测量气体流量如孔板差压流量计课件.ppt
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1、1第七章天然气流量计算第七章天然气流量计算n单位时间内流过管路横截面积的天然气流体数单位时间内流过管路横截面积的天然气流体数量,称为天然气流量。天然气流量常用体积流量表量,称为天然气流量。天然气流量常用体积流量表示。示。n测量气体流量的方法和仪表种类较多,而用于测量气体流量的方法和仪表种类较多,而用于天然气的主要有三类:天然气的主要有三类:n1.容积式流量计容积式流量计n容积式流量计是使气体充满一定容积的空间来容积式流量计是使气体充满一定容积的空间来测量流量,如罗茨流量计、湿式流量计和皮囊式流测量流量,如罗茨流量计、湿式流量计和皮囊式流量计等。量计等。n2.速度式流量计速度式流量计n速度式流量
2、计是以测量在管道内流体平均流速速度式流量计是以测量在管道内流体平均流速为依据,在已知管道截面积的条件下,测量气体流为依据,在已知管道截面积的条件下,测量气体流量。如孔板差压流量计、监界速度流量计等。量。如孔板差压流量计、监界速度流量计等。n2n3.质量式流量计质量式流量计n为一种处于发展中的仪表,它不受温度、压为一种处于发展中的仪表,它不受温度、压力、气体偏差系数影响,具有直读瞬时和累计的力、气体偏差系数影响,具有直读瞬时和累计的特点。如涡轮流量计,靶式流量计等。特点。如涡轮流量计,靶式流量计等。n 第一节第一节 差压法测气原理差压法测气原理n一、孔板差压流量计一、孔板差压流量计n 它是基于流
3、体流动的节流原理,利用流体流它是基于流体流动的节流原理,利用流体流经节流元件时产生的压力差与其流量间的对应关经节流元件时产生的压力差与其流量间的对应关系,通过测量压差实现对流量的测量。系,通过测量压差实现对流量的测量。3n 如图如图7-17-1所示,差压式流量计由节流装置、导压所示,差压式流量计由节流装置、导压管和差压计三大部分所组成。管和差压计三大部分所组成。n图图71 差压式流量计组成示意图差压式流量计组成示意图上游侧第二阻流件;上游侧第二阻流件;2上游侧第一阻流件;上游侧第一阻流件;3、5孔板前后测量管;孔板前后测量管;4孔板和孔板夹持器;孔板和孔板夹持器;6下游侧第一阻流件;下游侧第一
4、阻流件;7导压管;导压管;8差压计;差压计;L0第一阻流件与第二阻流件之间的直管段;第一阻流件与第二阻流件之间的直管段;L1L2孔板上下游侧的直管段孔板上下游侧的直管段4n二、差压法测气原理二、差压法测气原理n 充满管道的流体,当它充满管道的流体,当它流经管道内节流装置流经管道内节流装置(如孔如孔板板)时,流速将在节流装置时,流速将在节流装置处形成局部收缩,将使部处形成局部收缩,将使部分压能转为动能,其结果分压能转为动能,其结果使流速增加,静压降低,使流速增加,静压降低,在节流装置前后产生了压在节流装置前后产生了压力降,力降, 如图如图7-2所示。所示。n流束局部收缩:被测流流束局部收缩:被测
5、流体流经节流装置时,节流体流经节流装置时,节流装置前后的特性和压力分装置前后的特性和压力分布图布图7-2所示。所示。图图7-2 孔板前后压力和流速孔板前后压力和流速分布图分布图5n 差压的产生:由于流体运动的惯性,流经节流装差压的产生:由于流体运动的惯性,流经节流装置后流体将继续保持原来的流动方向,在孔板出口端置后流体将继续保持原来的流动方向,在孔板出口端面面处形成一最小收缩截面处形成一最小收缩截面F2,此处流速截面最小,此处流速截面最小,流速达最大,压力最低。此后,流束又逐渐扩大,压流速达最大,压力最低。此后,流束又逐渐扩大,压力逐渐恢复升高,直至流体充满整个管道,压力恢复力逐渐恢复升高,直
6、至流体充满整个管道,压力恢复到最大值。到最大值。n 标准孔板所产生的压差,通过导压管将差压讯号标准孔板所产生的压差,通过导压管将差压讯号传递给差压计,并由差压计显示出来。传递给差压计,并由差压计显示出来。n 角接取压:角接取压孔板夹持器可以是单独钻孔取角接取压:角接取压孔板夹持器可以是单独钻孔取压器件,或是环室取压。压器件,或是环室取压。n 单独钻孔取压规定上游侧静压由前夹紧环取出,单独钻孔取压规定上游侧静压由前夹紧环取出,下游侧静压由后夹紧环取出。环室取压规定孔板上游下游侧静压由后夹紧环取出。环室取压规定孔板上游侧静压由前环室取出,下游侧静压由后环室取出。见侧静压由前环室取出,下游侧静压由后
7、环室取出。见图图7-37-3。6n法兰取压:指测量管法兰上带有符合有关规定的取压器法兰取压:指测量管法兰上带有符合有关规定的取压器件,并规定上、下游取压孔的间距均为件,并规定上、下游取压孔的间距均为25.4mm,且且是从孔板的上游端面量起。取压孔间距是指取压孔轴线是从孔板的上游端面量起。取压孔间距是指取压孔轴线与孔板的某一规定端面的距离。见图与孔板的某一规定端面的距离。见图7-4图图7-4法兰取压孔板夹持器法兰取压孔板夹持器图图7-3 角接取压孔板夹持器角接取压孔板夹持器 1孔板;孔板;2夹紧环;夹紧环;a环隙宽度或取压孔直径;环隙宽度或取压孔直径;f环隙厚度;环隙厚度;c、c上、下游夹紧环长
8、度;上、下游夹紧环长度;b夹紧环内径;夹紧环内径;s上游台阶到夹紧环的距离上游台阶到夹紧环的距离7n 其原理为:流体通过节流装置处,流束将形成局其原理为:流体通过节流装置处,流束将形成局部收缩,使部分压能转化为动能,使流速增加,静部收缩,使部分压能转化为动能,使流速增加,静压降低,在节流装置前后产生压差,流量越大,压压降低,在节流装置前后产生压差,流量越大,压差也越大,反之,越小,通过测量压差的大小,就差也越大,反之,越小,通过测量压差的大小,就可间接地计算气体流量。可间接地计算气体流量。8n三、气动差压变送器三、气动差压变送器n1.气动差压变送器的工气动差压变送器的工作原理作原理n 气动差压
9、变送器是气动差压变送器是将差压转换为成比例的将差压转换为成比例的标准信号(标准信号(0.020.10MPa)它基于力它基于力矩平衡原理工作,采用矩平衡原理工作,采用了负反馈的补偿线路。了负反馈的补偿线路。n单杠杆差压变送器结构单杠杆差压变送器结构如图如图7-5所示。所示。n 图图75 单杆差变压器结构图单杆差变压器结构图1膜盒;膜盒;2弹簧片;弹簧片;3主杠杆;主杠杆;4轴封膜片;轴封膜片;5顶针架;顶针架;6挡板;挡板;7喷嘴;喷嘴;8气动放大器;气动放大器;9波纹管波纹管9n单杠杆机构受力情况如图单杠杆机构受力情况如图7-6所示所示n在主杠杆上作用两个力:一个是测在主杠杆上作用两个力:一个
10、是测量力量力F,另一个是反馈力另一个是反馈力Ff,其大其大小分别为:小分别为:nFi;、;、Ff作用在主杠杆上,产生了作用在主杠杆上,产生了测量力矩测量力矩Mi;、;、和反馈力矩和反馈力矩Mf,它们的方向相反,大它们的方向相反,大小分别为小分别为n当主杠杆处于平衡状态时,则当主杠杆处于平衡状态时,则M M一一M M,即即n: pAppAFi1211)(出pAFf2(71)(72)pAM11il出pAlMi22(73)(74)出pApA2211ll(75)图图7-6 差压变送器杠杆差压变送器杠杆机构受力图机构受力图10n2安装及操作安装及操作n(1)节流装置的安装)节流装置的安装(2 2)变送器
11、的安装)变送器的安装n (3)操作(自学)操作(自学) 3LGE系列的可换孔板流量计系列的可换孔板流量计n LGE系列可换孔板节流计量装置(现系列可换孔板节流计量装置(现W103油田油田对涠洲终端供气用)是一种结构新颖的流量检测仪对涠洲终端供气用)是一种结构新颖的流量检测仪表,其特点是将节流元件(孔板)精确地安装在固表,其特点是将节流元件(孔板)精确地安装在固定的座体内,在不拆动管线或不停止流体输送的情定的座体内,在不拆动管线或不停止流体输送的情况下,可以方便地对孔板进行更换和对计量管道进况下,可以方便地对孔板进行更换和对计量管道进行清扫,从而保证了计量精度,减小维护的工作量。行清扫,从而保证
12、了计量精度,减小维护的工作量。4FOXBORO系列差压流量计系列差压流量计n 海上油田普遍使用易于维护、高精确度的气体海上油田普遍使用易于维护、高精确度的气体差压式流量计,主要有差压式流量计,主要有FOXBORO气动的气动的13A、15A、13Hdp cellTM系列和电动系列和电动823dp cellTM系列。系列。 11n(1)安装要求)安装要求 见图(见图(77)n 以上的安装是按照美国以上的安装是按照美国 GAS ASSOCIATION标准标准的 要 求 。 在 变 送 器 前 面 使 用 一 个 整 流 叶 片的 要 求 。 在 变 送 器 前 面 使 用 一 个 整 流 叶 片(S
13、TRAIGHTENING VANES),),目的是在孔板和目的是在孔板和STRAIGHTENING VANES之间形成一个平稳的、线之间形成一个平稳的、线性的流体,以达到精确计量气体流量的目的。性的流体,以达到精确计量气体流量的目的。STRAIGHTENING VANES是一个由多个焊在一起的是一个由多个焊在一起的导引管组成并固定在计量管壁上的仪器,该仪器由导引管组成并固定在计量管壁上的仪器,该仪器由FOXBORO生产,在国内也叫整流器。生产,在国内也叫整流器。图图77 变送器安装示意图变送器安装示意图121)对孔板喷嘴上、下游管段的要求)对孔板喷嘴上、下游管段的要求2)对设置测压孔的要求)对
14、设置测压孔的要求 3)变送器安装位置要求)变送器安装位置要求n 要满足以上所述基本安装要求,具体如图要满足以上所述基本安装要求,具体如图78。图图78 差压式流量变送器安装位置图差压式流量变送器安装位置图13第二节第二节 气计量气计量 近年随着电子工业的发展,已引进计算机进行计量近年随着电子工业的发展,已引进计算机进行计量数据的处理,但基础仍然为孔板流量计。天然气流量数据的处理,但基础仍然为孔板流量计。天然气流量计量系统一般如图计量系统一般如图710所示,主要由:计量直管所示,主要由:计量直管段;标准孔板;标准孔板夹持器;温度、压力、段;标准孔板;标准孔板夹持器;温度、压力、记录仪(目前一般采
15、用变送器);流量记录仪或计记录仪(目前一般采用变送器);流量记录仪或计算机;专门从流量计算机读取数据并进行有效存储算机;专门从流量计算机读取数据并进行有效存储管理的计算机等组成。管理的计算机等组成。 图图710 天然气流量计量系统简图天然气流量计量系统简图14n一、单井气计量一、单井气计量n1孔板流量计测量单井气量的常规计算孔板流量计测量单井气量的常规计算n 目前,使用孔板流量计测量单井气量一般使用以下实目前,使用孔板流量计测量单井气量一般使用以下实用公式用公式 :n 标准状况指在温度为标准状况指在温度为15、压力为、压力为760mmHg的环的环境下。境下。n 孔板综合校正系数孔板综合校正系数
16、K由由Ko、Re、Y三个校正系数产生。三个校正系数产生。Ko为孔板校正系数,是截面积比为孔板校正系数,是截面积比m的函数,截面积比的函数,截面积比m由下式得到:由下式得到: n式中:式中:d孔板直径,孔板直径,mm; D管道内径,管道内径,mm。n孔板直径孔板直径d和管道内径和管道内径D间的关系见图间的关系见图 79。oooWgZTpHKdq28943. 1(76)22Ddm(77)15n 根据压差取样口的位置分为法兰取样和根据压差取样口的位置分为法兰取样和管线取样,见图管线取样,见图711。由截面积比。由截面积比m的值的值和压差取样口的位置,查相应的图和压差取样口的位置,查相应的图712或或
17、图图713,可得到,可得到Ko。图图711 (a)压差管线取样压差管线取样图图712 (b)压差法兰取样压差法兰取样16为简化计算过程将雷诺数系数为简化计算过程将雷诺数系数Re、膨胀系数膨胀系数Y值取互。值取互。 孔板压差孔板压差Hw由孔板流量计的由孔板流量计的Barton记录仪记录记录仪记录在在Barton卡片上。由于有些记录仪以卡片上。由于有些记录仪以英寸水柱为单英寸水柱为单位,孔板压差位,孔板压差HwHw的值需转换为毫米水柱,毫米水柱的值需转换为毫米水柱,毫米水柱和英寸水柱的转换关系为:和英寸水柱的转换关系为:1 1毫米水柱毫米水柱1英寸水柱英寸水柱 25 254 4。 孔板压差孔板压差
18、HWHW平均值由下式得出:平均值由下式得出: 21)1(nwnwhnH(78) 17n 气体压缩系数气体压缩系数Zo,是视温是视温Tr和视压和视压pr的函数。的函数。Tr和和pr由下式得到由下式得到 n 测试分离器压力测试分离器压力Po(指绝对压力)单位为指绝对压力)单位为105Pa;n 测试分离器温度测试分离器温度To(指绝对温度)可由下式得出指绝对温度)可由下式得出TT273,K;n Tc和和Pc由气相对密度查图由气相对密度查图715获得。利用已知获得。利用已知po和和pc,To和和Tc计算出视温计算出视温Tr和视压和视压pr,通过视温通过视温Tr和视和视压压pr查图查图716,可得到气体
19、压缩系数,可得到气体压缩系数Zo。将各参数的将各参数的值代人公式,经计算可得到单井气产量。值代人公式,经计算可得到单井气产量。CrTTT0(79)Prcpp0(710)18n2单井气量的计算实例单井气量的计算实例n例例 某生产井产气的各测量参数值如下:某生产井产气的各测量参数值如下:n孔板直径孔板直径 d=63.5rnm;n管道内径管道内径 D=1425mm;n测试分离器压力测试分离器压力 po3.35MPa;n测试分离器温度测试分离器温度 To58;气相对密度气相对密度 n由孔板直径由孔板直径d63.5mm和管道内径和管道内径D142.5mmn得截面积比得截面积比m=63.5142.5=0.
20、1986n由截面积比由截面积比m=0.1986,查相应的图查相应的图713,可得,可得到到Ko=0.615n为简化计算过程将雷诺数系数为简化计算过程将雷诺数系数Re、膨胀系数膨胀系数Y的值的值取取1n气体压缩系数气体压缩系数Zo的获得方法:的获得方法:19n测试分离器压力测试分离器压力Po(指绝对压力)指绝对压力)=3.350.1=3.36MPa=33.6105Pan测 试 分 离 器 温 度测 试 分 离 器 温 度 To( 指 绝 对 温 度 )指 绝 对 温 度 ) = 5 8 273=331Kn由气相对密度由气相对密度0.746,查图,查图715得得TC227K和和Pc=46.0105
21、Pan通过视温通过视温Tr和视压和视压Pr查图查图716,可得到气体压缩,可得到气体压缩系数系数Z。=093将各参数的值代人公式:将各参数的值代人公式: Tr=46. 12273310cTT视温视温视压视压75. 00 .466 .330cPPTc=qg =0.18943Kd2 =0.18943 =8363.75000ZTPHw746. 093. 03316 .3370.21715 .63615. 02hm320n二二 油田总产气量的计量油田总产气量的计量n 油田总产气量的计量的计算方法:油田总产气量的计量的计算方法:n1.单井产气量累计法单井产气量累计法n 根据各生产井单井测试的产气量求和累
22、计可计算根据各生产井单井测试的产气量求和累计可计算出油田总产气量。出油田总产气量。n 式中:式中:Qg油田总产气量;油田总产气量;qg生产井单井产生产井单井产气量气量;nn生产井井数;生产井井数;T生产井生产小时数。生产井生产小时数。n2Pr输气量累计法输气量累计法n 将油田的各外输气流量计流量值进行累计,再加将油田的各外输气流量计流量值进行累计,再加上原油分离器气出口的气量得到油田总产气量。上原油分离器气出口的气量得到油田总产气量。Qg=ngTq1(712)21n注意讲法:注意讲法:n三、现场实用计算公式三、现场实用计算公式n(1)流量计卡片流量计卡片nCWD双波纹管差压计所用记录纸为园形,
23、由钟双波纹管差压计所用记录纸为园形,由钟表机构驱动,表机构驱动,24小时顺时针方向转动一圈。广泛使小时顺时针方向转动一圈。广泛使用的记录纸为用的记录纸为L-100(最大格数为最大格数为100格格)的开方卡的开方卡片。片。n开方卡片的特点是各同心园的间隔不是等距离开方卡片的特点是各同心园的间隔不是等距离的,并且从卡片上读出的记录数不是静压、差压的的,并且从卡片上读出的记录数不是静压、差压的直接读数,而是静压、差压值的平方根相当于最大直接读数,而是静压、差压值的平方根相当于最大规格的百分数。规格的百分数。即:将读得的格数经换算后,才能即:将读得的格数经换算后,才能得出静压,差压的具体数值,其换算如
24、下:得出静压,差压的具体数值,其换算如下:22n格数与差压的关系格数与差压的关系n格数与静压的关系格数与静压的关系n 式中式中 Hmax、pmax流量计的最大差压和附记流量计的最大差压和附记压力压力(最大静压最大静压),Pa、MPa;n hw、p1 实测的差压和静压值;实测的差压和静压值;n h 、p 流量开方卡片上差压和静压实际指示流量开方卡片上差压和静压实际指示格数。格数。hhHw100maxppp1001max(7-2-27)(7-2-28)23n由上述两式可得由上述两式可得n n 例例5-1 已知某双波纹管差压计差压量程为已知某双波纹管差压计差压量程为40000Pa,附记压力为附记压力
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