油气集输课程设计流量计选型.docx
《油气集输课程设计流量计选型.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《油气集输课程设计流量计选型.docx（15页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
油气集输课程设计流量计选型
《油气集输工程》
课程设计报告
院（系）:
石油与天然气工程学院专业班级:
学生姓名:
学号:
设计题目:
__广安2#低温集气站的工艺设计___
——流量计选型
完成日期：
2012年6月21日
指导教师评语:
_______________________________________
____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
成绩（五级记分制）:
________________
指导教师（签字）:
_______________
摘要
集气站一般是将两口以上的气井用管线分别从井口连接到集气站，在集气站对各井输送来的天然气分别进行节流、分离、计量后集中输入集气管线。
对于气田面积较大和井数较多的矿场，为了管理方便，常将气井分为若干组，每一组的气井都在各自的集气站进行必要的初步处理，然后经各自的集气管道与集气干线连接起来，最后在天然气处理厂或总站集中外输。
为保证产品质量和进行经济核算，对单位时间内物料的输送量或者某一段时间内物料的总输送量要准确计量和进行控制，并要求能及时的发出反应流量大小的信号，以进行控制和调节，就需要流量计来进行监控整个集气站流程。
天然气利用气井从气层中采出来，经用集输配系统将各气井天然气集中起来，进行净化处理并输送分配给用户，几乎在每一个工艺环节都需要计量，特别是流量计量。
集气站计量是衡量产品质量、设备效率、成本核算的主要数据。
本站工艺设计中，根据本站特点，其液体计量系统采用LUGB一体型法兰卡装式涡街流量计。
该仪表根据流体涡街的检测原理，其检测涡街的压电晶体不与介质接触，仪表具有结构简单、通用性好和稳定性高的特点。
LUGB型涡街流量计可用于各种气体、液体和蒸汽的流量检测及计量。
关键词：
集气站流量计选型涡街流量计
目录
摘要I
1绪论1
1.1集气站系统简介1
1.2集气站种类1
1.3天然气流量计2
2设计参数3
2.1设计依据3
2.2设计范围4
2.3设计参数及分析4
3工艺方案设计6
3.1性能要求6
3.2涡街流量计的优缺点6
3.3涡街流量计的原理7
3.4涡街流量计的选型9
4工艺计算10
4.1工作压力10
4.2流体温度与环境温度10
4.3涡街流量计的通径设计计算10
4.4计算最小流量下的雷诺数11
4.5对DN20管道的最大流速12
4.6最大流量时，不发生气蚀现象的背压12
5设备选型13
5.1液体流量计选型13
5.2转换器的确定13
5.3显示仪表选择13
5.4流量计的安装13
6总结15
参考文献16
1绪论
1.1集气站系统简介
天然气集输系统是由天然气矿厂集输管网、气体的净化与加工装置、输气干线、输气支线以及各种用途的站场组成，管线中天然气的流动满足反映质量、动量和能量守恒定律的基本方程。
它是一个统一的、连续的、密闭的水动力系统。
这个系统中五大环节（采气、净气、输气、储气和供气）紧密联系、互相制约、互相影响；如果某一环节不协调，必将影响整个系统。
其中，集气站则是重要的一环。
对于气田面积较大和井数较多的矿场为了管理方便，常将气井分为若干组，每一组的气井都在各自的集气站进行必要的初步处理，然后经各自的集气管道与集气干线连接起来，最后在天然气处理厂或总站集中外输。
集气站内实现对气井的工作调节和控制，分离气体中的杂质，收集凝析油，防止水化物的形成，测量气量和液量以及其他工作。
1.2集气站种类
集气站一般是将两口以上的气井用管线分别从井口连接到集气站，在集气站对各井输送来的天然气分别进行节流、分离、计量后集中输入集气管线。
集气站有常温集气站和低温集气站之分。
常温集气站采用的是常温分离流程。
对于硫化氢含量低（约在0.5%以下）和凝析油含量不多的天然气，只需在矿场集气站内进行节流调压和分离计量等操作，就可以输往用户。
低温集气站是以低温的方式来实现天然气分离。
低温分离工艺适宜气井压力高、产量大的天然气；并且含有较高硫化氢、二氧化碳、和凝析油和气液水；低温分离工艺还可增加液烃回收量，降低天然气露点从而防止出现水合物，堵塞和腐蚀管道。
1.3天然气流量计
天然气流量计量是由天然气用流量计本体、二次仪表（或检测补偿计算装置）以及天然气组分分析系统构成，具有测量、分析、计算和积算设备所组成的完整体系。
最常用的是孔板流量计（或称标准孔板流量计）和容积式流量计。
近年来有许多新型流量计出现，如涡轮流量计、超声波流量计、涡街流量计、旋进涡轮流量计和新结构不同形式的旋转容积式流量计和不同原理与结构形式的质量流量计等。
几乎大多数流量计都要求其前后有一段规定的直管段要求，以期望达到流体在流入流量计前其流动状态达到充分发展的速度分布，确保流量测量的准确度。
流量测量方法和仪表的种类繁多，分类方法也很多。
至今为止，可供工业用的流量仪表种类达60种之多。
品种如此之多的原因就在于至今还没找到一种对任何流体、任何量程、任何流动状态以及任何使用条件都适用的流量仪表。
这60多种流量仪表，每种产品都有它特定的适用性，也都有它的局限性。
按测量对象划分就有封闭管道和明渠两大类；按测量目的又可分为总量测量和流量测量，其仪表分别称作总量表和流量计。
涡街流量计在流体中安放一个非流线型旋涡发生体，使流体在发生体两侧交替地分离，释放出两串规则地交错排列的旋涡，且在一定范围内旋涡分离频率与流量成正比的流量计。
主要用于工业管道介质流体的流量测量，如气体、液体、蒸气等多种介质。
其特点是压力损失小，量程范围大，精度高，在测量工况体积流量时几乎不受流体密度、压力、温度、粘度等参数的影响。
无可动机械零件，因此可靠性高，维护量小。
仪表参数能长期稳定。
涡街流量计采用压电应力式传感器,可靠性高，可在-20℃～+250℃的工作温度范围内工作。
有模拟标准信号,也有数字脉冲信号输出，容易与计算机等数字系统配套使用，是一种比较先进、理想的测量仪器。
2设计参数
2.1设计依据
流量计选型是指按照生产要求，从仪表产品供应的实际情况出发，综合地考虑测量的安全、准确和经济性，并根据被测流体的性质及流动情况确定流量取样装置的方式和测量仪表的型式和规格。
安全可靠、准确节能原则。
流量测量的安全可靠，首先是测量方式可靠，即取样装置在运行中不会发生机械强度或电气回路故障而引起事故；然后测量仪表无论在正常生产或故障情况下都不致影响生产系统的安全。
在保证仪表安全运行的基础上，力求提高仪表的准确性和节能性。
为此，不仅要选用满足准确度要求的显示仪表，而且要根据被测介质的特点选择合理的测量方式。
量程范围。
正确地选择仪表的规格，也是保证仪表使用寿命和准确度的重要一环。
应特别注意静压及耐温的选择。
仪表的静压即耐压程度，它应稍大于被测介质的工作压力，一般取1．25倍，以保证不发生泄漏或意外。
量程范围的选择，主要是仪表刻度上限的选择。
选小了，易过载，损坏仪表；选大了，有碍于测量的准确性。
一般选为实际运行中最大流量值的1．2～1．3倍。
能量损失。
安装在生产管道上长期运行的接触式仪表，还应考虑流量测量元件所造成的能量损失。
应充分考虑：
工艺管线中的流量以及允许的压损；传感器在允许压损条件下是否满足测量准确度的要求等。
一般情况下，在同一生产管道中不应选用多个压损较大的测量元件，如节流元件等。
总之，没有一种测量方式或流量计对各种流体及流动情况都能适应的。
不同的测量方式和结构，要求不同的测量操作、使用方法和使用条件。
每种型式都有它特有的优缺点。
因此，应在对各种测量方式和仪表特性作全面比较的基础上选择适于生产要求的，既安生可靠又经济耐用的最佳型式。
根据此集气站特点，在工艺流程中气体计量处选用孔板流量计计量，分离出来的液体选用LUGB一体型法兰卡装式涡街流量计。
2.2设计范围
本文只涉及到天然气集气站工艺设计中，节流后的气体经过分离器分离出天然气、水及天然气凝液中关于液体流量计的计算机选型。
2.3设计参数及分析
（1）设计参数。
表2.1基本参数
井号
产量（
）
进站压力（MPa）
进站温度（℃）
1
39
17
32
2
29
17
32
3
26
17
32
4
13
12
32
5
9
12
30
6
12
12
31
出站压力：
6Mpa；天然气露点：
＜-5℃
表2.2已知天然气气体组成
气体组成
％
82.3
2.2
2.0
1.8
1.5
0.9
7.1
2.2
凝析油含量：
（2）参数分析
按照设计内容所给数据分析，该设计题目气井总流程为：
1、2、3与4、5、6分别汇拢节流后，集中到总管进入分离器处理的流程。
可由以上表2.1与表2.2
天然气的相对分子质量
天然气相对密度
对于干燥天然气1、2、3天然气压缩因子
4、5、6天然气压缩因子
天然气流量
标准状态下1、2、3号井流量
标准状态下4、5、6号井流量为
3工艺方案设计
正确合理地选用流量仪表，是客户、设计单位和生产企业的共同愿望。
调查熟悉仪表、测量对象和现场条件是做好选型工作的必要条件。
一般情况下，要考虑的主要因素有性能要求、流体特性、安装要求、环境条件、费用等。
3.1性能要求
流量仪表的性能要求包括：
瞬时流量、累积流量；精确度；重复性；流量范围；允许压力损失；可靠性；输出信号特性；响应时间等内容。
对于这些特性，根据应用的目的不同，侧重面也不同。
例如以流量计量为目的（商贸核算、仓储交接、物料平衡）的应用，对流量仪表的精确度、重复性、流量范围等性能的要求较高；而以过程检测与控制为目的的应用，就把对仪表的重复性、长期稳定性、可靠性、输出信号和响应时间等要求作为重点。
3.2涡街流量计的优缺点
（1）涡街流量计的优点：
结构简单而牢固，无可动部件，可靠性高，长期运行十分可靠；安装简单，维修十分方便；
检测传感器不直接接触介质，性能稳定，寿命长；
输出与流量成正比的脉冲信号，适用于总量计量，无零点漂移，精度高，并方便和计算机联网；
测量范围宽，一般范围度可达10：
1以上；
压力损失较小（约为孔板流量计1/4～1/2），运行费用低，更具节能意义；
在一定雷诺数范围内，输出频率信号不受流体物性（密度，粘度）和组分的影响，即仪表系数仅与旋涡发生体及管道的形状尺寸有关，只需在一种典型介质中校验而适用于各种介质，如下图3.1所示。
图3.1不同测量介质的斯特劳哈尔数
检定周期为二年。
（2）涡街流量计的局限性：
“涡街流量计”是一种速度式流量计，漩涡分离的稳定性受流速分布影响，故它对直管段有一定的要求，一般是前“10D条，后5D条”；测量液体时，上限流速受压损和“气蚀”现象限制，一般是10m/s。
测量气体时，上限流速受介质可压缩性变化的限制，下限流速受雷诺数和传感器灵敏度的限制，一般气体的流速范围10～70m/s，蒸汽的流速范围为8～50m/s；应力式涡街流量计对振动较大敏感，故在振动较在的管道安装涡街流量计时，管道要有一定的减震措施;应力式涡街流量计采用压电晶体作为检测传感器，故其受温度的限制，一般长期工作温度为-40℃～+350℃和-10℃～+250℃。
3.3涡街流量计的原理
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，如下图2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：
（3.1）
式中
——旋涡频率，m；
——旋涡发生体两侧平均流速，m/s；
——斯特劳哈尔数；
——发生体迎流面的宽度，m。
图3.2卡曼涡街示意图
管道内体积流量
为：
（3.2）
（3.3）
式中
——流量计的仪表系数，m-3；
——体积流量，m3/s；
——发生体迎流面的宽度，m；
——发生体两侧弓形流通面积之和与测量管的横截面积之比为m。
K除与旋涡发生体、管道的几何尺寸有关外，还与斯特劳哈尔数有关。
斯特劳哈尔数为无量纲参数，它与旋涡发生体形状及雷诺数有关，下图3.3所示为圆柱状旋涡发生体的斯特劳哈尔数与管道雷诺数的关系图。
由图可见，在
在2×104～7×106范围内，
可视为常数，可保证测量的精度，这是仪表正常工作范围。
图3.3斯特劳哈尔数与雷诺数关系曲线
3.4涡街流量计的选型
由于此集气站被测介质工作压力、温度不高；腐蚀性较弱；组分比较清洁；累积流量较小且为介质为液体。
通过对不同检测技术的各类流量计的综合比较，并根据集气站的低温集气流程，最终选择3个LUGB一体型法兰卡装式涡街流量计。
4工艺计算
4.1工作压力
流量计要求工作环境压力:
（86—106）Kpa。
4.2流体温度与环境温度
流量计要求被测介质温度:
常温–25℃～100℃，高温–25℃～150℃与-25℃～250℃，环境温度要求在（-40～55）℃。
从分离器流出的流体温度为25̊c符合流量计要求。
设备周围的温度在-40℃～50℃。
4.3涡街流量计的通径设计计算
通径的选择应根据工艺管道的参数（流量范围、工作压力、温度范围等）计算核实后，再结合要选择的涡街流量计技术参数来确定涡街流量计的通径。
另外，为使仪表工作稳定，确定涡街流量计通径时，应使常用流量处在它可测流量范围的30％以上，最好使常用流量处于涡街流量计量程的30﹪～70﹪范围内。
1、2、3井凝析油流量
4、5、6井凝析油流量
辅助计算：
最大流量：
最小流量
表4.1工况流量范围
仪表型号
公称通径DN
（mm）
流量范围（m3/h）
液体
气体
蒸汽
LUGB-
15
0.4—4
4—30
3.2—18
LUGB-
20
0.7—7
6—40
5—32
LUGB-
25
1—10
11—70
9—60
LUGB-
32
1.5—15
17—150
15—130
LUGB-
40
2—25
24—240
20—200
LUGB-
50
3—45
37—370
32—320
LUGB-
65
5.5—75
65—650
55—540
LUGB-
80
8.5—110
95—950
81—810
LUGB-
100
16—180
150—1500
130—1300
根据表4.1工况流量范围的数据由最大流量与最小流量可得出：
选用通径为DN20的LUGB型涡街流量计。
4.4计算最小流量下的雷诺数
满足测量范围的前提下，应使涡街流量计工作在线性区域内，即最小雷诺数不低于下限雷诺数（
）
对于DN20最小雷诺数
从最小雷诺数来看，DN20的最小雷诺数大于
（下限雷诺数），即涡街流量计的工作都在线性区域内，说明预选型合理。
4.5对DN20管道的最大流速
4.6最大流量时，不发生气蚀现象的背压
核算涡街流量计的最大压力损失，从而核算不发生气穴现象的最低被压。
最大压力损失
不发生气穴现象的最低背压
由计算可知，在最大流量时DN20通径的涡街流量计的最小背压为0.13MPa小于实际工作压力，即不会发生气穴现象。
5设备选型
5.1液体流量计选型
涡街流量计便是依据卡门旋涡原理进行封闭管道流体流量测量的新型流量计。
因其具有良好的介质适应能力，无需温度压力补偿即可直接测量蒸汽、空气、气体、水、液体的工况体积流量，配备温度、压力传感器可测量标况体积流量和质量流量，是节流式流量计的理想替代产品。
经过流体特点、环境温度、费用等因素选定为LUGB-20一体型法兰卡装式涡街流量计。
5.2转换器的确定
在饱和蒸汽测量中采用VA型压电式涡街流量变送器，由于涡街流量计量程范围宽，因此，在实际应用中，一般主要考虑测量饱和蒸汽的流量不得低于涡街流量计的下限，也就是说必须满足流体流速不得低于5m/s。
根据用汽量的大小选用不同口径的涡街流量变送器，而不能以现有的工艺管道口径来选择变送器口径。
由于在此低温集气站中，流体性质稳定，杂质较少，维护费用等，因此普通一体数字输出型的转换器。
5.3显示仪表选择
显示仪表智能流量显示仪，具有稳压补偿、瞬时流量显示和累积流量积算功能。
5.4流量计的安装
（1）涡街流量计只能单向测量，安装时注重保证介质流量方向与流量计箭头所示方向一致。
（2）安装时注重管道口径应略大于或等于仪表的内径。
（3）涡街流量计尽量安装在远离振动源和电磁干扰较强的地方，振动存在的地方必须采用减振装置，减少管道受振动的影响。
（4）直管段的配置，前后直管段要满足涡街流量计的要求，所配管道内径也必须和涡街流量变送器内径一致。
需遵循直管段要求：
至少保证流量计15倍管径（15D），流量计后5倍管径（5D）。
如流量计前有弯头，缩进，扩大等干扰源，则需保证流量计前30～40倍的管径，流量计后6倍管径。
流量计应安装于调节阀，压力或温度传感器的上游。
（5）涡街流量计的安装要求有一定的前后直管段。
在现场，小管径涡街流量计的直管段长度比较容易保证。
此次设计中管径较小故容易满足安装要求。
在不能满足现场直管段长度的情况下，建议安装流动调整器，以弥补直管段不足的测量情况。
此次设计安装参数如下表5.1所示。
表5.1安装参数
管道情况
上游直管道
下游直管道
同心收缩管全开闸阀
15D
5D
90℃直角弯头
20D
5D
同平面二个90℃弯头
25D
5D
半开闸阀调节阀
50D
5D
不同平面二个90℃弯头
40D
5D
带整流管束
12D
5D
6总结
经过此次的合作，我们设计出一个常规的低温集气站，使其具有节流、分离、计量的功能。
我们每人负责一部分分别设计集气站流程图和平面布置图、分离器、节流阀、甲醇与乙二醇注入量的计算、凝析油的回收、流量计量仪表及管线的设计及选型。
在液体计量处选用LUGB-20一体型法兰卡装式涡街流量计对分离出来的污水进行计量。
其压力损失小，量程范围大，精度高，在测量工况体积流量时几乎不受流体密度、压力、温度、粘度等参数的影响。
而且无可动机械零件，因此可靠性高，维护量小能长期稳定。
采用压电应力式传感器,可靠性高，可在-20℃～+250℃的工作温度范围内工作。
并且有模拟标准信号,也有数字脉冲信号输出，容易与计算机等数字系统配套使用，是一种比较先进、理想的测量仪器，完全能够满足该集气站工艺流程中的计量工作。
参考文献
[1]梁平，王天祥主编.天然气集输技术[M]．北京：
石油工业出版社2008.5
[2]姜仲霞，姜川涛，刘桂芳编著.涡街流量计[M]．北京：
中国石化出版社2005：
366-384
[3]天然气流量计量[M]．北京：
石油工业出版社2001
[4]编写组编.油田油气集输设计技术手册上、下册[M].北京：
石油工业出版社1994
[5]LUGB涡街流量计说明书[EB].2008[2010].
升级会员 