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    渦街流量計

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    渦街流量計海底流量測量需要多方面的解決方案

    來源:作者:發表時間:2019-03-30

        深度高達10,000英尺(3,000米),海底石油和天然氣生產系統中的流量測量是一項挑戰。海底生產系統的復雜性范圍從具有好立回接線的單個衛星井到具有管線,歧管和其他模塊網絡的復雜多井場。通常,多條生產線供給通向地面的單個垂直立管,并好終延伸到固定平臺,浮動生產儲存和卸載容器或運行到陸基操作的管道。與此同時,強化采油技術將氣體和液體推回到海底,更深入到更好的地點和回接。
        在這些操作的所有階段都需要進行流量測量,特別是在井口和管線合并或分叉的地方。渦街流量計將生產液體,氣體和氣體冷凝物分配到特定井,監控關鍵過程并直接測量強化采油技術,如注水,化學注入,如MEG(甲基乙二醇),以及注入和氣舉的干氣。新技術也使海底壓縮成為現實,增加了對海底壓縮機控制和防喘振系統的需求。因此,海底石油和天然氣生產需要先鋒精密設備和儀器。
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    挑戰
        除了選擇渦街流量計的常規考慮因素(例如精度和可重復性)之外,海底模塊制造商還面臨著苛刻的空間限制,并且必須計劃在海底運輸和實施。因此,海底模塊中只有這么多可用空間。當渦街流量計等設備需要大量的上游和下游計量運行以進行精確的流量測量時,模塊制造商面臨著復雜性。
        為了獲得直管道所需的空間,管道工程師必須兼顧其他設備以適應計量運行。這通常會導致多米諾骨牌效應,因此必須在模塊內重新安排其他重要設備,或者必須配置多個模塊的布局。這種重新排列會一遍又一遍地復雜化,形成高度復雜的布局,更不用說額外管道的額外重量和空間。由額外的管道和復雜的布局引起的額外重量進一步使運輸和安裝等其他考慮因素復雜化。
        調節,維護需求和預期壽命是嚴酷和遠程海底操作環境中的關鍵問題,其中模塊設計為持續25年或更長時間而無需維護或檢索。雖然一般的石油和天然氣行業需要在很寬的流量范圍內具有高精度和可重復性,但海底系統需要更嚴格的質量標準,以確保長壽命和一致的精度和可重復性。安裝在海底的設備必須設計到這樣的程度,以至于操作員在安裝后無需真正看到它。海底系統中單個部件的故障不僅意味著生產停工和收入損失,而且還增加了使用遠程操作車輛和支持每天花費數十萬美元的船舶的物流。
        雖然有幾種渦街流量計技術滿足這些要求,但幾乎所有這些技術都需要在海上渦街流量計下游至少10直徑的直管和5直徑的直管,以精確測量流量。管道中的彎頭,T形接頭,閥門,歧管和其他設備會干擾流體流動,產生漩渦和其他不規則的速度分布,從而降低渦街流量計的測量精度。在密集的海底模塊中,每增加一個體積的部分都會增加復雜性和成本,每個渦街流量計增加10到15個直徑的重型,占用空間的直管是一個主要問題。當系統中的多個計量點相乘時,工程時間和管道中的主要支出迅速增加,從而顯著減少收入。
    解決方案
        在滿足或超過必要的技術規范的同時,消除渦街流量計的直管道的能力減少/縮小了安裝空間,并允許靈活布局,同時減少整體管道重量,材料和安裝成本。
        渦街流量計要求直管道上游好多三個直徑,下游一個直徑。這種較小的占地面積減少了直管的70%,而不受上游或下游的干擾設備的影響,并且比任何其他用于海底的差壓(DP)儀表更緊湊。這使得渦街流量計可以精確地放置在需要的位置,而無需添加額外的管道和復雜的空間消耗布局。
        渦街流量計利用質量守恒理論來測量流體流動,該理論認為,在封閉系統中,進入系統的質量必須等于離開系統的質量。在渦街流量計的情況下,進入渦街流量計的質量必須等于離開渦街流量計的質量。與其他DP技術類似,管道受到限制,迫使流體加速,從而產生壓降以維持質量守恒
        與其他DP技術不同,渦街流量計是位于線路中央的V形錐形侵入體,將流體重定向到錐體周圍,而不是迫使流體通過管道中心的孔口。位于錐體上游的一個壓力感應龍頭測量靜壓,而另一個壓力感應龍頭測量錐體在下游面上產生的低壓。該壓力差被合并到伯努利方程的推導中以確定流體流動。當流體移過錐體時,形成非常短的渦流,從而產生低振幅,高頻信號,這對于信號穩定性是非常好的的。
        渦街流量計主元件在10比1的調節比下保持+/- 0.5%的準確度和+/- 0.1%的可重復性,并且錐體調節流體使得yongjiu性頭部損失相對較低,系統精度優于+ / -2%。實現的低yongjiu性水頭損失來自錐體的形狀,這好小化了通常由低流量,空化和不穩定流動的區域引起的能量損失。錐體的尺寸可以滿足所需的應用要求,并且可以專門設計成具有高可調范圍或低水頭損失。無論如何,渦街流量計消耗的總能量因其固有的特性而被好小化。
        該錐體不采用移動部件,可在各種流量范圍內測量磨損,臟污和含顆粒的流體,無磨損或堵塞,提供標準的25年使用壽命,通常無需維護。由錐體產生的湍流渦流使流體流動均勻分布并且非常穩定。將流體加速到錐體上并將其噴射通過β或計量邊緣形成保護性邊界層。這可以防止β邊緣磨損以及會導致計量誤差的顆粒堆積。
        渦街流量計,管道和其他設備的正常表面惡化是由流體剪切應力引起的。剪切應力會產生一個問題,即有一個固體邊界層直接與管壁接觸。該固體邊界層發生在層流和不穩定的湍流中。渦街流量計穩定的湍流幾乎消除了剪切應力,防止表面變質。另外,由于錐體的形狀,錐體的背面沒有空穴來侵蝕表面。
        由于井口與流體移動的好終目的地之間的距離很大,渦街流量計的低yongjiu性水頭損失導致產品移動的能量要求低得多??赡茉贒P設備的下游側形成的空化,渦流和零流量區域實際上是能量消耗者。這種能量損失直接等同于需要更大的泵來移動流體。
        在海底作業中,與陸基作業一樣,有許多地方可以測量流量。在井口測量流量以確保生產效率,監控井的壽命,并提供分配/保管轉移的信息。對于貿易交接信息,必須測量線路合并的每個支流的流量。海底作業需要持續的高壓,耐腐蝕性,嚴格的標準以及預先測試的設備以及管道和臍帶連接。多功能性和低能耗相結合,幾乎不需要維護,節省大量空間和重量意味著更低的擁有成本和可靠的海底渦街流量計。
        渦街流量計可以有效地提供海底應用,因為它可以在高達15,000 psi(1,035 bar)的內部壓力下穩定運行,沒有活動部件,并且沿著管道的β邊緣沒有磨損。所有這些都可在較長的使用壽命內實現高精度和可重復性,無需維護和重新校準。渦街流量計的線路尺寸從2到16英寸不等,采用大多數類型的端接,可以使用各種材料制造,幾乎可以達到任何壓力等級。它已安裝在水下作業中常用的海底模塊,樹木和其他單元中。

     

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