 总结经验, 以此应运于实际生产中。以下是在生产中总结的质量流量计系统检测及维护部分管理经验。

4.1 零点检查 (零校准)

零点漂移是科氏力式质量流量计在实际运行中经常遇到的问题。造成零点漂移的因素很多, 如传感器的安装应力、测量管的结构不对称、被测流体物理特性参数的变化等。

4.2 工作参数的检查

流量计在使用过程中, 应经常注意所设置的工作参数是否发生了变化, 所显示的流量、密度、温度值是否正常, 如与实际情况有较大的出入, 可按使用说明书中所叙述的方法重新进行零流量校准。若上述工作完成之后, 仍感觉不正常, 则应查看变送器内部设置的各工作参数是否正确。

4.3 定期全面检查维护

对于使用中的流量计, 应定期地进行全面检查。从传感器地外观、安装牢固程度、工艺管线的振动、变送器和显示仪表的指示等方面着手逐项全面检查, 发现问题应及时处理。

4.4 用于易结垢流体测量的维护

流量计测量易结垢 (如结水垢、结蜡) 流体时, 应经常检查其运行情况。当发现流量计工作不正常或偏差较大时, 应首先考虑传感器内有可能结垢, 应将传感器拆下, 采用吹扫或清洗液等适当方法进行处理。

4.5 定期标定

根据流量计应用场合的不同, 并按标准体系要求进行定期标定。

4.6 保证该自控系统供电电压的稳定性, 延

长仪表及工控机的使用寿命, 防止因供电不稳, 影响了自控系统的正常工作情况