中國(guó)石油集團(tuán)公司自從1998 年正式在蘇丹開(kāi)采石油以來(lái), 已經(jīng)先后涉足 1/2/4 區(qū) , 3/7 區(qū)和 6區(qū)等多個(gè)區(qū)塊的開(kāi)采 .在各個(gè)油田中 ,分別建有井口設(shè)施(FSF), 計(jì)量閥組(OGM), 集油站(FPF)和中心處理站(CPF).井口、計(jì)量閥組 、集油站的原油經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的處理和三級(jí)計(jì)量輸送到中心處理站 .在中心處理站采用沉降或熱交換等物理方法進(jìn)行油、氣、水分離, 使原油含水低于 3 %.經(jīng)過(guò)分離之后的合格原油通過(guò)長(zhǎng)輸管道分別輸送到紅海岸邊的蘇丹港裝油輪外輸, 或者到喀土穆煉廠(chǎng)進(jìn)行深加工 .由于所生產(chǎn)的原油屬于不同的操作公司, 必然就涉及到交接計(jì)量的問(wèn)題.為了保證計(jì)量的準(zhǔn)確性, 目前所有交接計(jì)量都采用成熟廠(chǎng)家生產(chǎn)的采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的計(jì)量橇[ 1 -4].由于蘇丹相對(duì)比較落后 ,沒(méi)有標(biāo)定工廠(chǎng), 而計(jì)量裝置要在使用一定的周期后進(jìn)行標(biāo)定 , 以保證計(jì)量的準(zhǔn)確性, 所以,在設(shè)計(jì)計(jì)量橇的同時(shí)帶有在線(xiàn)標(biāo)定橇[ 2 -4].本研究以蘇丹 6 區(qū)的計(jì)量橇的設(shè)計(jì)為例, 具體介紹一下以渦輪流量計(jì)作為檢測(cè)元件的計(jì)量橇和標(biāo)定撬的設(shè)計(jì) .

1、計(jì)量標(biāo)定橇：
　　蘇丹 6 區(qū)油田是中國(guó)石油集團(tuán)公司和蘇丹政府的合資開(kāi)發(fā)的油田 ,原油產(chǎn)量大約200 萬(wàn)t/a.所生產(chǎn)的合格原油通過(guò)長(zhǎng)輸管線(xiàn)輸送到喀土穆煉油廠(chǎng)進(jìn)行深加工 .在原油外輸時(shí)采用以渦輪流量計(jì)為計(jì)量元件的計(jì)量橇進(jìn)行交接計(jì)量.工藝流程如圖1 所示.
　　該計(jì)量橇采用 FMC 高精度渦輪流量計(jì)作為檢測(cè)元件對(duì)原油進(jìn)行計(jì)量 , 采用一用一備的運(yùn)行方式,每路設(shè)有溫度變送器 、壓力變送器 ,對(duì)流量進(jìn)行溫度和壓力補(bǔ)償.出口設(shè)有含水分析儀和自動(dòng)采樣裝置 .通過(guò)含水分析儀測(cè)量原油的含水量.流量計(jì)測(cè)定通過(guò)的液體量, 減去含水就是所輸送原油的***終量.
　　流量計(jì)上游和下游都設(shè)有雙密封無(wú)泄漏型電動(dòng)開(kāi)關(guān)閥, 電動(dòng)開(kāi)關(guān)閥門(mén)通過(guò)計(jì)量控制系統(tǒng)預(yù)先編制的程序開(kāi)關(guān), 實(shí)現(xiàn)計(jì)量回路及標(biāo)定回路的自動(dòng)切換.
　　在每一計(jì)量管路和標(biāo)定裝置的出口都安裝流量調(diào)節(jié)閥.計(jì)量管路的流量調(diào)節(jié)閥的作用是在正常分輸和標(biāo)定過(guò)程中控制該管路的流量 , 而標(biāo)定裝置出口流量調(diào)節(jié)閥用于防止流體揮發(fā).
　　在每條計(jì)量管線(xiàn)的兩個(gè)截?cái)嚅y之間安裝熱膨脹安全閥 ,來(lái)減小因熱膨脹造成的過(guò)壓 .

圖 1　計(jì)量及標(biāo)定橇工藝流程

2、流量計(jì)量系統(tǒng)：
　　在蘇丹石油工程中 , 根據(jù)原油物理性質(zhì)的不同,各個(gè)油田的計(jì)量橇也不同, 主要采用渦輪式流量計(jì)、容積式流量計(jì)和科氏質(zhì)量流量計(jì)等 3 類(lèi)流量計(jì) .這 3 類(lèi)流量計(jì)都具有重復(fù)性 、度***佳的特點(diǎn).而渦輪式流量計(jì)又具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加工零部件少、重量輕、維修方便、流通能力大(同樣口徑可通過(guò)的流量大)和可適應(yīng)高參數(shù)(高溫、高壓和低溫)等特點(diǎn) .目前 , 蘇丹項(xiàng)目原油輸送管線(xiàn)的首末站都采用渦輪流量計(jì)作為貿(mào)易結(jié)算.
　　渦輪流量計(jì)由渦輪 、軸承、前置放大器、顯示儀表組成.被測(cè)流體沖擊渦輪葉片, 使渦輪旋轉(zhuǎn) ,渦輪的轉(zhuǎn)速隨流量的變化而變化.當(dāng)流體沿著管道的軸線(xiàn)方向流動(dòng) ,并沖擊渦輪葉片時(shí) ,便有與流量 Qv 、流速 V 和流體密度ρ的乘積成比例的力作用在葉片上, 推動(dòng)渦輪旋轉(zhuǎn) .在渦輪旋轉(zhuǎn)的同時(shí) ,葉片周期性地切割電磁鐵產(chǎn)生的磁力線(xiàn) , 改變線(xiàn)圈的磁通量.根據(jù)電磁感應(yīng)原理, 在線(xiàn)圈內(nèi)將感應(yīng)出脈動(dòng)的電勢(shì)信號(hào), 此脈沖信號(hào)的頻率與被測(cè)流體的流量成正比.渦輪變送器輸出的脈沖信號(hào), 經(jīng)前置放大器放大后, 送入顯示儀表 , 就可以實(shí)現(xiàn)流量的測(cè)量 .
　　由于密度和粘度與溫度、壓力關(guān)系密切, 而現(xiàn)場(chǎng)溫度 、壓力波動(dòng)是難免的 ,所以在流量計(jì)的出口設(shè)置了高精度的溫度變送器和壓力變送器, 在流量計(jì)算機(jī)內(nèi)實(shí)現(xiàn)溫度和壓力補(bǔ)償, 保證了流量計(jì)的高計(jì)量精度.
　　此外,流量計(jì)受流體流速分布畸變和旋轉(zhuǎn)流的影響較大,在傳感器上下游側(cè)設(shè)置直管段.

3、流量計(jì)標(biāo)定系統(tǒng)：
　　流量計(jì)標(biāo)定系統(tǒng)為雙向球式固定體積管.雙向型球式體積管主要由標(biāo)準(zhǔn)容積段、設(shè)置在標(biāo)準(zhǔn)容積段兩端的檢測(cè)開(kāi)關(guān) 、在標(biāo)準(zhǔn)容積段內(nèi)運(yùn)行置換出標(biāo)準(zhǔn)體積值液體的位移球及有關(guān)輔助設(shè)備組成.位移球在體積管內(nèi)作往返運(yùn)行 , 并且以位移球在2 個(gè)檢測(cè)開(kāi)關(guān)之間往返運(yùn)行所置換出的流體體積之和作為體積管體積 .因此 ,標(biāo)定球在 2 個(gè)檢測(cè)開(kāi)關(guān)之間移動(dòng)時(shí)所置換出來(lái)的體積量(標(biāo)準(zhǔn)體積值)等于相應(yīng)時(shí)間間隔內(nèi)流經(jīng)流量計(jì)的體積量 ,兩者相比較即可確定流量計(jì)的示值誤差.
　　在系統(tǒng)正常操作條件下, 流量計(jì)標(biāo)定系統(tǒng)可以進(jìn)行單臺(tái)流量計(jì)標(biāo)定.在標(biāo)定時(shí), 可以通過(guò)管理計(jì)算機(jī)進(jìn)行手動(dòng)和自動(dòng)標(biāo)定, 而不中斷流量計(jì)的工作.標(biāo)定時(shí)標(biāo)定監(jiān)控計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)采集體積管上的相關(guān)數(shù)據(jù),并通過(guò)與流量計(jì)算機(jī)之間的通訊與流量計(jì)的有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì),得到準(zhǔn)確的標(biāo)定結(jié)果.

4、計(jì)量控制系統(tǒng)：
　　流量信號(hào)進(jìn)入安裝在控制室內(nèi)的流量計(jì)算機(jī),通過(guò)流量、溫度 、壓力和含水量等工藝參數(shù)得出***終的流量 .流量計(jì)算機(jī)信號(hào)通過(guò) MODBUS RS-485 上傳到計(jì)量控制系統(tǒng)上位管理計(jì)算機(jī).完成流量計(jì)的自動(dòng)標(biāo)定和計(jì)量系統(tǒng)的流程切換等功能.計(jì)量系統(tǒng)的 PLC 通過(guò) MODBUS RS -485 通信協(xié)議與站控 DCS 通信 .流量計(jì)量控制系統(tǒng)如圖 2所示 .
　    計(jì)量控制系統(tǒng)主要包括監(jiān)控計(jì)算機(jī)、每一支路流量計(jì)算機(jī)、流量計(jì)標(biāo)定專(zhuān)用的流量計(jì)算機(jī) .量控制系統(tǒng)具有以下功能:① 完成流量的自動(dòng)瞬時(shí)和累積計(jì)量 ;②檢查計(jì)量和標(biāo)定系統(tǒng)閥門(mén)的確切位置 ;③ 自動(dòng)接通/斷開(kāi)備用計(jì)量和標(biāo)定管線(xiàn) ;④完成流量計(jì)的自動(dòng)標(biāo)定 , 并得到流量因子 ;⑤完成體積管標(biāo)定.

圖 2 　計(jì)量控制系統(tǒng)

5、存在的問(wèn)題和解決的方法：
　　傳統(tǒng)渦輪流量計(jì)受流體黏性阻力影響較大 ,隨著黏度的增大,流量計(jì)測(cè)量下限值提高, 范圍度縮小 ,線(xiàn)性度變差.因此在設(shè)計(jì)中采用了FMC 適用于高粘度介質(zhì)的流量計(jì) ,解決了這個(gè)問(wèn)題.由于 6 區(qū)原油中含有較多的固體懸浮物 , 為了減少對(duì)渦輪流量計(jì)葉輪的沖刷磨損 ,在流量計(jì)前安裝有過(guò)濾器,保證流體的潔凈度 , 延長(zhǎng)了流量計(jì)的使用壽命 .為了減少溫度波動(dòng)對(duì)計(jì)量精度的影響, 整個(gè)計(jì)量標(biāo)定橇都設(shè)計(jì)有電伴熱系統(tǒng), 通過(guò)電伴熱系統(tǒng)的溫度自動(dòng)控制保持所通過(guò)流體的溫度.