采油廠能源計量器具的選型與應(yīng)用

能源是國民經(jīng)濟和社會發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ),節(jié)約能源也是促進社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展,提高企業(yè)經(jīng)濟效益的重要手段，江蘇油田試采一廠是江蘇油田重要生產(chǎn)單位，年計劃消耗原油 4萬噸、天然氣1150萬方、電能 108.8千瓦時/噸油，節(jié)能潛力具大。近年來，隨著國家和企業(yè)對“節(jié)能減排”工作重視和投入，尤其是GB17167《用能單位能源計量器具配備和管理通則》等標準的貫徹和實施，企業(yè)的能源計量工作和資金投入得到加強，促進了企業(yè)可持續(xù)發(fā)展。
　　2全廠能源計量器具現(xiàn)狀
　　采油廠以原油、天然氣作為主導產(chǎn)品，在生產(chǎn)、儲運及銷售過程中，需消耗部分原油、天然氣和電能、熱水、蒸汽、原水等資源，因此，正確選擇各種能源計量器具，才能確保計量數(shù)據(jù)的準確可靠，常用計量器具的選型與功能如表1。
　　表1　　　　　 采油廠能源計量流量計配備表
　　序號流量計名稱型號計量介質(zhì)準確度使用情況
　　1磁電式智能流量計LXZ冷、熱水≤±1.5%
　　2智能旋進流量計TDS天然氣≤±1.0%使用中需排除積液
　　3渦街式流量計VA飽和蒸汽≤±2%需溫度、壓力補償
　　4通用電子浪量計LTD加熱原油≤±1.5%
　　在實際工作中因存在如下問題，導致能源計量器具未能發(fā)揮準確的計量作用：
　　1）新上工程項目未能正確選擇與計量參數(shù)相匹配的流量計，如某鍋爐房實際消耗天然氣35m3/h，但按照DN100選用的氣體流量計額定最低流量在40m3/h，不僅誤差較大，甚至無法計量。
　　2）流量計未能規(guī)范安裝，使儀表的性價比未能充分發(fā)揮，如蒸汽渦街流量計如不考慮前后直管段及管道震動影響，會產(chǎn)生10%左右的誤差。
　　3）流量計長時間使用因無法拆卸和校驗，導致準確度降低。
　　3能源計量器具的選型與實踐
　　3.1蒸汽流量計的選型與應(yīng)用
　　蒸汽是油氣生產(chǎn)過程中重要的二次能源與載能工質(zhì)，必須準確掌握其生產(chǎn)與消耗量，才能根據(jù)季節(jié)變化，制訂合理的燃油、燃氣消耗定額，保障原油的正常生產(chǎn)與儲運。
　　由于以往使用的分流旋冀式蒸汽流量計存在故障率和壓損高、準確度低的問題，自2005年始選用無可動部件、壓損低的VA型渦街流量計，其原理是：在流體中設(shè)置旋渦發(fā)生體（阻流體），從旋渦發(fā)生體兩側(cè)交替地產(chǎn)生有規(guī)則的旋渦，這種旋渦稱為卡曼渦街，如圖1所示。旋渦列在旋渦發(fā)生體下游非對稱地排列。設(shè)旋渦的發(fā)生頻率為f，被測介質(zhì)來流的平均速度為U，旋渦發(fā)生體迎面寬度為d，表體通徑為D，根據(jù)卡曼渦街原理，有如下關(guān)系式：
　　f=SrU1/d=SrU/md…………………………………………（1）
　　式中：
　　U1——旋渦發(fā)生體兩側(cè)平均流速，m/s；
　　Sr——斯特勞哈爾數(shù)；
　　m——旋渦發(fā)生體兩側(cè)弓形面積與管道橫截面面積之比；
　　圖1 卡門渦街
　　管道內(nèi)體積流量qv為：
　　qv=πD2U/4=πD2mdf/4Sr……………………………………(2)
　　由于目前全廠鍋爐所產(chǎn)生的均為飽和蒸汽，多為汽、水兩相流，壓力變化對蒸汽流量測量影響較大，因此必須進行壓力和溫度補償。通過渦街流量計應(yīng)用，全廠蒸汽計量誤差由≥±5%，縮小為≤±1.5%。
　　渦街流量計用于蒸汽計量需解決如下問題：一是在變徑和彎頭處安裝直管段須保持額定長度并避免強烈的震動，確保測量頻率與雷諾數(shù)符合測量要求。二是定期進行校驗與比對，確保準確度得到溯源。
　　3.2燃油流量計的選型與應(yīng)用
　　全廠生產(chǎn)用蒸汽鍋爐、真空爐、加熱爐、干線爐共103臺，其中使用天然氣為燃料54臺，使原油為燃料18臺，油氣混燒31臺。采用橢圓齒輪是一種經(jīng)濟實用的容積式流量計，但實際應(yīng)用中有兩個因素影響其正常使用，一是齒輪油泵升壓迅速，啟動前的瞬時流量超過數(shù)倍額定流量，導致轉(zhuǎn)子的損壞；二是因季節(jié)性改用燃氣方式前，需用熱水及蒸汽掃線，會導致轉(zhuǎn)子腐蝕與損壞。因此，選用了使用切向轉(zhuǎn)子的通用電子流量計用于燃油計量，該流量計屬于速度式流量計，其原理是以計量腔點狀流體的平均流速，代表截面流速，并對輸出信號進行放大、積算，得出瞬時流量。其結(jié)構(gòu)如圖2所示。
　　圖2轉(zhuǎn)子流量計結(jié)構(gòu)圖
　　該流量計現(xiàn)場應(yīng)用總體效果良好，同時須注意如下問題：
　　1）計量流體的動力粘度≤3MPa.s才能保證其準確度，目前各鍋爐房燃油＞70℃，能夠使流體呈紊流狀態(tài)，充滿計量腔。
　　2）真空爐燃油計量，需避免因安裝方式不當增加壓損，影響火嘴燃燒效果。
　　3.3燃氣流量計的選型與應(yīng)用
　　如前所述目前有52%蒸汽鍋爐、真空爐、加熱爐采用旋進流量計進行天然氣計量，計量準確度≤±2%，影響準確計量主要存在如下原因：
　　1）安裝不符合標準規(guī)范。如流量計前后直管段長度不夠?qū)е滦黝l率測量誤差，安裝位置過低產(chǎn)生積液降低流量值等，需在使用中避免。
　　2）智能與非智能標準流量積算產(chǎn)生誤差。目前非智能旋進流量計需按如下公式進行標準狀態(tài)下天然氣流量積算：
　　Q標=QmT0(Pa+Pg)/P0T…………………………………………(3)
　　Qd=Q標·1440/t′……………………………………………(4)
　　式中：
　　Q標——標準狀態(tài)下天然氣體積量，（m3）；
　　Qm——工作狀態(tài)下天然氣體積量，（m3）；
　　Qd——24h天然氣產(chǎn)量,（m3）；
　　Pg——工作狀態(tài)下管線壓力(表壓)，（kPa）；
　　Pa——當?shù)卮髿鈮海琸Pa（取101.54kPa）；
　　P0——標準大氣壓，kPa(取101.325kPa)；
　　T0——標準狀態(tài)下絕對溫度，(273.15+20)K；
　　T——工作狀態(tài)下的絕對溫度，(273.15+t)K；
　　t——天然氣工作溫度，℃；
　　t′——測氣時間，min。
　　按照公式（3），在相同工況流量下，壓力相差0.1MPa,將會產(chǎn)生＞30%誤差。同時部分新安裝TDS型智能流量計已經(jīng)自動換算到標準狀態(tài)，則無須進行人工換算，避免重復積算，人為增加天然氣誤差。
　　3.4熱水流量計的選型與應(yīng)用
　　目前普遍采用磁電式智能流量計進行冷、熱水計量，該流量計是一種速度式流量計量儀表，運用卡門渦街和法拉弟磁電感應(yīng)原理研制而成，其結(jié)構(gòu)如圖3：
　　圖3 磁電式智能流量計結(jié)構(gòu)圖
　　其原理是漩渦以一定的運動軌跡切割磁力線，在電極上產(chǎn)生感應(yīng)信號，并經(jīng)頻率調(diào)制、處理器處理、運算得出流量值。該型號流量計相對于渦街具有以下特點：
　　1）流量脈沖信號采用磁場磁力線修正，減少了周圍磁場源干擾和管線震動對計量精度的影響。
　　2）流體雷諾數(shù)適應(yīng)范圍比渦街明顯增加，因此在流量計安裝時，降低了前后直管段長度要求。
　　3）量程比1：15以上，測量溫度＞120℃，無可動部件減少了維護工作量。
　　按照表1在全廠五個重點站庫進行應(yīng)用近三年來，原油、天然氣、蒸汽、清水等能源產(chǎn)品的計量誤差由以往>±10%，降低到目前<±3%，通過合理調(diào)控生產(chǎn)參數(shù)，制訂科學的用能定額，降低了企業(yè)的能源消耗，實現(xiàn)了產(chǎn)量升，能耗降。
　　4結(jié)束語
　　能源計量是企業(yè)一項重要的基礎(chǔ)工作，必須圍繞“開發(fā)與節(jié)約并重，把節(jié)約放在首位”的能源方針，以“科學、公正、準確、高效”為準則，強化制度和標準規(guī)范考核，健全能源計量檢測體系，努力提高能源計量器具“三率”。要深入現(xiàn)場，能源計量器具的選型、安裝和檢測維護等技術(shù)服務(wù)工作，加強人員技術(shù)培訓，提高全員節(jié)能意識，依靠科技和新技術(shù)、新工藝的應(yīng)用與創(chuàng)新，提升企業(yè)能源計量實力和節(jié)能管理水平。