科氏质量流量计在油田分队计量中的应用

李建荣

(中国石化股份有限公司胜利油田分公司现河采油厂)

科氏质量流量计在油田分队计量中的应用

李建荣

(中国石化股份有限公司胜利油田分公司现河采油厂)

对油田分队科氏质量流量计的选型、影响流量计计量误差的因素进行了分析，并结合现场应用情况提出了应用建议，对提高原油分队计量准确度具有积极的意义。

科氏质量流量计 原油计量 含水率 误差

随着油田精细化管理工作的不断深入,以原油产量作为考核采油队经济效益和进行地质分析的主要依据，由此科学、准确地计量各基层队的原油产量显得尤为重要[1]。科氏质量流量计的现场应用,能够弥补目前分队计量准确度较低、不能连续计量等缺陷,实现液量的自动连续计量，提升分队计量的准确性，为推动油田精细化管理水平提供了技术支持。

1 科氏质量流量计的工作原理

科氏质量流量计计量系统包括传感器和用于信号处理的变送器。依据牛顿第二定律(力=质量×加速度，F=ma[2])，当质量为m的质点以速度v在半径为r的管道内对P轴做角速度为ω的旋转运动时，质点受两个分量的加速度作用：法向加速度，即向心加速度αr，其量值等于2ωr，朝向P轴；切向角速度αt，即科里奥利加速度，其值等于2ωv，方向与法向加速度垂直。由于复合运动，在质点的切向角速度方向上作用着科里奥利力Fc=2ωvm，管道对质点作用着一个反向力，即-Fc=-2ωvm。

当密度为ρ的流体在旋转管道中以恒定速度v流动时，任何一段长度为Δx的管道将受到一个切向科里奥利力ΔFc：

ΔFc=2ωvρAΔx

(1)

其中，A为管道的流通截面积，存在关系式qm=ρVA，所以有：

ΔFc=2ωqmΔx

(2)

因此，直接或间接测量旋转管中流动流体的科里奥利力就可以测得质量流量qm。

2 科氏质量流量计应用于分队计量的压损和能耗分析

压力损失主要包括沿程压力损失和局部压力损失。沿程压力损失，主要取决于管路的长度、内壁光滑度、液体的流速及粘度等。局部压力损失是液体流经阀口、弯管变化的通流截面等所引起的压力损失。液体通过这些地方时，由于液体流动方向和速度均发生变化，形成旋涡，使液体质点间相互撞击，从而产生较大的能量损耗[3]。

经过数学推导得出总的压力损失∑Δp计算式为：

(3)

式中d——圆柱体直径；

l——长度；

v——流体平均流速；

Δp1——沿程压力损失；

Δp2——局部压力损失；

λ——沿程阻力系数；

ξ——局部阻力系数。

由压力损失产生的能耗理论计算式为：

PF=pMSv

(4)

(5)

式中PF——流体流过流量计损失的功率；

“科学史”虽然在某些有身份的自然科学工作者的强力支持下，被违背学理地列为与物理、化学等并列的“理科一级学科”，但其本质却绝非如此.如果不是这样，又焉能出现上述“困扰”口述史工作者的现实问题呢？记得1982年我初进科学史所时，已经在贵刊封面上出现过的杜石然先生就教导我说：作这个行当，必然有个“政治立场”的问题，也许你很讨厌它，但却无法回避.时至今日，随着年龄、阅历的增长，更加感到这一点的重要——不能理性而妥善处理“困扰”问题，只能说明政治上的幼稚.

pM——流量计两端单位面积的压力损失；

S——流量管的横截面积。

水泵功耗计算式为：

(6)

式中Pw——水泵的功耗；

η——水泵的效率，通常取0.8。

通过以上分析可知：

(7)

表1 科氏质量流量计A试验数据

表2 科氏质量流量计B试验数据

综合表1、2可以看出，不同型号、同口径的科氏质量流量计在不同流量下，流量越大，压损和能耗也越高，在大于50%最大流量时能耗急剧上升，低量程段的压损和能耗要比高量程段的压损和能耗小得多。且根据一些厂家提供的数据可知，随着口径的增大，在高量程段时的能耗也大幅提高。

由此可见，如果质量流量计工作在高量程段，那么，多台质量流量计的年度运行费用将是一笔不小的开支。如果根据现场实际情况，在质量流量计选型时，使它工作在低量程段，那么对节能降耗是大有意义的。

3 科氏质量流量计在胜利油田联合站的实际应用

胜利油田自2009年施行分队计量以来，各采油厂逐步将科氏质量流量计应用于分离器之后的原油计量，由此建立起来的计量系统实现了对来液来油、管线液量的实时计量、实时对比，初步实现了生产自动化，给生产监控带来了方便。现场应用流程如图1所示。

图1 科氏质量流量计的现场应用流程

计量系统将科氏质量流量计采集到的来液质量流量、体积流量、密度、纯油质量、纯油体积、纯水体积、纯油密度及含水率等生产数据通过传输通信模块，利用现有的网络传到远程数据库服务器，应用流量计实时监控查询软件，可查询各队的流量计读数、误差及对比分析数据等报表，并自动计算出各队的实时产量。

4 现场应用误差来源分析与解决措施

由科氏质量流量计的原理、结构组成、相关的试验数据和应用中的科氏质量流量计计量数据统计分析可知，科氏质量流量计的计量误差产生原因和解决措施如下[4,5]：

a. 结垢问题。矿化水容易在科氏质量流量计内壁上结垢，对测量产生影响。结垢会使振动管的振动周期变大，测量含水率偏高，从而影响纯油的计算精度。虽然科氏质量流量计对于微量含水和高含水的测量效果不理想，但对于含水率在20%～80%的原油，可以达到较高的准确度。

b. 外力振动干扰。在科氏质量流量计的安装管路上，若附近有马达或油泵等大型动力设备相连时，在启动这些动力设备时或在工艺管线中出现水击等脉动流时，极易引起管路与科氏质量流量计的共振，造成仪表测量数据忽大忽小，从而引起仪表测量误差，故应注意安装位置或加设固定装置。

c. 零点漂移和调零。在科氏质量流量计使用过程中，调零必须在现场进行。科氏质量流量计零点漂移故障的可能原因和处理措施见表3。

5 结束语

随着科氏质量流量计在胜利油田分队计量中的广泛应用，做好科氏质量流量计的安装、防护工作显得日趋重要。结合科氏质量流量计的工作原理和现场情况分析了计量误差产生的原因，对做好流量计的维护保养，提高流量计的计量准确度具有重大意义。

表3 科氏质量流量计零点漂移故障的可能原因和处理措施

[1] 任鸿威，高汉超．质量流量计及其应用综述[J]．化工自动化及仪表, 1997,24(5): 62～65．

[2] 周庆，王磊．实用流量仪表的原理及其应用[M]．北京:国防工业出版社，2003:133～140．

[3] 徐士信．科里奥利质量流量计的选用[J]．石油化工自动化，2002,38(6):8～13．

[4] Drahm W, Bjonnes H. A Coriolis Meter with Direct Viscosity Measurement[J].IEEE Computing and Control Eengineering,2003,14(4):42～43.

[5] 刘晓艳, 姜念琛,王铎，等.科里奥利质量流量计的背压问题[J].化工自动化及仪表, 2013,40(9): 1196～1197．

TH814+.6

B

1000-3932(2017)02-0218-03

2016-08-17，

2016-09-25)

李建荣(1970-)，高级工程师，从事集输、采油等方面的管理工作，lijianrong109.slyp@sinopec.com。