中國石油集團(tuán)公司自從1998 年正式在蘇丹開采石油以來, 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)過簡單的處理和三級計(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)過分離之后的合格原油通過長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)量都采用成熟廠家生產(chǎn)的采用國際標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的計(jì)量橇[ 1 -4].由于蘇丹相對比較落后 ,沒有標(biāo)定工廠, 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)油田是中國石油集團(tuán)公司和蘇丹政府的合資開發(fā)的油田 ,原油產(chǎn)量大約200 萬t/a.所生產(chǎn)的合格原油通過長輸管線輸送到喀土穆煉油廠進(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)作為檢測元件對原油進(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采樣裝置 .通過含水分析儀測量原油的含水量.流量計(jì)測定通過的液體量, 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)有雙密封無泄漏型電動開關(guān)閥, 電動開關(guān)閥門通過計(jì)量控制系統(tǒng)預(yù)先編制的程序開關(guān), 實(shí)現(xiàn)計(jì)量回路及標(biāo)定回路的自動切換.
　　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)量管線的兩個(gè)截?cái)嚅y之間安裝熱膨脹安全閥 ,來減小因熱膨脹造成的過壓 .

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 類流量計(jì) .這 3 類流量計(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方向流動 ,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 , 改變線圈的磁通量.根據(jù)電磁感應(yīng)原理, 在線圈內(nèi)將感應(yīng)出脈動的電勢信號, 此脈沖信號的頻率與被測流體的流量成正比.渦輪變送器輸出的脈沖信號, 經(jīng)前置放大器放大后, 送入顯示儀表 , 就可以實(shí)現(xiàn)流量的測量 .
　　由于密度和粘度與溫度、壓力關(guān)系密切, 而現(xiàn)場溫度 、壓力波動是難免的 ,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)容積段兩端的檢測開關(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)檢測開關(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)檢測開關(guān)之間移動時(shí)所置換出來的體積量(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)行單臺流量計(jì)標(biāo)定.在標(biāo)定時(shí), 可以通過管理計(jì)算機(jī)進(jìn)行手動和自動標(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,得到準(zhǔn)確的標(biāo)定結(jié)果.

4、計(jì)量控制系統(tǒng)：
　　流量信號進(jìn)入安裝在控制室內(nèi)的流量計(jì)算機(jī),通過流量、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)信號通過 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 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 完成流量的自動瞬時(shí)和累積計(jì)量 ;②檢查計(jì)量和標(biāo)定系統(tǒng)閥門的確切位置 ;③ 自動接通/斷開備用計(jì)量和標(biāo)定管線 ;④完成流量計(jì)的自動標(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)測量下限值提高, 范圍度縮小 ,線性度變差.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)問題.由于 6 區(qū)原油中含有較多的固體懸浮物 , 為了減少對渦輪流量計(jì)葉輪的沖刷磨損 ,在流量計(jì)前安裝有過濾器,保證流體的潔凈度 , 延長了流量計(jì)的使用壽命 .為了減少溫度波動對計(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), 通過電伴熱系統(tǒng)的溫度自動控制保持所通過流體的溫度.