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問題提問
中海油某氣田28口氣井天然氣流量計(jì)，訂貨時(shí)天然氣相對密度按0.82，儀表投運(yùn)后發(fā)現(xiàn)沒有一口井采出的氣田相對密度是0.82。
問題解答
(1)起因
中海油南海某氣田有4個(gè)生產(chǎn)平臺，共28口生產(chǎn)井，氣田不同單井的產(chǎn)能和產(chǎn)出天然氣組分都有較大差異。各井烴類(摩爾百分)含量在23%-83%之間，CO2含量在0.3%~73%之間，N2含量在4%~35%之間，相對密度在0.64~1.28之間。而該處所安裝的全部孔板流量計(jì)，都是按相對密度。0.82設(shè)計(jì)的。待氣田投產(chǎn)后才發(fā)現(xiàn)所有氣井沒有一口所產(chǎn)天然氣的相對密度為0.82。
相對密度的差異，引起儀表出現(xiàn)很大誤差，甚至對氣井評價(jià)產(chǎn)生相反的結(jié)果。因?yàn)榧儫N含量高的氣井，天然氣熱值高，但因相對密度小，儀表所顯示的體積流量值大幅度偏低，從而落了個(gè)“低產(chǎn)”的罪名。而CO2含量高的氣井，天然氣熱值低，但因相對密度大，儀表所顯示的體積流量值大幅度偏高，從而獲得“高產(chǎn)”的美名。
錯(cuò)誤測量結(jié)果的誤導(dǎo)，也給單井配產(chǎn)和天然氣組分調(diào)配工作帶來問題。
據(jù)報(bào)道，該處共有28口氣井，投產(chǎn)三年多以來，除一口井產(chǎn)出天然氣組分在緩慢變化外，其余生產(chǎn)井天然氣組分基本穩(wěn)定。
本書將變組分天然氣分成三類。上面所述為*種類型.即天然氣流量計(jì)訂貨時(shí)，工藝專業(yè)提供的一種組分?jǐn)?shù)據(jù)，待儀表投人使用時(shí)，發(fā)現(xiàn)實(shí)際天然氣的組分與訂貨時(shí)的組分?jǐn)?shù)據(jù)有很大差異。但組分還是基本穩(wěn)定的。
第二種類型的變組分天然氣情況更加嚴(yán)酷，其組分的變化是隨機(jī)的，沒有任何規(guī)律，變化的幅度也較大，例如煉油廠的干氣，將在3.18節(jié)中討論。
第三種類型的變組分天然氣是火炬氣。這種天然氣的組分變化特點(diǎn)與第二種類型天然氣相同，所不同的是火炬氣靜壓低、流速低、流量變化范圍大，而且管道內(nèi)徑特別大，一些適用于第二類情況的測量方法，在此也變得無能為力.這種類型流量測量將在3.20節(jié)中討論。
(2)*類變組分天然氣的解決方法
①用差壓式流量計(jì)測量天然氣質(zhì)量流量的基本公式與式(2.1)相同，符號定義也與式(2.1)相同:
式中ρ1—天然氣在工作條件下正端取壓口處的密度，kg/M3,
天然氣在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積流量計(jì)算基本公式為:
式中ρn—天然氣在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的密度，kg/m3
對于變組分天然氣，ρn也是變量，即天然氣組分變化時(shí)，其標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)密度也相應(yīng)變化。為了分析的方便，定義兩個(gè)新的變量，即ρnd—設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)天然氣在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的密度，kg/m3;
ρnf實(shí)際使用時(shí)天然氣在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的密度，kg/m3。
為了研究ρ1對流量測量的影響，定義另兩個(gè)變量，即
ρ1d—設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)節(jié)流件正端取壓口處天然氣密度，kg/m3;
ρ1t—實(shí)際使用時(shí)節(jié)流件正端取壓口處天然氣密度，kg/m3。
將式(3.21)中的ρ1改寫成式(3.22)，式(3.21)中的ρn改寫成式(3.23):
將式(3.22)和式(3.23)代入式(3.21)得
式中qvnd——未經(jīng)密度補(bǔ)償?shù)臉?biāo)準(zhǔn)狀態(tài)體積流量，m3/h(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài))。
從天然氣方程知：
式中ρ1f—使用狀態(tài)天然氣密度，kg/m3 ;
Pf—使用狀態(tài)天然氣壓力，MPa;
pn—標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)天然氣壓力，MPa;
Tn—標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)天然氣熱力學(xué)溫度，K;
Tf—使用狀態(tài)天然氣熱力學(xué)溫度，K;
Zn—標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)天然氣壓縮系數(shù);
Zf—使用狀態(tài)天然氣壓縮系數(shù);
ρ1d—設(shè)計(jì)狀態(tài)天然氣密度，kg/m3;
ρnd—設(shè)計(jì)時(shí)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)天然氣密度，kg/M3;
Pd—設(shè)計(jì)狀態(tài)天然氣壓力，MPa;
Td—設(shè)計(jì)狀態(tài)天然氣熱力學(xué)溫度，K;
Zd—設(shè)計(jì)狀態(tài)天然氣壓縮系數(shù)。
將式((3.25)和式((3.26)代人式((3.24)并化簡得:
式中qvn—天然氣在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積流量，m3/h(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài));
qvnd—未經(jīng)密度補(bǔ)償?shù)臉?biāo)準(zhǔn)狀態(tài)體積流量，m3/h(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài));
其余符號與式(3.26)相同。
式(3.27)的計(jì)算是在流量演算器(模塊)中完成的.其中，Pd、Td、ρnd的數(shù)值可由孔板計(jì)算書查得，然后寫人儀表的菜單。Pf和Tf是實(shí)側(cè)值.Zd是Td、Pd、Tc(臨界溫度)和Pc(臨界壓力)的函數(shù)，在流量演算器中計(jì)算得到。Zf是Tf, pf. Tc和pc的函數(shù)，也在流量演算器中得到。
式(3.27)中的ρnf是實(shí)際使用天然氣在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的密度.由于*類天然氣的組分比較穩(wěn)定，可以離線計(jì)算。
這一方法適用于被測天然氣組分只隨時(shí)間作緩慢而小幅度變化的流量測量對象。
②天然氣組分*不變化的測量對象
對于天然氣組分*不變化的測量對象，如果投運(yùn)時(shí)發(fā)現(xiàn)被側(cè)天然氣組分與差壓裝置計(jì)算書中有明顯差異，除了可用上面所述的具有特殊功能的流量演算器解決問題之外，還可按GB/T2624-2006提供的方法對差壓流量計(jì)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)計(jì)算。
GB/T 2624-2006中提供的計(jì)算命題共有三個(gè)。
a.*個(gè)命題是根據(jù)已知條件計(jì)算節(jié)流件的開孔直徑，其程序框圖如圖3.14所示。儀表制造廠提供的差壓裝置計(jì)算書就是*個(gè)命題完成后所做的報(bào)告。
b.第二個(gè)命題是根據(jù)已知條件計(jì)算差壓上限，其程序框圖如圖3.15所示。
c.第三個(gè)命題是根據(jù)已知條件計(jì)算流量測量上限gmmax，其程序框圖如圖3. 16所示。
至于是采用修改差壓變送器差壓上限的方法，還是采用修改刻度流量的方法，要根據(jù)儀表投運(yùn)后的具體情況選定，也可既修改△Pmax又修改qmmax。
天然氣流量計(jì) 壓縮空氣流量計(jì) 空氣流量計(jì) 旋進(jìn)旋渦流量 計(jì)天然氣計(jì)量表
