关于高级孔板阀节流装置清洗补偿系数设置探讨.docx
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关于高级孔板阀节流装置清洗补偿系数设置探讨
关于高级孔板阀节流装置清洗补偿系数设置的探讨
源涛
计量监督维护管理站
:
cytpetrochina..
【摘要】高级孔板阀作为一种应用较为成熟的天然气计量贸易装置,被广泛使用,但现场清洗过程中补偿系数是否应该设置,以及确切的取值围,一直倍受争论。
为此,通过现场计量比对和测试,对高级孔板阀清洗补偿系数设置的客观性和其取值围进行深入探讨和分析,以便这种使用维护方便、应用成熟的流量计量装置为现场天然气生产服务。
【主题词】高级孔板阀清洗清洗补偿系数设置
1、引言:
高级孔板阀作为一种应用较为成熟的差压式流量计,因其工作稳定,使用维护方便等优点,被广泛应用于天然气贸易计量现场,仅输气管理处围,现场在用和备用高级孔板阀就有270余台。
当然,由于高级孔板阀特定的工作原理和结构,特别在特殊生产状态下的计量和补偿,比如清洗节流装置过程中的气量补偿,到目前为止由于没有统一的气量补偿定量标准,给管理者在使用过程中造成一些困难。
1.1高级孔板阀的清洗:
正常生产条件下的高级孔板阀状态节流装置清洗过程中的高级孔板阀状态
上图为高级孔板阀的清洗示意图
考虑到天然气特殊的组成和气质条件,高级孔板阀及其节流元件孔板按管理要求,每周必须至少清洗一次,一个完整的清洗、检查过程应包括准备工作、提取孔板、清洗上、下游表面、检查边缘尖锐度、核查开孔直径及编号,以及检查导板、孔板密封圈等一系列操作,以清洗一台150mm口径的高阀为例,整个过程至少耗时在15分钟以上。
现场在用高级孔板阀节流元件孔板
1.2清洗补偿系数的产生
在正常生产条件下,天然气流经节流元件时,迫使流束在孔板处形成局部收缩,从而使流速增加,静压力降低,在孔板前后产生静压力差(差压),气流的流速越大,孔板前后产生的差压也越大,从而可通过测量差压来衡量天然气流过节流装置的流量大小。
当高阀处于节流装置清洗过程中时,孔板被摇至高阀上阀腔后,此时无节流元件产生前后差压,也就无法对天然气进行正常计量。
传统方法是采用计量系统自动补偿或人工补偿的方式,两种方式都是计算出清洗操作前后正常生产条件下的平均瞬量Q1,乘以时间系数(清洗时间),作为管气流通过量,由于有国外研究报道,这期间的实际流量可能比清洗前后的瞬时流量平均值大,于是便在流量计算中引入一个大于等于1.0的数,即清洗补偿系数,乘以Q1和时间系数来作为最终的气量补偿值。
然而,清洗补偿系数是否该引入并参与流量补偿,其确切取值围是多少这一争论一直困扰着国高级孔板阀的管理者和使用者。
目前西南油气田分公司围的高阀清洗补偿系数设置现状是:
现场在用计量装置清洗补偿系数设置为1.0,即不对这期间的气量补偿量进行修正。
2、清洗补偿系数是否应该引入,并参与气量补偿
从一个完整、正常的计量支路来看,只要它与下游用户之间存在压差,将孔板提出计量管后,计量管段处于全通状态,气流通过的横截面积骤然增加,再由于缺少阻力元件孔板的节流作用,因此,可以想象:
此时通过的天然气总量必然也会随之增加,为了论证这一点,我们选择了一个上、下游气源相对稳定的计量点做了如下实验:
测试现场
J5清洗操作过程中J5历史数据一览
J5清洗操作过程中J4历史数据一览
站场汇管上安装有两条规格型号、工艺布局完全相似计量支路J4、J5(DN200,表压5.2MPa),我们在9:
05对J5进行节流装置清洗,清洗节流装置前,由于所装孔板孔径不同,J4瞬量为2737206m3/d,J5瞬量为1389064m3/d,瞬量总计为4126270m3/d。
9:
09J5孔板被提入高阀上阀腔中,计量管处于全通状态,虽然无法测量其瞬量,但我们可以通过观察J4的瞬量数据,来估算J5的瞬量变化。
9:
09到9:
10,J4瞬量由2736243m3/d陡降至1507330m3/d,随后就维持在1570000m3/d左右,9:
22,J5孔板清洗、检查完毕后又被放回测量管,J4瞬量由1565885m3/d猛增至2288965m3/d,9:
29清洗操作结束,此时J4瞬量2288965m3/d,J5瞬量1899544m3/d,瞬量总计为4122931m3/d,基本保持不变。
因此,基本可以推断:
清洗J5过程中,由于缺少阻力元件孔板的节流作用,绝大部分天然气调头由J5流向下游,此时管压力下降,流速增加,这部分气量瞬量应接近2.6×106m3/d左右(总瞬量—J4瞬量),剩余少部分天然气才能由J4流向下游,由于未对系统清洗补偿系数进行设置,即不补偿,我们可以从补偿记录看出,计量系统实际上只对J5补偿了27676方,按25分钟的时间系数来换算,计量系统计算出来的清洗过程中的平均瞬量仅为1.6×106m3/d左右,与实际流量值相差较大,由此可以下结论,如果在该计量点不引入清洗补偿系数参与流量补偿,势必会造成补偿气量偏低,计量偏低。
3、清洗补偿系数的取值
根据上面测试过程中对J5天然气流速和瞬量的推测,如果按2.6x106m3/d估算,清洗补偿系数取值大概在1.6附近,但这毕竟是一个估算值,要真正归纳出补偿系数的确切取值围,关键就是要测量出在整个清洗过程中,通过被清洗高阀的气流瞬时流量或流速。
由于目前同一计量支路上串联高阀和其它类型流量计的测试现场较少,所以我们采取了以下两个方法:
3.1计量比对
我们选择现场运行平稳,且处于上、下游紧邻安装的两台高级孔板阀做比对。
上游为我方外销计量装置,下游为用户比对计量装置,两台高阀相邻不足25米,瞬量在608000方/天左右,通过计量比对,下游计量系统气量偏低稳定在2.4%左右。
通过观察上游供方计量装置清洗过程中,下游用户计量装置瞬量的测量数据,来推算清洗补偿系数的大概取值围。
09:
38—09:
58对上游高阀于进行节流装置清洗操作,从流量补偿总览表中可以看出,上游计量系统实际上是按608527方/天来进行补偿,在21.25分钟的补偿时间,总共补偿气量8980方。
09:
45—09:
46,上游孔板移至上阀腔,测量管处于全通状态,此时,从下游孔板计量系统的瞬时流量历史数据中可以看出,09:
44—09:
47,流量发生变化,由595285方/天上升至609285方/天(由于下游计量系统数据采集时间间隔较长,不排除有更高或更低的瞬时流量出现),09:
57—09:
59,上游孔板放回测量管,下游孔板计量系统的瞬时流量又由603303方/天下降至598299天/方,在这10分钟时间,通过下游孔板的平均瞬时流量在606853方/天左右,根据2.4%的相对输差换算,这期间流过上游高阀的瞬时流量应在621776方/天附近,是上游计量系统补偿平均瞬时流量的约1.022倍(应考虑到上、下游高阀自身的准确度等级,以及它们之间汇管、调压等诸多工艺对管流量造成影响的等等不确定因素)。
时间
瞬时流量
(方/天)
差压
(KPa)
时间
瞬时流量
(方/天)
差压
(KPa)
09:
30
597347
14.81
09:
52
605607
15.40
09:
33
597842
14.88
09:
54
607368
15.58
09:
35
595979
14.80
09:
57
603303
15.37
09:
38
597557
14.90
09:
59
598299
15.17
09:
41
592991
14.70
10:
03
590863
15.11
09:
44
595285
14.85
10:
05
595257
15.06
09:
47
609280
15.55
10:
08
594133
15.02
09:
50
608709
15.50
10:
10
594499
15.09
下游用户计量系统气量历史数据记录
下游用户计量系统瞬时流量变化趋势
3.2清洗过程中天然气实际流量的测量
在工况条件较好的计量管上,安装外夹式超声流量计,以5秒为一时间间隔,对整个清洗过程中的气流瞬量进行实时测量,从而来确定清洗补偿系数的取值。
清洗操作前,外夹式超声流量计和孔板流量计比较,低2.4%左右,15:
36—16:
04对被测高阀进行清洗操作,下面为取出孔板和放入孔板阶段,外夹式超声流量计实测的瞬时流量和变化趋势。
取出孔板阶段,外夹超声流量计的瞬量变化:
时间
瞬量
单位
流速
M/S
压力
BARA
温度Deg
C
备注
15.41.10
240.847
KCUM/DA
5.82
15.101
23.08
15.41.15
240.201
KCUM/DA
5.8
15.101
23.08
15.41.20
242.081
KCUM/DA
5.85
15.101
23.08
15.41.25
241.995
KCUM/DA
5.85
15.101
23.08
15.41.30
240.908
KCUM/DA
5.82
15.101
23.08
15.41.35
241.757
KCUM/DA
5.84
15.101
23.08
15.41.40
242.836
KCUM/DA
5.87
15.101
23.08
取出孔板
15.41.45
242.087
KCUM/DA
5.85
15.101
23.08
15.41.50
241.699
KCUM/DA
5.84
15.101
23.08
15.41.55
241.966
KCUM/DA
5.84
15.101
23.08
15.42.00
241.609
KCUM/DA
5.84
15.101
23.08
15.42.05
240.863
KCUM/DA
5.82
15.101
23.08
15.42.10
241.111
KCUM/DA
5.82
15.101
23.08
15.42.15
242.635
KCUM/DA
5.86
15.101
23.08
15.42.20
243.008
KCUM/DA
5.87
15.101
23.08
15.42.25
242.361
KCUM/DA
5.85
15.101
23.08
放入孔板阶段,外夹超声流量计的瞬量变化:
16.06.45
243.26
KCUM/DA
5.83
15.201
23.08
16.06.50
242.841
KCUM/DA
5.83
15.201
23.08
16.06.55
243.078
KCUM/DA
5.83
15.201
23.08
16.07.00
243.154
KCUM/DA
5.84
15.201
23.08
16.07.05
243.093
KCUM/DA
5.83
15.201
23.08
16.07.10
242.112
KCUM/DA
5.81
15.201
23.08
16.07.15
241.496
KCUM/DA
5.79
15.201
23.08
放入孔板
16.07.20
242.468
KCUM/DA
5.82
15.201
23.08
16.07.25
242.745
KCUM/DA
5.82
15.201
23.08
16.07.30
243.102
KCUM/DA
5.83
15.201
23.08
16.07.35
243.89
KCUM/DA
5.85
15.201
23.08
16.07.40
243.774
KCUM/DA
5.85
15.201
23.08
16.07.45
243.431
KCUM/DA
5.84
15.201
23.08
16.07.50
243.449
KCUM/DA
5.84
15.201
23.08
16.07.55
244.048
KCUM/DA
5.86
15.201
23.08
现场计量系统历史数据显示,在28分钟的时间,补偿气量4766方,平均瞬量为245.108千方/天,由外夹超声流量计数据分析,可以判断出15:
41:
40—16:
08:
15为实际提出和放入孔板的时间段(两者之间时钟不统一造成),这期间的实测瞬时流量平均值为242.396千方/天,由于它比高阀低2.4%,可以推算出:
这段时间的平均瞬量为248.357千方/天,是计算机计量系统补偿瞬量的1.013倍。
实际瞬量增幅较小,这主要是由于下游用户为一电厂,发电机组用气量稳定,同时上游供气、管容量都较充裕,造成管天然气流速较慢(流速在5.85m/s左右),因此即使当高阀处于全通状态,通过的气量也并没有发生较大波动。
4、结论
通过上面的几个现场测试和测量数据可以反映出:
在整个清洗过程中,虽然在放入孔板阶段,计量管瞬量有所下降,低于前后平均瞬量,但整个持续时间较短(20—30秒),在绝大部分时间,管实际瞬量都较清洗操作前的瞬量有了不同程度的增加。
对于流速、压差较大的计量点,清洗过程中的实际瞬量增幅较大,补偿系数可达到1.60左右(特别是对于同一用户,同一汇管上多路计量工艺布局),反之,则较小,最低在1.02附近。
虽然清洗补偿系数的取值变化很大,但有一点可以肯定:
由于高级孔板阀自身的结构,以及清洗操作的频繁性和长期性决定了,如果不引入清洗补偿系数对补偿气量进行修正,将会给使用高阀的上游供气方带来气量损失,清洗时间越长,次数越多,气量损失也就越大,因此在具备有效测量工具的前提下,通过大量的现场测试,包括在不同计量工艺布局、不同口径、不同流量、压力围等各种工况条件下的在线测试,来最终确定各种类型计量点的清洗补偿系数,确保取值客观、准确。
经济效益分析:
假设如果外销气量在1800万方/天左右,且绝大部分现场贸易交接计量装置均选用高级孔板阀,清洗补偿系数保守估计在1.05附近,但实际是按1.0进行设置,即不对补偿流量进行修正,按每周清洗一次,操作时间为20分钟来进行估算,由此造成的气量损失约为1.25万方/周,除去用户两个月的检修期,全年仅此一项,气量损失就将达60万方左右。
由此可见,不论是从计量的客观、准确,还是从供需双方的切身利益和输差控制角度而言,清洗补偿系数的引入和设置确实值得高阀管理和使用者的重视和探讨。
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