液超声流量计在海上原油贸易交接计量中的应用
  

摘 要:以海上浮式生产储卸油装置(FPSO)原油外输计量系统应用为例,介绍液超声流量计的特点和在海上原油外输贸易交接计量应用中的优势。

关键字:液超声流量计 原油贸易交接计量 优势


我国海洋油气资源储量丰富,随着海洋油气勘探开发技术的持续发展,海洋油气资源已成为国内油气资源的接替主力。在一些全海式开发油田或中外合作油田开发中,由于要在海上完成原油的外输贸易交接计量,所以一般会在海上浮式生产储卸油装置(FPSO)或海上原油生产平台(简称海上平台)设置原油外输计量系统。原油外输计量系统是海上油田开发的关键设备之一,系统中流量计的恰当选择、其计量精度和可靠性直接关系到贸易交接双方的经济利益和整个油田的正常生产运行。

超声波流量计以测量声波在流动介质中传播的时间与流量的关系为原理,是利用超声波在流体中的传播特性来测量流量的。近年来,随着液体超声波流量计(简称液超声流量计)技术的不断进步,国外知名流量计厂家生产的多声道液超声流量计已成功应用于国内外的原油和成品油贸易交接计量中。目前,用于原油和成品油贸易交接计量的主流产品有Krohne的AltosonicV型5声道液超声流量计、Daniel的3804型4声道液超声流量计、FMCSmith的Ultra6型6声道液超声流量计、Cameron的LEFM240C4声道和LEFM280C8声道液超声流量计、FaureHerman的FH8500型18声道液超声流量计。

笔者将以海上浮式生产储卸油装置原油外输计量系统应用为例,说明液超声流量计的特点和在海上原油外输贸易交接计量应用中的优势。

1 液超声流量计的特点①

液超声流量计通过非干扰性介入测量方式,可保证测量流量的同时维持流体的完整性,由于它是空管计量且无可动部件,所以与传统的流量计相比具有零压损、大口径、大流量原油计量、量程比宽和流通能力大、可靠性高、备品备件少、免维护、体积小和重量轻的特点。

超声波流量计的检定周期比传统的流量计要长,因为超声波流量计能够估算流体雷诺数,并引入线性或特性算法使其流量计系数或K系数适用于宽雷诺数范围,那么流量或粘度在一定范围内改变时就不需要重新检定流量计了。根据超声波流量计检定规程:液超声流量计两年只需检定

1次,部分厂家生产的具有自诊断功能的流量计可延长到六年检定1次。而传统的容积式流量计需一年检定两次,涡轮流量计需一年检定1次。另外,液超声流量计还具有预维护和自诊断功能,能够实时诊断管道流体形态、剖面系数、紊流、漩涡、探头脏污、管道及整流器堵塞等问题。表1是5种常用原油外输计量流量计的性能比较。

表1 5种常用原油外输计量流量计的性能比较

2 在海上应用的优势

结合液超声流量计的特点和海上油田开发的特殊性总结其在海上原油贸易交接计量中应用时的优势如下:

a.海上油田开发工程的设施、空间和承重都有限,海上平台及FPSO等工程设施的建造与安装成本巨大。液超声流量计流通能力大、尺寸小、重量轻的特点可以缩减海上平台或FPSO的甲板面积,减轻海上设施的结构重量,从而降低工程投资成本。另外,流量计尺寸一旦变小,计量回路和整个计量撬的尺寸也会变小,这也减小了计量撬的采购成本。

b.海上油田生产能耗与运行维护成本极高。液超声流量计零压损的特点可以减少原油外输计量过程的压降,降低海上原油外输设备的能耗(如原油外输泵),特别是对于大流量的计量,节能效益更为显著。另外,液超声流量计内部无可动部件、备品备件少、可靠性高、免维护性好的特点可以有效减轻现场生产人员的维护工作量,降低运行维护成本。

c.海上油田原油外输计量系统中流量计及体积管等设备的检定费、检定人员的动复原费和现场服务费比陆地要高。一般都需要陆地计量站工作人员乘船或直升机到海上平台或FPSO上进行现场实液检定。液超声流量计检定周期长的特点可以降低原油外输计量系统的检定费用,并减少流量计检定给生产带来的不必要影响。

d.海上原油外输贸易交接计量对计量设备的计量精度和可靠性都有更高要求。液超声流量计具有预维护和智能自诊断功能的特点可以提高流量计的计量精度,降低故障概率。另外,液超声流量计数据智能化仪表的庞大数字信息,也顺应了当前海上数字化油田建设的趋势。

3 海上应用案例分析

某海上油田开发工程需要新建一艘15万吨级的FPSO对周边海上平台所产原油进行处理,并将处理合格的原油进行储存和外输。由于该油田是全海式开发模式,所以需要在FPSO上设置原油外输计量系统进行合格原油的海上外输计量。原油外输计量系统的设计基础见表2,可以看出原油粘度和密度变化大(周边马上要有新油田接入,外输油品的密度与粘度波动范围将会更大),而涡轮流量计每切换一次介质,雷诺数会发生改变,就必须重新检定一次,且对与高粘原油量程范围和计量准确度都会降低,所以液体涡轮流量计不太适用本外输计量系统。其次,该外输计量系统的原油外输速率比较高,单台流量计的最大流量要求很大,质量流量计因受尺寸和流量的限制,一般不太适用这样大流量的外输工况。根据上面的流量计适用性分析,该项目选择液超声(主要参考的是Daniel液超声流量计)和容积式(主要参考的是FMCSmith刮板流量计和Brodie双转子流量计)两种流量计进行选型分析,以说明液超声流量计的优势,对比结果见表3。

表2 原油外输计量系统设计基础

表3 流量计选型分析结果

可以看出,液超声流量计的优势非常明显。该项目FPSO原油外输计量系统由Daniel公司在新加坡工厂整体成撬,包括:计量撬、标定撬、水标系统和在线自动取样系统,原油外输计量系统流程如图1所示。初步估算采用液超声流量计可使计量撬的重量减轻约20t,节省直接投资人民币600多万元(管线和阀门尺寸大幅减小降低了计量撬的重量和费用)。由于压损小,FPSO原油外输设备每年可约电能20多万kWh。由于检定周期延长,与容积式流量计半年检定一次相比该系统每两年可节约检定费用人民币40多万元。另外,以上节省的投资或费用还不包括流量计运行维护成本节省的费用。目前,该FPSO原油外输计量系统已经投入使用,且运行效果良好。

图1 原油外输计量系统流程

4 液超声流量计的检定

作为贸易交接计量用的流量计,其准确度是用户关心的主要指标,为了保证其达到相应的准确度,必须采用专门的标准装置,并按照相应的检定规程定期对其进行检定和校准。另外,作为原油交接计量用的计量仪表均属国家强制检定的计量器具,必须按照《中华人民共和国强制检定的工作计量器具检定管理办法》实行强制检定。流量计的检定方法主要有体积管法、容积法、称量法和标准表法。

根据API5.8MeasurementofLiquidHydrocar-bonsbyUltrasonicFlowMetersUsingTransitTimeTechnology标准中对液超声流量计检定方法的要求和中国国家标准JJG1030-2007《超声波流量计检定规程》的规定以及国内外的实际应用案例,液超声流量计的检定方法主要有体积管法和主表法两种。由于目前国内外关于液超声流量计的检定方法和检定技术还不够成熟,特别是检定方式和体积管标准容积的选取还存在一些争议,致使其还未能大范围推广应用。随着液超声流量计用于原油贸易交接计量案例的不断增多和相关计量标准的不断完善,未来用液超声流量计进行原油贸易交接计量将会是一个趋势。目前,《用超声波流量计测量液态烃流量》的国家标准已经起草完成,并正在讨论和修改当中。

对于体积管法,由于超声波流量计的计量原理和脉冲产生机制,导致流量计会产生不均匀的脉冲输出。而活塞式体积管由于在运行过程中存在活塞的发射和回收现象会引起流量的明显扰动并且在一次检定过程中得到的脉冲数较少的原因,导致检定结果的重复性很差,因此活塞式体积管不适合直接检定液超声流量计。

而主表法采用等精度传递理论,所以要求流量量值在传递时需满足诸多苛刻条件。目前,在国内相关检定规程不完善,并且也没有大体积管直接检定液超声流量计案例的情况下,采用主表法检定液超声流量计也是一种选择。随着液超声流量计相关标准和规范的不断完善,如果现场条件允许,还是建议优先采用大体积管直接对液超声流量计进行检定。

5 结束语

液超声流量计在海上原油外输贸易交接计量中应用具有诸多优势。在海上平台或FPSO采用液超声流量计进行原油外输计量,不但可以缩减平台面积、减轻海上设施结构重量、节约能耗、减轻现场维护工作量、延长检定周期、降低投资与运行维护成本,同时还可以降低流量计的故障概率,比较符合海上数字化油田建设的大趋势。

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