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      渦街流量計在SAGD采集油砂蒸汽管線上的應用

      來源: 作者: 發布日期:2022-01-20
      【本文主要內容】:基于加拿大某油砂項目進行了研究。該項目在采集油砂的過程中使用蒸汽輔助重力驅油技術,因此在蒸汽管線上選用渦街流量計作為流量監測與測量的設備。本文闡述了渦街流量計的工作原理、工作特點、設計工況、安裝要求等。
       
              在海洋石油平臺的工藝測量中,需要被測量的流體介質多種多樣,包括原油、柴油、天然氣、海水、淡水、蒸汽等。不同的測量流體的特性、管徑、流量范圍、流體的穩定性都對測量結果有著重要影響。本文基于加拿大某油砂項目的設計基礎上進行研究。油砂在開采過程中采取的是SAGD技術即蒸汽輔助重力驅油技術,該技術是在油砂礦層里鉆兩個水平井,一個位于油砂礦底部,另一個位于其上部的蒸汽注入井,加熱油砂層以降低稠油的黏度,流入下面底部的井,再用泵送至地面進一步處理。本文研究蒸汽注入管線上的渦街流量計在該種工況下的選型以及在安裝使用過程中如何應用。在海洋石油平臺的設計過程中,蒸汽管線是較少遇到的。因此,這種高溫蒸汽管線與海洋石油平臺各個工藝管線上儀表的選型和安裝存在著一定的差異。
       
      1 概述
      1.1 工作原理
              渦街流量計是在流體中安放一根(或多根)非流線型組流體,流體在阻流體兩側交替地分離釋放出兩串規則的漩渦,在一定的流量范圍內漩渦分離頻率正比于管道內的平均流速,通過采用各種形式的檢測元件測出漩渦頻率就可推算出流體的流量。
       
      1.2 工作特點
              ①渦街流量計結構簡單牢固,安裝維護方便;②適用于多種流體,如液體、氣體、蒸汽等;③與差壓式、轉子流量計相比,精確度較高;④壓損;⑤輸出與流量成正比的脈沖信號,適用于總量計量,無零點漂移;⑥不適用于強震動場所;⑦不適用于低雷諾數測量,在高黏度、低流速、小口徑情況下的應用受到限制。
       
      1.3 技術要求
              在高精度和寬調整要求的場合不適宜選擇渦街流量計。渦街流量計通常用于氣體/蒸汽應用和任何相對清潔、低黏度、非磨蝕性的流體。若被測流量為兩相狀態,不得選用渦街流量計。渦街流量計不適用于流量計算結果雷諾數小于20000的黏性液體以及雷諾數小于50000的黏性氣體/蒸汽。渦街流量計不應用于夾帶固體顆粒的工藝系統。渦街流量計應按廠家的結構進行安裝。除非廠家有特殊說明,否則渦街流量計的安裝應至少須遵循上游直管段20倍的管線直徑,下游直管段5倍的管線直徑。渦街流量計一般都在廠家進行校準,但仍需要定期檢查。檢查時,如果工藝系統不能關閉,那么應該安裝合適的旁路隔離閥和管道以便于后期的檢查和維護。
       
      2 設計工況
      2.1 工藝介質及參數
              該項目所處地區的環境溫度為-41℃至35℃,本文研究的渦街流量計用于高壓蒸汽管線,測量的介質是蒸汽,非常大壓力為6000kPa•g,非常大流量為20833kg/h,蒸汽非常高溫度為277℃。
       
      2.2 蒸汽管線的選型及參數
              蒸汽管線選用碳鋼材質,管線的設計壓力為7830kPa•g,管線的設計溫度為295℃,由于該項目的環境溫度較低,因此需要對該系統的管線做保溫處理。
       
      3 渦街流量計的安裝
              渦街流量計在安裝時應參考ISO圖、典型安裝圖、3D模型,安裝步驟及方式應與廠家的操作指南一致。
       
      3.1 安裝要求
              渦街流量計不宜安裝在測量液體容易發生汽化的位置,也不適宜安裝在振動的管道上。潔凈氣體、蒸汽和液體的大中流量,可以選用渦街流量計。低速流體及黏度大的液體測量,不適宜選用渦街流量計。對直管段的要求:上游為15~50D(D為管線直徑);上游加整流器時,上游不小于10D,下游至少為5D。
       
      3.2 垂直安裝
              渦街流量計在安裝時,工藝管線的設計應保證儀表主體內介質要保持充滿,不能有空氣殘留。一般情況下,在不影響精度的情況下,渦街流量計可以在任何方向安裝,但是要滿足以下要求。渦街流量計垂直管線上安裝時,測量不同的介質的渦街流量計的安裝方向不同。如圖1所示。
      不同測量介質的垂直安裝
      3.3 水平安裝
              對于蒸汽和固體含量少的流體,建議將流量計與電子設備安裝在管道的一側。這將使潛在的測量誤差為非常小,允許冷凝物或固體在不中斷漩渦的情況下在出料桿下流動。
       
              對于水平安裝,非常優朝向是把電子裝置安裝在管道的側面。在液體應用中,這種安裝方式能夠避免進入空氣或者是固體沖擊漩渦發生器以及干擾發生體的頻率。在氣體或蒸汽管線的應用中,這種安裝方式能夠避免冷凝液體干擾漩渦發生器及其頻率,如圖2所示。
      水平安裝的非常優朝向
      3.4 蒸汽管線
              渦街流量計安裝在蒸汽管線上,其渦街流量計所在的管線不能設計圖3所示的S型,因為這種設計形式容易引起凝液返流到渦街流量計中,進而引起儀表設備的損壞。
      蒸汽管線不允許S型安裝
      3.5 搬運及檢查
              渦街流量計包括本體及變送器兩部分,渦街流量計在搬運過程中應小心進行,不能用手直接托住變送器的位置進行搬運。應仔細核查渦街流量計所帶的附件并進行核對,對于渦街流量計本體的溫度探測不能進行拆卸,對溫度探測的探針部分的保護套要等到現場施工時才能摘下,以免損傷探針。
       
      3.6 安裝方向
              渦街流量計在現場安裝時,要求安裝方向為:管線的介質流向與渦街流量計本體所示流量方向一致。變送器的安裝方向應90°或270°安裝,如圖4所示。
      渦街流量計變送器的安裝方向
      3.7 法蘭安裝
              渦街流量計調整好方向后進行法蘭對接安裝,安裝時選擇合適等級的法蘭墊片及螺栓,并按照廠家的指導作業書進行安裝。
       
      3.8 溫度探測傳感器安裝
              渦街流量計本體安裝完成后,將溫度傳感器探針的保護裝置摘除,并把溫度傳感器的探針插到流量計本體底部的孔中。用手擰緊后,再按照廠家的要求進行安裝。如圖5所示。
      溫度探測傳感器安裝圖
      4 電氣連接
              渦街流量計工藝安裝完成后,需要連接變送器部分。渦街流量計變送器的電氣接口一般為1/2NPT。變送器的電氣接口方向不應朝上,避免液體或者雜質殘留。變送器的接線應按照設計的端子圖的要求進行接線,具體接線步驟如圖6所示。
      變送器接線盒內接線步驟
      5 總結
              由于渦街流量計自身的特點,因此在海上平臺的設計安裝中應用較少。本文主要根據油砂項目中遇到的渦街流量計,針對此種工況下如何進行安裝進行闡述及論證,并可對今后相同工況及類似工藝設計參數的項目提供參考。

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