采油廠能源計量器具的選型與應用

能源是國民經濟和社會發展的重要物質基礎,節約能源也是促進社會經濟可持續發展,提高企業經濟效益的重要手段，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，節能潛力具大。近年來，隨著國家和企業對“節能減排”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，企業的能源計量工作和資金投入得到加強，促進了企業可持續發展。
　　2全廠能源計量器具現狀
　　采油廠以原油、天然氣作為主導產品，在生產、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，才能確保計量數據的準確可靠，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）流量計未能規范安裝，使儀表的性價比未能充分發揮，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用
　　蒸汽是油氣生產過程中重要的二次能源與載能工質，必須準確掌握其生產與消耗量，才能根據季節變化，制訂合理的燃油、燃氣消耗定額，保障原油的正常生產與儲運。
　　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：在流體中設置旋渦發生體（阻流體），從旋渦發生體兩側交替地產生有規則的旋渦，這種旋渦稱為卡曼渦街，如圖1所示。旋渦列在旋渦發生體下游非對稱地排列。設旋渦的發生頻率為f，被測介質來流的平均速度為U，旋渦發生體迎面寬度為d，表體通徑為D，根據卡曼渦街原理，有如下關系式：
　　f=SrU1/d=SrU/md…………………………………………（1）
　　式中：
　　U1——旋渦發生體兩側平均流速，m/s；
　　Sr——斯特勞哈爾數；
　　m——旋渦發生體兩側弓形面積與管道橫截面面積之比；
　　圖1 卡門渦街
　　管道內體積流量qv為：
　　qv=πD2U/4=πD2mdf/4Sr……………………………………(2)
　　由于目前全廠鍋爐所產生的均為飽和蒸汽，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用
　　全廠生產用蒸汽鍋爐、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濟實用的容積式流量計，但實際應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倍額定流量，導致轉子的損壞；二是因季節性改用燃氣方式前，需用熱水及蒸汽掃線，會導致轉子腐蝕與損壞。因此，選用了使用切向轉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。其結構如圖2所示。
　　圖2轉子流量計結構圖
　　該流量計現場應用總體效果良好，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，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）安裝不符合標準規范。如流量計前后直管段長度不夠導致旋流頻率測量誤差，安裝位置過低產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——標準狀態下天然氣體積量，（m3）；
　　Qm——工作狀態下天然氣體積量，（m3）；
　　Qd——24h天然氣產量,（m3）；
　　Pg——工作狀態下管線壓力(表壓)，（kPa）；
　　Pa——當地大氣壓，kPa（取101.54kPa）；
　　P0——標準大氣壓，kPa(取101.325kPa)；
　　T0——標準狀態下絕對溫度，(273.15+20)K；
　　T——工作狀態下的絕對溫度，(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,將會產生＞30%誤差。同時部分新安裝TDS型智能流量計已經自動換算到標準狀態，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原理研制而成，其結構如圖3：
　　圖3 磁電式智能流量計結構圖
　　其原理是漩渦以一定的運動軌跡切割磁力線，在電極上產生感應信號，并經頻率調制、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）流體雷諾數適應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用近三年來，原油、天然氣、蒸汽、清水等能源產品的計量誤差由以往>±10%，降低到目前<±3%，通過合理調控生產參數，制訂科學的用能定額，降低了企業的能源消耗，實現了產量升，能耗降。
　　4結束語
　　能源計量是企業一項重要的基礎工作，必須圍繞“開發與節約并重，把節約放在首位”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”。要深入現場，能源計量器具的選型、安裝和檢測維護等技術服務工作，加強人員技術培訓，提高全員節能意識，依靠科技和新技術、新工藝的應用與創新，提升企業能源計量實力和節能管理水平。