中國石油集團公司自從1998 年正式在蘇丹開采石油以來, 已經先后涉足 1/2/4 區(qū) , 3/7 區(qū)和 6區(qū)等多個區(qū)塊的開采 .在各個油田中 ,分別建有井口設施(FSF), 計量閥組(OGM), 集油站(FPF)和中心處理站(CPF).井口、計量閥組 、集油站的原油經過簡單的處理和三級計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行油、氣、水分離, 使原油含水低于 3 %.經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行深加工 .由于所生產的原油屬于不同的操作公司, 必然就涉及到交接計量的問題.為了保證計量的準確性, 目前所有交接計量都采用成熟廠家生產的采用國際標準設計的計量橇[ 1 -4].由于蘇丹相對比較落后 ,沒有標定工廠, 而計量裝置要在使用一定的周期后進行標定 , 以保證計量的準確性, 所以,在設計計量橇的同時帶有在線標定橇[ 2 -4].本研究以蘇丹 6 區(qū)的計量橇的設計為例, 具體介紹一下以渦輪流量計作為檢測元件的計量橇和標定撬的設計 .

1、計量標定橇：
　　蘇丹 6 區(qū)油田是中國石油集團公司和蘇丹政府的合資開發(fā)的油田 ,原油產量大約200 萬t/a.所生產的合格原油通過長輸管線輸送到喀土穆煉油廠進行深加工 .在原油外輸時采用以渦輪流量計為計量元件的計量橇進行交接計量.工藝流程如圖1 所示.
　　該計量橇采用 FMC 高精度渦輪流量計作為檢測元件對原油進行計量 , 采用一用一備的運行方式,每路設有溫度變送器 、壓力變送器 ,對流量進行溫度和壓力補償.出口設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.
　　流量計上游和下游都設有雙密封無泄漏型電動開關閥, 電動開關閥門通過計量控制系統(tǒng)預先編制的程序開關, 實現計量回路及標定回路的自動切換.
　　在每一計量管路和標定裝置的出口都安裝流量調節(jié)閥.計量管路的流量調節(jié)閥的作用是在正常分輸和標定過程中控制該管路的流量 , 而標定裝置出口流量調節(jié)閥用于防止流體揮發(fā).
　　在每條計量管線的兩個截斷閥之間安裝熱膨脹安全閥 ,來減小因熱膨脹造成的過壓 .

圖 1　計量及標定橇工藝流程

2、流量計量系統(tǒng)：
　　在蘇丹石油工程中 , 根據原油物理性質的不同,各個油田的計量橇也不同, 主要采用渦輪式流量計、容積式流量計和科氏質量流量計等 3 類流量計 .這 3 類流量計都具有重復性 、度***佳的特點.而渦輪式流量計又具有結構簡單、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)和可適應高參數(高溫、高壓和低溫)等特點 .目前 , 蘇丹項目原油輸送管線的首末站都采用渦輪流量計作為貿易結算.
　　渦輪流量計由渦輪 、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 ,渦輪的轉速隨流量的變化而變化.當流體沿著管道的軸線方向流動 ,并沖擊渦輪葉片時 ,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 .在渦輪旋轉的同時 ,葉片周期性地切割電磁鐵產生的磁力線 , 改變線圈的磁通量.根據電磁感應原理, 在線圈內將感應出脈動的電勢信號, 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, 經前置放大器放大后, 送入顯示儀表 , 就可以實現流量的測量 .
　　由于密度和粘度與溫度、壓力關系密切, 而現場溫度 、壓力波動是難免的 ,所以在流量計的出口設置了高精度的溫度變送器和壓力變送器, 在流量計算機內實現溫度和壓力補償, 保證了流量計的高計量精度.
　　此外,流量計受流體流速分布畸變和旋轉流的影響較大,在傳感器上下游側設置直管段.

3、流量計標定系統(tǒng)：
　　流量計標定系統(tǒng)為雙向球式固定體積管.雙向型球式體積管主要由標準容積段、設置在標準容積段兩端的檢測開關 、在標準容積段內運行置換出標準體積值液體的位移球及有關輔助設備組成.位移球在體積管內作往返運行 , 并且以位移球在2 個檢測開關之間往返運行所置換出的流體體積之和作為體積管體積 .因此 ,標定球在 2 個檢測開關之間移動時所置換出來的體積量(標準體積值)等于相應時間間隔內流經流量計的體積量 ,兩者相比較即可確定流量計的示值誤差.
　　在系統(tǒng)正常操作條件下, 流量計標定系統(tǒng)可以進行單臺流量計標定.在標定時, 可以通過管理計算機進行手動和自動標定, 而不中斷流量計的工作.標定時標定監(jiān)控計算機實時采集體積管上的相關數據,并通過與流量計算機之間的通訊與流量計的有關數據進行比對,得到準確的標定結果.

4、計量控制系統(tǒng)：
　　流量信號進入安裝在控制室內的流量計算機,通過流量、溫度 、壓力和含水量等工藝參數得出***終的流量 .流量計算機信號通過 MODBUS RS-485 上傳到計量控制系統(tǒng)上位管理計算機.完成流量計的自動標定和計量系統(tǒng)的流程切換等功能.計量系統(tǒng)的 PLC 通過 MODBUS RS -485 通信協(xié)議與站控 DCS 通信 .流量計量控制系統(tǒng)如圖 2所示 .
　    計量控制系統(tǒng)主要包括監(jiān)控計算機、每一支路流量計算機、流量計標定專用的流量計算機 .量控制系統(tǒng)具有以下功能:① 完成流量的自動瞬時和累積計量 ;②檢查計量和標定系統(tǒng)閥門的確切位置 ;③ 自動接通/斷開備用計量和標定管線 ;④完成流量計的自動標定 , 并得到流量因子 ;⑤完成體積管標定.

圖 2 　計量控制系統(tǒng)

5、存在的問題和解決的方法：
　　傳統(tǒng)渦輪流量計受流體黏性阻力影響較大 ,隨著黏度的增大,流量計測量下限值提高, 范圍度縮小 ,線性度變差.因此在設計中采用了FMC 適用于高粘度介質的流量計 ,解決了這個問題.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葉輪的沖刷磨損 ,在流量計前安裝有過濾器,保證流體的潔凈度 , 延長了流量計的使用壽命 .為了減少溫度波動對計量精度的影響, 整個計量標定橇都設計有電伴熱系統(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.