采油厂能源计量器具的选型与应用

能源是国民经济和社会发展的重要物质基础,节约能源也是促进社会经济可持续发展,提高企业经济效益的重要手段，江苏油田试采一厂是江苏油田重要生产单位，年计划消耗原油 4万吨、天然气1150万方、电能 108.8千瓦时/吨油，节能潜力具大。近年来，随着国家和企业对“节能减排”工作重视和投入，尤其是GB17167《用能单位能源计量器具配备和管理通则》等标准的贯彻和实施，企业的能源计量工作和资金投入得到加强，促进了企业可持续发展。
　　2全厂能源计量器具现状
　　采油厂以原油、天然气作为主导产品，在生产、储运及销售过程中，需消耗部分原油、天然气和电能、热水、蒸汽、原水等资源，因此，正确选择各种能源计量器具，才能确保计量数据的准确可靠，常用计量器具的选型与功能如表1。
　　表1　　　　　 采油厂能源计量流量计配备表
　　序号流量计名称型号计量介质准确度使用情况
　　1磁电式智能流量计LXZ冷、热水≤±1.5%
　　2智能旋进流量计TDS天然气≤±1.0%使用中需排除积液
　　3涡街式流量计VA饱和蒸汽≤±2%需温度、压力补偿
　　4通用电子浪量计LTD加热原油≤±1.5%
　　在实际工作中因存在如下问题，导致能源计量器具未能发挥准确的计量作用：
　　1）新上工程项目未能正确选择与计量参数相匹配的流量计，如某锅炉房实际消耗天然气35m3/h，但按照DN100选用的气体流量计额定最低流量在40m3/h，不仅误差较大，甚至无法计量。
　　2）流量计未能规范安装，使仪表的性价比未能充分发挥，如蒸汽涡街流量计如不考虑前后直管段及管道震动影响，会产生10%左右的误差。
　　3）流量计长时间使用因无法拆卸和校验，导致准确度降低。
　　3能源计量器具的选型与实践
　　3.1蒸汽流量计的选型与应用
　　蒸汽是油气生产过程中重要的二次能源与载能工质，必须准确掌握其生产与消耗量，才能根据季节变化，制订合理的燃油、燃气消耗定额，保障原油的正常生产与储运。
　　由于以往使用的分流旋冀式蒸汽流量计存在故障率和压损高、准确度低的问题，自2005年始选用无可动部件、压损低的VA型涡街流量计，其原理是：在流体中设置旋涡发生体（阻流体），从旋涡发生体两侧交替地产生有规则的旋涡，这种旋涡称为卡曼涡街，如图1所示。旋涡列在旋涡发生体下游非对称地排列。设旋涡的发生频率为f，被测介质来流的平均速度为U，旋涡发生体迎面宽度为d，表体通径为D，根据卡曼涡街原理，有如下关系式：
　　f=SrU1/d=SrU/md…………………………………………（1）
　　式中：
　　U1——旋涡发生体两侧平均流速，m/s；
　　Sr——斯特劳哈尔数；
　　m——旋涡发生体两侧弓形面积与管道横截面面积之比；
　　图1 卡门涡街
　　管道内体积流量qv为：
　　qv=πD2U/4=πD2mdf/4Sr……………………………………(2)
　　由于目前全厂锅炉所产生的均为饱和蒸汽，多为汽、水两相流，压力变化对蒸汽流量测量影响较大，因此必须进行压力和温度补偿。通过涡街流量计应用，全厂蒸汽计量误差由≥±5%，缩小为≤±1.5%。
　　涡街流量计用于蒸汽计量需解决如下问题：一是在变径和弯头处安装直管段须保持额定长度并避免强烈的震动，确保测量频率与雷诺数符合测量要求。二是定期进行校验与比对，确保准确度得到溯源。
　　3.2燃油流量计的选型与应用
　　全厂生产用蒸汽锅炉、真空炉、加热炉、干线炉共103台，其中使用天然气为燃料54台，使原油为燃料18台，油气混烧31台。采用椭圆齿轮是一种经济实用的容积式流量计，但实际应用中有两个因素影响其正常使用，一是齿轮油泵升压迅速，启动前的瞬时流量超过数倍额定流量，导致转子的损坏；二是因季节性改用燃气方式前，需用热水及蒸汽扫线，会导致转子腐蚀与损坏。因此，选用了使用切向转子的通用电子流量计用于燃油计量，该流量计属于速度式流量计，其原理是以计量腔点状流体的平均流速，代表截面流速，并对输出信号进行放大、积算，得出瞬时流量。其结构如图2所示。
　　图2转子流量计结构图
　　该流量计现场应用总体效果良好，同时须注意如下问题：
　　1）计量流体的动力粘度≤3MPa.s才能保证其准确度，目前各锅炉房燃油＞70℃，能够使流体呈紊流状态，充满计量腔。
　　2）真空炉燃油计量，需避免因安装方式不当增加压损，影响火嘴燃烧效果。
　　3.3燃气流量计的选型与应用
　　如前所述目前有52%蒸汽锅炉、真空炉、加热炉采用旋进流量计进行天然气计量，计量准确度≤±2%，影响准确计量主要存在如下原因：
　　1）安装不符合标准规范。如流量计前后直管段长度不够导致旋流频率测量误差，安装位置过低产生积液降低流量值等，需在使用中避免。
　　2）智能与非智能标准流量积算产生误差。目前非智能旋进流量计需按如下公式进行标准状态下天然气流量积算：
　　Q标=QmT0(Pa+Pg)/P0T…………………………………………(3)
　　Qd=Q标·1440/t′……………………………………………(4)
　　式中：
　　Q标——标准状态下天然气体积量，（m3）；
　　Qm——工作状态下天然气体积量，（m3）；
　　Qd——24h天然气产量,（m3）；
　　Pg——工作状态下管线压力(表压)，（kPa）；
　　Pa——当地大气压，kPa（取101.54kPa）；
　　P0——标准大气压，kPa(取101.325kPa)；
　　T0——标准状态下绝对温度，(273.15+20)K；
　　T——工作状态下的绝对温度，(273.15+t)K；
　　t——天然气工作温度，℃；
　　t′——测气时间，min。
　　按照公式（3），在相同工况流量下，压力相差0.1MPa,将会产生＞30%误差。同时部分新安装TDS型智能流量计已经自动换算到标准状态，则无须进行人工换算，避免重复积算，人为增加天然气误差。
　　3.4热水流量计的选型与应用
　　目前普遍采用磁电式智能流量计进行冷、热水计量，该流量计是一种速度式流量计量仪表，运用卡门涡街和法拉弟磁电感应原理研制而成，其结构如图3：
　　图3 磁电式智能流量计结构图
　　其原理是漩涡以一定的运动轨迹切割磁力线，在电极上产生感应信号，并经频率调制、处理器处理、运算得出流量值。该型号流量计相对于涡街具有以下特点：
　　1）流量脉冲信号采用磁场磁力线修正，减少了周围磁场源干扰和管线震动对计量精度的影响。
　　2）流体雷诺数适应范围比涡街明显增加，因此在流量计安装时，降低了前后直管段长度要求。
　　3）量程比1：15以上，测量温度＞120℃，无可动部件减少了维护工作量。
　　按照表1在全厂五个重点站库进行应用近三年来，原油、天然气、蒸汽、清水等能源产品的计量误差由以往>±10%，降低到目前<±3%，通过合理调控生产参数，制订科学的用能定额，降低了企业的能源消耗，实现了产量升，能耗降。
　　4结束语
　　能源计量是企业一项重要的基础工作，必须围绕“开发与节约并重，把节约放在首位”的能源方针，以“科学、公正、准确、高效”为准则，强化制度和标准规范考核，健全能源计量检测体系，努力提高能源计量器具“三率”。要深入现场，能源计量器具的选型、安装和检测维护等技术服务工作，加强人员技术培训，提高全员节能意识，依靠科技和新技术、新工艺的应用与创新，提升企业能源计量实力和节能管理水平。