摘要：孔板流量計在高酸性氣田集輸站場單井加熱爐、計量分離器、外輸管線處的使用現(xiàn)狀。分析了孔板流量計在使用過程中容易發(fā)生堵塞的原因，闡述了導(dǎo)壓系統(tǒng)容易發(fā)生的引壓管積液、引壓管堵塞、節(jié)流裝置沖刷磨蝕、密封圈、平衡閥滲漏等問題�，F(xiàn)場實施的維護(hù)保養(yǎng)、溶硫解堵、蒸汽解堵等措施取得了較好的應(yīng)用效果。
　　氫氣田屬超深、高含硫、高壓、復(fù)雜山地氣田，出井天然氣含雜質(zhì)較多，沿工藝管線、設(shè)備至上而下壓力、溫度等因素梯度變化，導(dǎo)致單質(zhì)硫及其他雜質(zhì)沉積，氣質(zhì)、氣流條件無法達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定要求，容易產(chǎn)生計量誤差。探討現(xiàn)場工況中容易出現(xiàn)的孔板堵塞、引壓管積液或堵塞對計量精度的影響，以及為消除或降低影響而采取的措施。
1孔板流量計的工作原理
　　孔板流量計是一套流量測量裝置，由節(jié)流裝置、信號引線、二次儀表系統(tǒng)組成。節(jié)流裝置包括標(biāo)準(zhǔn)孔板、取壓裝置（孔板夾持器）和上下游測量管，主要作用是使管道中流動的流體產(chǎn)生靜壓力差[1]。
　　充滿管道的天然氣在流經(jīng)管道內(nèi)的節(jié)流裝置（孔板）時，流束將在節(jié)流件處形成局部收縮，從而使流速增加，壓力降低，在節(jié)流件上下游便產(chǎn)生了壓差，流量越大，產(chǎn)生的壓差越大；流量越小，產(chǎn)生的壓差越小。在已知有關(guān)參數(shù)的條件下，根據(jù)流動連續(xù)性原理和伯努利方程可以推導(dǎo)出差壓與流量之間的關(guān)系，從而可以計算出流量的大小。
2孔板流量計在高酸性氣田的應(yīng)用情況
2.1普光氣田天然氣特點
　　普光氣田是目前國內(nèi)已探明并投入開發(fā)的H2S和CO2含量最高的氣田，生產(chǎn)的天然氣中H2S含量達(dá)13%~18%，CO2含量達(dá)8.6%，是典型的高酸氣田，生產(chǎn)過程中存在著設(shè)備裝置的元素硫堵塞、H2S腐蝕及CO2的弱酸腐蝕等問題。
2.2普光氣田集輸站場孔板流量計的使用現(xiàn)狀
　　孔板流量計是目前集氣站場使用較為廣泛的計量裝置，具有結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、經(jīng)濟實惠的特點。普光氣田集輸系統(tǒng)設(shè)置有多井輪換計量組合裝置，主要用于實現(xiàn)多口氣井氣液分離后分別進(jìn)行計量的一種分離分輸計量組合裝置。普光氣田集輸站場的天然氣計量，采用的是孔板節(jié)流計量，其中在單井加熱爐、計量分離器、外輸管線處均安裝有孔板計量裝置。
1）加熱爐計量裝置。安裝在加熱爐計量管段上的高級孔板閥是針對單井進(jìn)行計量的裝置，該裝置前沒有設(shè)置氣體分離系統(tǒng)。未經(jīng)氣液分離并加雜著一些緩蝕劑的混合天然氣，經(jīng)過節(jié)流降壓后，進(jìn)入孔板裝置進(jìn)行計量。雜質(zhì)對孔板閥的使用壽命及計量的正確性影響很大。
2）分離器計量裝置。計量分離器的高級孔板閥安裝在分離器氣相出口，是對單井產(chǎn)量進(jìn)行正確計量的現(xiàn)場計量裝置，由臥式重力式分離器和孔板計量裝置組成。單井天然氣在分離器內(nèi)經(jīng)過氣、液、固體雜質(zhì)分離后，再對氣、液分別進(jìn)行的計量。此處計量數(shù)據(jù)較為正確，是各單井合理配產(chǎn)的依據(jù)所在。
3）外輸計量裝置。外輸計量孔板閥安裝在外輸計量直管段上，是對整座集氣站所有氣井產(chǎn)出的混合天然氣進(jìn)行計量。
普光氣田集氣站的外輸系統(tǒng)采用的是氣、液混輸濕氣輸送設(shè)計，此處的管徑大、輸氣壓力穩(wěn)定。加元素硫在前面管線、匯管、計量分離器等設(shè)備的分離、沉降，造成此處的元素硫堵塞較少，對計量的影響較小。
3孔板流量計在使用中存在的問題
3.1被測流體特性的影響
　　GB/T21446—2008《用標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計測量天然氣流量》標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，通過孔板的天然氣是經(jīng)凈化處理后的天然氣，氣流是均勻單相的牛頓流體。若氣體中含有的固體或液體微粒成均勻分散狀態(tài)，且質(zhì)量分?jǐn)?shù)不超過2%，也可認(rèn)為是均勻單相的牛頓流體。流經(jīng)孔板以前的氣流流束應(yīng)與管道軸線平行，氣流流動應(yīng)為充分發(fā)展紊流且無旋渦，管道橫截面所有點上的旋渦角小于2°即認(rèn)為無旋渦。
但是由于川東北高含硫化氫氣田屬超深、高含硫、高壓、復(fù)雜山地氣田，出井天然氣含雜質(zhì)較多，沿工藝管線、設(shè)備至上而下壓力、溫度等因素梯度變化，導(dǎo)致單質(zhì)硫及其他雜質(zhì)沉積，氣質(zhì)、氣流條件達(dá)不到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定要求，容易產(chǎn)生計量誤差[2]。
3.1.1堵塞物形成機理
1）化學(xué)溶解和化學(xué)沉積。含硫天然氣中存在著一個對于單質(zhì)硫的溶解和沉積有著很大影響的化學(xué)平衡。加拿大AlbertSulfurResearchLdt的研究表明，在地層條件下，元素硫與H2S發(fā)生反應(yīng)可形成一種多硫化氫物質(zhì)。
　　含硫氣藏開發(fā)時，多硫化氫天然氣在穿過遞減的壓力和溫度剖面時，反應(yīng)平衡點發(fā)生變化，多硫化氫分解，生成單質(zhì)硫。當(dāng)氣相中溶解的元素硫達(dá)到臨界飽和度時，元素硫隨著壓力的繼續(xù)降低而析出。分解出的硫量達(dá)到一定值，流體氣動力不足以攜帶固態(tài)顆粒硫時，元素硫就會沉積在管壁并聚集起來，這一沉積過程主要發(fā)生的是化學(xué)反應(yīng)。[3]
2）物理溶解和物理沉積。稠密流體（地層條件下時為地層天然氣）對單質(zhì)硫的物理溶解與解析能力也有很大影響。在油藏儲集層高溫高壓的環(huán)境下，天然氣對單質(zhì)硫有很大的溶解度。當(dāng)含硫天然氣藏投入開發(fā)后，隨著壓力、溫度的不斷降低，元素硫的溶解度也相應(yīng)降低。一旦壓力、溫度降低到臨界值以下，便會有大量的單質(zhì)硫析出。當(dāng)析出的硫量達(dá)到一定值，且流體氣動力條件不足以攜帶硫的固態(tài)顆粒時，這些析出的硫便會沉積下來，這一沉積過程主要是物理變化。
3.1.2堵塞對計量的影響
　　從現(xiàn)場勘查及堵塞物形成機理可知，高含硫化氫氣田在生產(chǎn)運行過程中所帶出的酸液顏色呈黃色或淺黃色，經(jīng)化驗和分析判斷主要含單質(zhì)硫。在日常清洗集氣站高級孔板閥計量系統(tǒng)時發(fā)現(xiàn)，管壁、整流器、孔板、導(dǎo)壓系統(tǒng)附著有大量單質(zhì)硫等雜質(zhì)，更存在整流器整流孔幾乎被完全堵塞的情況。這些雜質(zhì)不僅使得流量計導(dǎo)壓系統(tǒng)不能正確地錄取靜壓、差壓等參數(shù)，還使整流器失去原有的整流作用，氣體的流態(tài)發(fā)生變化，影響計量的精度。因此，定期清洗流量計和解決工藝系統(tǒng)內(nèi)硫沉積是提高計量精度的關(guān)鍵。而試驗結(jié)果表明，雜質(zhì)形態(tài)受溫度影響也較大，保持計量裝置內(nèi)外部處于較高溫度對減少硫沉積、提高計量精度尤為顯著。
1）堵塞導(dǎo)致計量直管段直徑變化。從生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)，隨著運行時間的增加，計量裝置上下游的直管段會逐漸出現(xiàn)沉積硫，直接導(dǎo)致直管段的直徑變小，嚴(yán)重時如圖1所示，造成氣的流動范圍減小。

2）整流器堵塞導(dǎo)致整流效果降低。氣體通過節(jié)流裝置的流動必須是保持層流。在氣體流經(jīng)孔板前，其流束必須與管道軸線平行，不得有紊流。而為了保持經(jīng)過孔板閥時的氣體流態(tài)為層流，集氣站各孔板計量裝置前均安裝了整流器，但在實際運行中，整流器經(jīng)常出現(xiàn)篩孔堵塞的現(xiàn)象，嚴(yán)重時如圖2所示，導(dǎo)致流態(tài)發(fā)生變化，失去整流作用。
3）孔板閥閥腔內(nèi)、孔板及提升導(dǎo)板上附著雜質(zhì)過多。對集氣站的高級孔板閥拆洗時，發(fā)現(xiàn)高級孔板閥的孔板上、導(dǎo)板以及腔內(nèi)附著大量的單質(zhì)硫等。這些雜質(zhì)會對孔板的銳利度產(chǎn)生不良影響，導(dǎo)致計量不正確，同時也會導(dǎo)致孔板無法正常的提取，給高級孔板閥的定期清洗工作造成不便。

3.2導(dǎo)壓系統(tǒng)問題
引壓管最容易出現(xiàn)的問題是有積液和堵塞。
3.2.1引壓管積液
　　由于天然氣中含有水分，會出現(xiàn)引壓管積液現(xiàn)象。這種積液往往會造成流量計測量失真，導(dǎo)致變送器的輸出出現(xiàn)波動。在寒冷的冬季很容易造成凍堵，最終導(dǎo)致流量計無法正常運行。因此，需要定期對積液進(jìn)行排放。
3.2.2引壓管堵塞
　　由于測量介質(zhì)天然氣中含有單質(zhì)硫等雜質(zhì),介質(zhì)黏稠，會導(dǎo)致引壓管堵塞。如不定期排污，引壓管更易堵塞，甚至導(dǎo)致雜質(zhì)固化。一旦發(fā)生上述情況，流量計將無法正常運行。因此，要定期排污或疏通。
　　按照規(guī)定，集氣站（包括集氣總站）對引壓管進(jìn)行周期性排堵，冬季每班一次，夏季每天一次。另外，集氣總站當(dāng)產(chǎn)量降低約20×104m3時，及時對導(dǎo)壓管、五閥組進(jìn)行加強解堵。由于頻繁解堵會降低五閥組的密封性，需要每年更換一次五閥組。
3.2.3節(jié)流裝置鈍化
　　孔板流量計的流出系數(shù)C是在標(biāo)準(zhǔn)實驗室條件下進(jìn)行校準(zhǔn)標(biāo)定的。當(dāng)孔板和孔板夾持器或者孔板入口直角銳利度未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求時，會引起氣體流態(tài)畸變，使流出系數(shù)C值改變，最終影響流量計精度。小孔徑孔板入口邊緣輕微的磨圓會引起流量測量值5%的負(fù)偏差；而高含硫天然氣具有較強的腐蝕性，嚴(yán)重磨蝕和中等沾污的孔板也會引起12%的負(fù)偏差。另外，高壓流體的沖刷也會導(dǎo)致標(biāo)準(zhǔn)孔板的入口直角銳利度發(fā)生鈍化[4]。
　　嚴(yán)重鈍化時會使流出系數(shù)偏移1%~2%。在流量計算中，對孔板入口直角銳利度的精確修正造成很大的困難。2017年2季度，對某區(qū)塊16座集氣站共計65套高級孔板閥清洗過程中，發(fā)現(xiàn)不同程度損傷的孔板共8塊，占全部孔板的12.3%。顯然，定期檢查孔板保證流出系數(shù)C值的穩(wěn)定對提高計量精度也很重要。
3.2.4密封圈、平衡閥滲漏
　　氣田地層天然氣不僅存在流速快，還存在氣質(zhì)組分復(fù)雜的特點。根據(jù)對殘酸液進(jìn)行取樣，發(fā)現(xiàn)黏度較高、成分復(fù)雜。另外，由于氣田開發(fā)采用連續(xù)加注緩蝕劑的防腐工藝，而緩蝕劑黏度大，易與沉積物結(jié)合，形成顆狀物質(zhì)。在實際生產(chǎn)中，密封圈與孔板之間、平衡閥密封部分容易沉積雜質(zhì)或損傷（圖3）。氣體流經(jīng)孔板時直接從孔板外邊緣以及上腔滲漏至下游，導(dǎo)致計量偏低。

4建議
4.1加強流量計的維護(hù)保養(yǎng)
　　加強流量計各部位定期維護(hù)保養(yǎng)。每周對孔板閥操作檢查一次，每月對孔板清洗一次，保證孔板閥操作正常，孔板清潔、無損傷。每活動一次滑閥，就加注一次密封脂，保證滑閥嚴(yán)密不漏，密封良好。保持孔板閥表面清潔，油漆無脫落、銹蝕，銘牌清晰，零部件齊全完好，無內(nèi)外滲現(xiàn)象，可動部分靈活好用。除定期清洗保養(yǎng)之外，可采用專用電磁加熱器對孔板流量計測量管段定期進(jìn)行加熱除垢，以減少因管道結(jié)垢變徑對計量的影響。同時，規(guī)范安裝引壓管伴熱系統(tǒng)，以減少引壓管堵塞現(xiàn)象。
4.2實施有效的解堵措施
4.2.1溶硫劑解堵
　　溶硫劑MDEA(二甲基二硫等混合物)是一種非常高效的解除元素硫沉積堵塞的解堵劑，解堵效果顯著。但溶硫劑具有極強的腐蝕性，容易造成設(shè)備附件損壞（如孔板密封墊圈、提升軸密封膠圈等）。因此僅在已經(jīng)完全被單質(zhì)硫堵塞、設(shè)備材質(zhì)允許的條件下小范圍使用。
4.2.2蒸汽解堵
　　開始時對孔板閥內(nèi)的元素硫堵塞采用清水沖洗的方法進(jìn)行處理，但效果不理想，附著在提升軸齒輪、導(dǎo)板齒縫和滑板上的部分雜質(zhì)無法完全被清洗掉，雜質(zhì)依然會對孔板閥的正常操作造成影響。
　　經(jīng)過試驗，用高壓蒸汽沖洗的方法較好。高壓蒸汽不僅能將閥腔內(nèi)的元素硫雜質(zhì)沖洗干凈，還能將閥腔內(nèi)殘存的緩蝕劑、密封脂等雜質(zhì)沖洗干凈，不留死角，對閥體內(nèi)的附件也不會造成傷害。清洗完畢后，閥門操作靈活、可靠，投入運行后持續(xù)生產(chǎn)時間長，清洗效果非常顯著。
4.3及時更換計量分離器高級孔板閥孔板密封墊圈
　　現(xiàn)場實際操作過程中發(fā)現(xiàn)，計量分離器高級孔板閥孔板的橡膠密封墊圈使用一個月左右就會出現(xiàn)腐蝕老化。因此，每月對計量分離器高級孔板閥進(jìn)行一次維護(hù)保養(yǎng)，對失效的橡膠密封墊圈及時進(jìn)行更換。目前，試驗使用耐腐性更強的四聚氟乙烯材料替代橡膠制作孔板密封墊，應(yīng)用效果較好。
5結(jié)論
　　高酸氣田集氣站場使用的高級孔板閥，是站場天然氣計量的重要設(shè)備，在運行過程中受到所計量介質(zhì)的性質(zhì)、壓力、溫度以及自身材質(zhì)、結(jié)構(gòu)等多種因素的影響，造成操作困難、計量不正確等問題，嚴(yán)重影響現(xiàn)場的安全平穩(wěn)生產(chǎn)。在目前無法改變天然氣高含H2S的客觀情況下，通過現(xiàn)場實際工作，提出了一些解堵、維修保養(yǎng)的方法，取得了一定的效果。通過以上一系列的維護(hù)保養(yǎng)措施和改進(jìn)工作，能更好地解決高級孔板閥在日常使用過程中出現(xiàn)的問題，保證孔板閥的安全運行和天然氣計量的正確。

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