利用管道数值模拟技术解决集气系统的计量误差问题.pdf

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1、2 01 0 拄 第 4期 镗 技 术 Pi p e l i n e Te c h n i q u e 设 告 Eq u i p me n t 2 Ol 0 No 4 利用管道数值模拟技术解决集气 系统 的计量误差 问题 邹永莉 ， 贺三 ， 廖德君 ， 袁 宗明 ( 1 西南石油大学 ， I t J l l 成都6 1 0 5 0 0 ， 2 西南油气 田分公司蜀南气矿 ， 四川泸州6 4 6 0 0 1 ) 摘要： 随着新疆某油田的不断开发 ， 其集气系统的流量计 出现 了较 大的误差 ， 为 了帮助确定流量计 的正确量程 ， 在建立管道模拟模型的基础上， 通过准确测量管道 两端的压力和温

2、度参数 ， 利用管道数值 模拟技术对管道的工艺参数进行数值模拟计算 ， 得 到了管道的流量值 ， 并据此进行 了流量计的选型， 实 际应 用表 明该方 法是 方便 可行 的。 关键词 ： 计量误差； 集气系统 ； 管道数值模拟 中图分类号 ： T E 8 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 4 9 6 1 4 ( 2 0 1 0 ) 04 0 0 2 1 0 2 Us i ng Pi p e l i n e Nume r i c a l S i m u l a t i o n Te c h no l o g y t o So l v e t h e Pr o b l e m o f

3、M e t e r a g e Er r o r o f As s o c i a t e d Ga s S y s t e m Z O U Y o n g 1 i， H E S a n ， L I A O D e - j u n ， Y U A N Z o n g mi n g ( 1 S o u t h w e s t P e t r o l e u m U n i v e r s i t y ， C h e n g d u 6 1 0 5 0 0 ， C h ma ； 2 S o u t h e r n S i c h u a n Ga s D i s t r i c t P e t r

4、 o C h i a n S o u t h w e s t O i l a n d Ga s F i e l d C o mp a n y ， L u z h o u 6 4 6 0 0 1 ， C h i n a ) A b s t r a c t ： Wi t h t h e d e v e l o p m e n t o f o n e o i l fi e l d i n X i n j i a n g ， t h e p r o d u c t i o n o f a s s o c i a t e d g as b e c o m e s h i g h e r a n d h

5、i g h e r ， b u t t h e fl o w me t e r s me t e r a g e e l T O r i n g a s s y s t e m w a s g e t t i n g wo P s e T h e r a n g e o f s o me flo wme t e r s w a s u n d e r t h e v a l u e s h o we d o n i t s d i s p l a y s c r e e n T o ma k e s u r e o f t h e r i g h t r a n g e， t h e e x

6、a c t p r e s s u r e a n d t e mp e r a t u r e v a l u e s o n t h e e n d s o f o n e p i p e l i n e w e r e t e s t e d，a n d t h e g a s c o mp o n e n t s we r e a n a l y z e d T h e n b a s e d o n t h e mo d e l b u i l d i n g o f p i p e l i n e s i mu l a t i o n， t h e v a l u e s o f

7、p i p e l i n e fl o w r a t e w e r e o b t a i n e d a f t e r c a l c u l a t i n g t h e p r o c e s s p a r a me t e r s b y u s e o f p i p e l i n e n u me r i c al s i mu l a t i o n t e c h n o l o g y Ac c o r d i n g t o t h a t ， t he r a ng e o f flo wme t e r wa s c he c k e d The p r

8、a c t i c a l a p p l i c a t i o n i n t he oi l fie l d s ho ws t h a t t h e me t h o d wa s c o n v e n i e nt a n d f e a s i b l e Ke y wo r d s ： me t e r a g e e r r o r ； g a s g a t h e rin g s y s t e m ； p i p e l i n e n u me ric a l s i mu l a t i o n 0引言 随着新疆某油田的不断开发 ， 发现其集气系统 的 流量计 出

9、现 了较大 的误差。各条管 线上计量 出来 的 天然气量之 和与下一站 统一计 量值 之间 出现 了较大 的偏差 ， 但具体哪一条管线有误差 以及误差有多少难 以直接判断。或者 已发现在某管线 的流量计上 显示 的流量值超过了其额定量程 ， 但也难以判断其准确值 是多少 ， 因为超量程计量后其显示值已不准确。 由于该油 田实行滚动开 发， 同时， 集气 系统也 经 过多次调整 ， 所 以其输气量实际上每年都在变化 。尽 管每年流量计都在进行标定， 但并不能解决输量变化 问题 。在排除了其他 引起流量计量误差的因素后 ， 经 过初步分析判断， 该油 田的计量误差 主要是 由超量 程 计量引起的。

10、 因此 ， 为了进行流量计选 型， 还需确定 其流量 范 围。为了快速确定天然气管线 中的准确流量范围 ， 并 收稿 13 期 ： 2 0 0 90 82 9 收修改稿 日期 ： 2 0 1 0 0 21 7 帮助选择流量计的型号 ， 文中尝试利用管道数值模拟 技术来解决该问题。 1 管线计量误差概况 文中所讨论管线 为新疆某 油 田的一个集气站至 联合站的天然气管线 ， 该管线全长 4 5 2 8 k m， 直径 3 7 7 mm， 壁厚 7 m m， 设计压力 2 5 MP a 天然气管线上 的 流量计是 L U X Z一2 0 0型智能旋进旋涡流量计 ， 该流量 计的额定流量范围是 3

11、0 0 4 0 0 0 m h ， 该流量计安装 在集气站至联合站天然气管线的出口处。 在 2 0 0 8年 4月对集气站至联合站的天然气管线 调研中发现 ， 该流量计的显示流量为5 9 0 0 m h ， 已大 大超过其计 量范 围。流量计 附近的压力 表上的压力 为 0 4 6 MP a ， 未超过其最 大压 力值 ， 温度为 2 3， 也 在介质温度范围内。 通过现场的了解， 初步判断该流量计存在计量误 差 ， 而且其误差为超量程计量引起 的误差。为 了确认 产生误差的原因， 通过管道模拟分析的手段对该问题 2 2 P i p e l i n e T e c h n i q u e a

12、n d Eq u i p me n t J u 1 2 0 1 0 进行初步分析。 2 计量误差模拟分析基本原理 集气站至联合站的管线工艺流程示意图见图 1 。 图 1 管道工艺流程示意图 该管线从集气站出来后直接连接到联合站 ， 中间 没有其 他进分 气 管线 ， 因此 ， 根 据输 气管 道模 拟理 论 J ， 由式( 1 ) 可知 ， 对于平坦地区管道 ， 只要知道管 道起点、 终点的压力 和起点 的温度 以及天然 气 的组 成 ， 就可以唯一确定该段管道上的天然气流量 。 Q= C N ( P -Z P 22T )LD 5 式中： Q为天然气的体积流量 ， m s ； C为常数 ； p

13、 为管 道起点压力 ， MP a ； p 为管道终点压力 ， MP a ； D为管道 内径 ， m； A为水力摩 阻系数 ； Z为天然气压缩系数 ； 为天然气相对密度 ； T为天然气平均温度 ， K； L为管道 长度 ， m 3 计 量误 差模 拟分析 结 果 为了计算集气站至联合站段管道 的流量， 在该段 管道两端利用安装 的传感 器分别 测量了该管线在集 气站 出口与联合站人 口处的压力和温度值 ， 并在天然 气管道模拟软件 T G N E T l 2 中建立 了相应 的模 拟模 型 ( 见图 2 ) 进行计算。由于管道的天然气流动状态经常 变化 ， 为此 ， 在获取工艺参数时 ， 经过近

14、 1 h的连续观 察记 录， 选取 了变 化 相 对 较 小 的 一组 数 据 进 行计 算 。 图 2管道模拟模型 根据 G B 5 0 3 5 0 2 0 0 5油气集输设计规范 ， 在模 拟计算 中， 水力摩阻系数使用威莫斯公式进行计算 ， 见式( 2 ) 。 一00 0 94 0 7 r 2、 A = 了 = 一 L J ,7 o 压力和温度值根据实测数据取值( 见表 1 ) ， 天然 气的组分根据 当时采样的化验数据进行取值 ， 见表 2 。 其他参数按照管道的设计参数取值。 表 1 管道模拟运行参数 表 2 集气站 出口天然气组分 组分 体积分数 组分 体积分数 C1 7 7 08

15、 n C 5 O 6 o C2 8 2 3 C 7 + O 2 1 C3 5 O 6 C 6 O 1 6 i ( 1 Ol N2 2 8 7 n C4 1 8 9 C O2 2 3 8 i C5 O 5 1 经过 T G N E T的模 拟计 算 ， 该段 管 道 的流 量 为 8 8 05 m h，大于流量计上显示的5 9 0 0 m。 h ， 也大于 其额定量程。其压力流量变化 曲线见 图 3 。由此可以 判断集气站的流量计误差为超量程计量引起 的误差。 4 6 5 460 4 5 5 4 5 0 姜 4 4 5 出 4 4 0 4 3 5 430 4 25 图 3管道的压力流 量变化 曲

16、线 实际上 ， 前面所计算 出来的流量值是 2 0 0 8年 4月 中最大的值 ， 其他时间按照该方法计算 出来的值都要 小一些。因此 ， 初步确定该流量值为流量计选 型计算 中的最大流量值。 为了进行流量计选 型计算 ， 随后又根据集气站所 计量天然气的实际波动情况 ， 初步确定集气站的可能 最小集气量 ， 即该管线 的可能最低输量为 5 2 5 m h ， 在此基础上 ， 按照 Y F 1 0 0系列旋进旋涡流量计选型计 算手册重新进行 了流量计的选 型计算 ， 最终选择的型 号 为 Y F 1 I O A 型 流 量 计 ， 其 流 量 范 围 为 3 5 6 5 1 0 1 6 8 9

17、 m h 1 个月后将新选定 的流量计安装好后 流量计显示值为7 6 4 7 m 。 h ， 比模拟值要小 ， 但符合要 求 。 4 结束语 对于简单输气管道 的超量程计量问题 ， 通过准确 测定管道两端的压力和温度来唯一确定出其流量值 ， 可帮助确定流量计选型计算时的流量范围。 ( 下转第4 6页) T 自 _【 u ， I蜷 K 9 8 7 6 5 4 3 2 l O 4 6 P i p e l i n e T e c h n i q u e a n d Eq u i p me n t J u 1 2 0 1 0 2 0 0 m的开挖 、 大修 。 ( 3 ) 施工时， 管道挖出时允许悬空

18、长度 8 m 每挖 出 8 m管道 ， 留 2 m 长的支撑土墩 ( 土墩上部也不开 挖) 。分段开挖 ， 分段防腐 。上一段完工回填压实后 ， 再开挖下一段。 ( 4 ) 在石方段和质地较硬的地段 ， 将细熟土 、 沙和 石块分开堆放 ， 以备回填土方时能充分利用 。 3 2 2 管体的清理 ( 1 ) 管线挖出后 ， 首先将原防腐层手工铲除干净。 残留在管体上的沥青 ， 先用柴油擦洗 ， 再用汽油擦净。 对管体有腐蚀的部位， 应做好记录， 然后对管体进行 电动钢丝轮除锈。 ( 2 ) 管体的腐蚀坑 ， 按以下规定补强： 蚀坑深度大 于 1 m m， 腐蚀面积小于 1 c n l 时 ， 采

19、用点焊修补 ； 蚀坑 深度大于 2 mm， 腐蚀 面积大于 1 c l n 时 ， 采用局部钢 板焊补加强 ； 蚀坑深度大于 2 m m， 分布面积大 ， 超过半 个圆的钢管时， 打套袖( 两个半圆) 补强。 ( 3 ) 管体除锈。除锈达 S T 3级 ， 经报验合格后立 即涂刷沥青底漆。 3 2 3 防腐沥青的熬制与涂敷 ( 1 ) 每 2 0 0 m分段施工。 ( 2 ) 选用管道防腐石油沥青和经纬密度 9 9根 c m宽 4 0 0 m m的中碱玻璃布作为施工用原材料。 ( 3 ) 熬制沥青温度控制在 2 3 0 o C左右 ， 最高不能 超过 2 5 0 o C 每天沥青熬制均要有温度

20、测量记录 ， 每 h 测量一次沥青温度。 ( 4 ) 对每天熬好的沥青， 经充分搅拌后取样进行 软化点的检验 ， 并做好检测记录。 ( 5 ) 沥青底漆采用与防腐层牌号相同的沥青和 9 0 # 汽油配制成 ， 其体积 比为 1 ： 2 5 ( 沥青： 汽油) 。 ( 6 ) 用厚 0 7 5 m m的铁皮折成槽形 ， 置 于管沟底 部被防腐钢管正下方 ， 用来盛放浇涂防腐沥青 时溢流 掉下的热沥青 ， 以备重复利用。 ( 7 ) 底漆干燥后方可涂浇第一层热沥青。然后立 即缠第一层玻璃 布， 每层热 沥青涂刷必须均匀泡满 ， 玻璃布搭边宽度 2 0 m m ( 8 ) 在悬 空管之间作稳 管支撑

21、用 的土墩管上 部 土壤应保持不挖开 ， 必须在悬空段 防腐完毕 ， 检 查合 格 ， 按规定要求 回填后 ， 方可开挖进行防腐作业。该 段与已防腐 完 的悬 空段 交界 处 防腐搭 接 层应 大 于 1 5 0 mm 3 3质量保证措施 3 3 1 石油沥青防腐层大修的质量标准 ( 1 ) 外观检查。逐根检查管道上、 下和两侧， 表面 应平整， 无气泡 、 皱纹 、 凸瘤等缺陷。 ( 2 ) 厚度检查 。用测厚仪测量管道上 、 下和 两个 侧面 4点 ， 以最薄点为准。厚度检查每 2 0 m 检查一 处 。若 不合 格 ， 加 倍抽 查。再不 合 格 ， 则 判 为不 合 格 。 ( 3 )

22、 粘结力检查 。用小 刀将 防腐层切成 三角形 4 0 。 左右小 口， 用力拉开破坏处。管表面仍为沥青涂层 覆盖 ， 不得露铁。每 2 0 0 m管段切一个 口， 如不合格 ， 再切两点 ， 若其 中一点仍不合格时 ， 则判为不合格并 返 工 。 3 3 2 沥青防腐层 电火花检漏 采用 2 2 k V电压检查针孔 ， 以不打火花为合格 ， 有 针孔 的要进行修补 ， 并做好“ 电火花检漏记录” 。 4结束语 东 一轮线输油管道防腐层大修施工完毕 ， 对大修 后的管线用测量管道内电流的方法 ， 测得管道 防腐层 绝缘电阻率为1 2 0 0 0 Q m ； 采用阳极站可控硅恒 电 位仪测量阴极

23、保护电位， 电位值为 一 1 0 5 V 这两项指 标均达到 了规范所规定 的优级标准。东 一轮线不停 产输油管道防腐层大修技术的成功应用， 为今后此类 项 目的施工提供了宝贵的经验 。 参考文献 ： 1 S Y T 5 9 l 8 9 4 埋地钢质管道沥青防腐层大修理技术 规定 2 刘平平， 孙为民 埋地输油管道的腐蚀及防护 中外企业 家 ， 2 0 0 8 ( 2 ) ： 6 66 7 作者简介： 沈红光( 1 9 7 5 一) ， 工程师， 从事长输管道线路规划设 计 工作 。 ( 上接第 2 2页) 通过在新疆某油田的实际应用 ， 表 明该方法简单 易行 ， 可作为超量程计量误差解决方案的参考 。 参 考文献 ： 1 李长俊 天然气管道输送北京： 石油工业出版社， 2 0 0 0 2 苏欣 ， 章磊， 刘佳， 等S P S与 T G N E T在天然气管网仿真 中应用与认识天然气与石油 ， 2 0 0 9， 2 7 ( 1 ) ： 1 4 3 G B 5 0 3 5 0 -2 0 0 5 油气集输设计规范 作者简介： 邹永莉( 1 9 8 l 一) ， 硕士研究生， 主要从事油气集输工 艺理论及技术研究工作。