第七章天然气流量计算

1第七章天然气流量计算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示。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：1.容积式流量计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量计等。2.速度式流量计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，测量气体流量。如孔板差压流量计、监界速度流量计等。23.质量式流量计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特点。如涡轮流量计，靶式流量计等。第一节差压法测气原理一、孔板差压流量计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系，通过测量压差实现对流量的测量。3如图7-1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。图7－1差压式流量计组成示意图－上游侧第二阻流件；2－上游侧第一阻流件；3、5－孔板前后测量管；4－孔板和孔板夹持器；6－下游侧第一阻流件；7－导压管；8－差压计；L0－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4二、差压法测气原理充满管道的流体，当它流经管道内节流装置(如孔板)时，流速将在节流装置处形成局部收缩，将使部分压能转为动能，其结果使流速增加，静压降低，在节流装置前后产生了压力降，如图7-2所示。流束局部收缩：被测流体流经节流装置时，节流装置前后的特性和压力分布图7-2所示。图7-2孔板前后压力和流速分布图5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，在孔板出口端面Ⅱ处形成一最小收缩截面F2，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，压力逐渐恢复升高，直至流体充满整个管道，压力恢复到最大值。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。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。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侧静压由前环室取出，下游侧静压由后环室取出。见图7-3。6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25.4mm，且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7-4图7-4法兰取压孔板夹持器图7-3角接取压孔板夹持器1－孔板；2－夹紧环；a－环隙宽度或取压孔直径；f－环隙厚度；c、c`－上、下游夹紧环长度；b－夹紧环内径；s－上游台阶到夹紧环的距离7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，就可间接地计算气体流量。8三、气动差压变送器1.气动差压变送器的工作原理气动差压变送器是将差压转换为成比例的标准信号（0.02～0.10MPa）它基于力矩平衡原理工作，采用了负反馈的补偿线路。单杠杆差压变送器结构如图7-5所示。图7－5单杆差变压器结构图1－膜盒；2－弹簧片；3－主杠杆；4－轴封膜片；5－顶针架；6－挡板；7－喷嘴；8－气动放大器；9－波纹管9单杠杆机构受力情况如图7-6所示在主杠杆上作用两个力：一个是测量力F，另一个是反馈力Ff，其大小分别为：Fi；、Ff作用在主杠杆上，产生了测量力矩Mi；、和反馈力矩Mf，它们的方向相反，大小分别为当主杠杆处于平衡状态时，则M一M，即：pAppAFi1211)(出pAFf2（7－1）（7－2）pAM11il＝出pAlMi22（7－3）（7—4）出＝pApA2211ll（7—5）图7-6差压变送器杠杆机构受力图102．安装及操作（1）节流装置的安装（2）变送器的安装（3）操作（自学）3．LGE系列的可换孔板流量计LGE系列可换孔板节流计量装置（现W10—3油田对涠洲终端供气用）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行清扫，从而保证了计量精度，减小维护的工作量。4．FOXBORO系列差压流量计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FOXBORO气动的13A、15A、13Hd／pcellTM系列和电动823d／pcellTM系列。11（1）安装要求见图（7—7）以上的安装是按照美国GASASSOCIATION标准的要求。在变送器前面使用一个整流叶片（STRAIGHTENINGVANES），目的是在孔板和STRAIGHTENINGVANES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。STRAIGHTENINGVANES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FOXBORO生产，在国内也叫整流器。图7－7变送器安装示意图121）对孔板喷嘴上、下游管段的要求2）对设置测压孔的要求3）变送器安装位置要求要满足以上所述基本安装要求，具体如图7－8。图7－8差压式流量变送器安装位置图13第二节气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。天然气流量计量系统一般如图7－10所示，主要由：①计量直管段；③标准孔板；③标准孔板夹持器；④温度、压力、记录仪（目前一般采用变送器）；⑤流量记录仪或计算机；⑥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。图7－10天然气流量计量系统简图14一、单井气计量1．孔板流量计测量单井气量的常规计算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:标准状况指在温度为15℃、压力为760mmHg的环境下。孔板综合校正系数K由Ko、Re、Y三个校正系数产生。Ko为孔板校正系数，是截面积比m的函数，截面积比m由下式得到：式中：d——孔板直径，mm；D——管道内径，mm。孔板直径d和管道内径D间的关系见图7－9。oooWgZTpHKdq28943.1（7－6）22Ddm（7－7）15根据压差取样口的位置分为法兰取样和管线取样，见图7－11。由截面积比m的值和压差取样口的位置，查相应的图7－12或图7－13，可得到Ko。图7－11（a）压差管线取样图7－12（b）压差法兰取样16为简化计算过程将雷诺数系数Re、膨胀系数Y值取互。孔板压差Hw由孔板流量计的Barton记录仪记录在Barton卡片上。由于有些记录仪以英寸水柱为单位，孔板压差Hw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：1毫米水柱＝1英寸水柱×25．4。孔板压差HW平均值由下式得出：21)1(nwnwhnH（7－8）17气体压缩系数Zo，是视温Tr和视压pr的函数。Tr和pr由下式得到测试分离器压力Po（指绝对压力）单位为105Pa；测试分离器温度To（指绝对温度）可由下式得出T＝T℃＋273，K；Tc和Pc由气相对密度查图7－15获得。利用已知po和pc，To和Tc计算出视温Tr和视压pr，通过视温Tr和视压pr查图7－16，可得到气体压缩系数Zo。将各参数的值代人公式，经计算可得到单井气产量。CrTTT0（7－9）Pr＝cpp0（7－10）182．单井气量的计算实例例某生产井产气的各测量参数值如下：孔板直径d=63.5rnm；管道内径D=142·5mm；测试分离器压力po＝3.35MPa；测试分离器温度To＝58℃；气相对密度由孔板直径d＝63.5mm和管道内径D＝142.5mm得截面积比m=63.5／142.5=0.1986由截面积比m=0.1986，查相应的图7－13，可得到Ko=0.615为简化计算过程将雷诺数系数Re、膨胀系数Y的值取1气体压缩系数Zo的获得方法：19测试分离器压力Po（指绝对压力）=3.35＋0.1=3.36MPa=33.6×105Pa测试分离器温度To（指绝对温度）=58＋273=331K由气相对密度0.746，查图7－15得TC＝227K和Pc=46.0105Pa通过视温Tr和视压Pr查图7－16，可得到气体压缩系数Z。=0．93将各参数的值代人公式：Tr=46.12273310cTT视温视压75.00.466.330cPPTc=qg=0.18943Kd2=0.18943=8363.75000ZTPHw746.093.03316.3370.21715.63615.02hm320二油田总产气量的计量油田总产气量的计量的计算方法：1.单井产气量累计法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。式中：Qg——油田总产气量；qg——生产井单井产气量;n——生产井井数；T——生产井生产小时数。2．Pr输气量累计法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。Qg=ngTq1(7－12)21注意讲法：三、现场实用计算公式(1)流量计卡片CWD双波纹管差压计所用记录纸为园形，由钟表机构驱动，24小时顺时针方向转动一圈。广泛使用的记录纸为L-100(最大格数为100格)的开方卡片。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。即：将读得的格数经换算后，才能得出静压，差压的具体数值，其换算如下：22格数与差压的关系格数与静压的关系式中Hmax、pmax——流量计的最大差压和附记压力(最大静压)，Pa、MPa；hw、p1——实测的差压和静压值；h、p——流量开方卡片上差压和静压实际指示格数。hhHw100maxppp1001max（7-2-27）（7-2-28）23由上述两式可得例5-1已知某双波纹管差压计差压量程为40000Pa，附记压力为6.4MPa，使用L-100开方卡片，差压指示格数h’＝60格。静压指示格数为p’＝50格，求实际静、差压值。10000maxmax1hpHphpw（7-2-29）24解：由公式（7-2-27）、（7-2-28）代入数据计算得p1=1.6MPahw=14400Pa故实际静压值为1.6MPa，实际差压值为14400Pa22max22max1100100hHhpppw25(1)算术平均法将记录卡片上每小时的平均静压和平均差压格数分别相加，并除以全天的生产小时。显然，算术平均法要求记录出的曲线较平缓，取点数较多，算术平均法的精确度才高。因此，算术平均法受取点次数的限制，在静、差压波动大的场合使用误差较大。(2)相当半径法用径向方根求积仪将记录卡片上静、差压指针划出的不规则曲线所包围的面积用描迹针重复划出，此时，径面方根求积仪上所显示出的数据就是曲线所包围面积的相当半径，即静、差压的指示格数。26径向方根求积分包括记录园盘和求积分两部分组成，求积仪结构如图7-5所示。使用方法：先将记录卡片中心孔套在记录纸盘中心轴上，用压紧螺母压紧记录纸，再将求积仪的计算机构回零位，把求积仪曲线槽套在记录纸盘中心轴上，移动描述迹针从始点沿静、差压曲线回转一周，回到始点位置。从计算机构上读出的数值，即为24小时静、差压的平均格数。3.取值方法和计算规定为检查流量计记录值的准确性，应随时对流量计的零位进行校对。27差压的零位在卡片的零位线上。而静压是绝对压力，其零位应在当地大气压所相对立的格数上。如取当地大气压力为0.101325MPa，可由静压换算公式求出静压指针起始点格数。例5-2已知：某台流量计，附记压力为16MPa，使用L-100开方卡片，记录笔指针起始点格数应在何处？解格因此，静压记录笔指针起始点位置应放在7.96格处。100m