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阐发和切磋海上油田轻质原油商业交代计量体系的设想要点

背景: 我: 否认准确时间:2019-04-21

       择要:以南海某油田FPSO商业计量交代体系设想为例,阐发和切磋了海上油田轻质原油商业交代计量体系的设想要点,包含:计量体系整体设想、流量计选型、计量管路尺寸挑选和取样体系情??势等方面内容,很是后总结了相干设想思绪和保举做法,为此后其余近似?工程设想供给了参考和鉴戒。

 
       轻质原油密度、黏度较低,中国稠油学术集会保举将能源黏度小于20mPa·s(50℃),绝对密度小于0.9g/cm3(15.6℃)的原油分别为轻质原油[1]。鉴于轻质原油的物性特色,在计量体系的设想上需斟酌与其物性相婚配的顺应性。
 
       本文以南海某轻质油田FPSO商业交代计量体系设想为例,针对流量计选型、计量管路尺寸挑选和取样体系情势等设想要点停止了阐发和切磋。该油田所产原油为轻质原油,原油密度、黏度等工艺参数详见表1所列。
原油物性和工艺参数
       原油经FPSO工艺举措措施处置及格后贮存,并经由过程商业交代计量后外输至穿越油轮发卖。按照轻质原油的分别准绳,该油田原油密度和黏度均很低,属轻质原油,是以其商业交代计量体系的设想完整能够表现出轻质原油计量设想的特色,能够作为阐发工具和会商根本。
 
1计量体系整体设想
       计量体系按很是大外输流量4800m3/h设想,计量管路设想为4路(3用1备),每路流量为1600m3/h,设置装备摆设进口断绝阀、过滤消气器、流量计、节制阀、标定切换阀、单向阀及宁静阀等;选用双向球型体积管完成在线标定,标定流速节制在1.5m/s以内;设置装备摆设主动取样体系和灌水尝试装备,用于丈量原油含水率和检定取样体系。
 
2流量计选型阐发
       今朝,可到达商业交代计量精度的流量计首要有:pg电子平台:锅轮精准涡轮流量计、容积流量计、超声波流量计和品质流量计,且都合用于轻质原油计量工况。具
体选型阐发以下:
 
       1)超声波流量计和品质流量计。为便于流量计标定,凡是海上油田商业交代计量体系城市设置装备摆设在线标定体系。因为今朝pg电子平台:超声心动图波的电磁流量计和品质流量计在线标定的国度标准还处于切磋和试行阶段,保举的标定体例较为庞杂,现场办理和操纵方便,是以两种流量计对轻质原油计量的上风不较着。
 
       a)超声波流量计在线标定体例。按照GB/T36989—2018《用超声流量计丈量液态烃流量》标准内容,超声波流量计与典范机器式流量计比拟,操纵惯例体积管检定能够会使反复性的团圆性更大。基于现场数据,超声波流量计能够须要更大容积的体积管才能使流量计系数不肯定度到达统一目标。因为现场没法供给较大容积的体积管,是以能够接纳合适APIMPMS4.5:2011Mastermeterprovers中请求的标准表法停止超声波流量计的标定[2]。斟酌到海上油田举措措施空间无限及标定稳定性等身分,超声波流量计保举接纳标准表法标定。标定时,由标准体积管先标定标准表,以后再经由过程标准表停止等精度通报标定超声波流量计,标定流程较为庞杂。因为增添了标准表路(标准表选用其余型式流量计),致使了撬块尺寸、品质和投资用度的增添,是以暂不保举选用。
 
       b)品质流量计在线标定体例。品级流量的计在线标定若接纳标准体积管加在线密度计体例,此中密度计的标定须要送至中国计量迷信研讨院停止标定,因为送检耗时较长,方便于现场操纵和办理。品质流量计在线标定也可接纳标准表法,参考JJF1708—2018《标准表法科里奥利品质流量计在线校准标准》。标准表选用0.05%精度品级的品质流量计,由其来标定0.15%精度品级的任务表。标准表法虽可取代体积管等标定体例,进而削减撬块尺寸和品质,但标准表的标定今朝只能送至瑞士或荷兰计量院(接纳称重法,精度0.015%),送检操纵也较为方便。
 
       斟酌到以上身分,轻质原油计量暂不保举选用超声波流量计和品质流量计。
 
       2)涡轮流量计和容积流量计。涡轮流量计和容积流量计的选型阐发首要斟酌黏度合用性、流量计尺寸及投资用度等方面。
涡轮流量计和容积流量计选用指点表现
       a)黏度合用性。涡轮流量计和容积流量计都可用于轻质原油计量,但两种流量计对黏度的很是佳合用规模有差别的请求。具体的对照阐发首要参考APIMPMS5.1:2011Manualofpetroleummeasurementstandardschapter5-metering中“涡轮流量计和容积流量计选用指点”的内容,涡轮流量计和容积流量计在差别黏度和流量下的可用任务地区如图1所示[3]。从图1得悉:涡轮流量计很是合适低黏度的轻质原油计量,其很是佳任务地区对应的能源黏度规模在3mPa·s以内。跟着流量的增大,涡轮流量计条件合用地区所对应的黏度值有所增大,但需斟酌黏度增大致使的量程比下降的影响,如流量丈量的上限值会上升,量程比变小,保障知足丈量精度和标定请求。容积流量计合用于黏度较高的轻质原油计量,很是佳合用的能源黏度规模在1mPa·s以上,条件合用的很是小能源黏度约为0.1mPa·s,但容积流量计对低黏度原油的黏度变更敏感度较高。跟着流量的增大,容积流量计的很是佳任务地区对应的黏度值随之大幅晋升。
 
       b)流量计管路尺寸。按照外输流量及流量计量程规模,涡轮流量计选用量程规模为280~2800m3/h(尺寸12in);容积流量计需选用量程规模为200~2000m3/h(尺寸16in),因为涡轮流量计畅通才能强,是以选型尺寸小,更具有上风。
 
       c)投资用度。因为涡轮流量计尺寸小,且品质轻,可减小成撬的尺寸和品质,是以比容积流量计在投资用度上更具有上风。
 
       d)案例。该项目中FPSO单路计量流量1600m3/h,能源黏度0.6~1.0mPa·s(35℃),由图1可知,任务点落在了涡轮流量计很是佳任务区
域,是以保举选用涡轮流量计。若轻质原油的能源黏度增大至20mPa·s,流量参考本案例1600m3/h,任务点将移至涡轮流量计和容积流量计条件合用地区,此时选型上需停止综合斟酌;如流量持续减小,使任务点进入容积流量计很是佳任务地区,那末将保举接纳容积流量计。
 
       因为涡轮流量计的量程比对原油黏度较为敏感,当任务点位于条件合用地区时,在选型上应做合用性判定,可按照式(1)和表2中所列很是小流量值停止批改,式(1)表现的比值不斟酌实在际单元和意思。量程比应同时知足外输计量精度和流量计标定请求,JJG1037—2008《涡轮流量计》中,对精确度品级优于0.5%的涡轮流量计,标定时需检定的流量点应包含:qVmin,0.40qVmax和qVmax外,还应增添0.25qVmax,0.70qVmax2个流量点[4]。
 

公式1

 
       式中:液体活动黏度单元为mm2/s;流量计尺寸单元为mm(英寸)。
很是小流量qVmin
很是小流量qVmin
       例:假定轻质原油的密度0.9g/cm3,能源黏度16.2mPa·s,换算为活动黏度18mm2/s,流量按1600m3/h计较,流量计挑选300mm(12in),量程规模280~2800m3/h,任务点为很是大批程的57%。按照式(1)计较口径比值为1.5,对应表2的值为0.20qVmax,那末很是小流量批改为560m3/h,量程比缩减为5∶1。按照计较成果,外输流量值仍处在量程比规模内,且知足流量计标定请求,能够选用。
 
       从以上阐发可得出,涡轮流量计操纵在黏度值不跨越流量计尺寸的工况下,可判定其知足操纵请求,但不必然处于很是佳任务地区;如黏度值跨越流量计尺寸,即口径比值大于1,需做合用性判定。对FPSO外输计量体系,因为外输流量较为稳定,在合用性判定上首要斟酌流量计标定请求;对海上平台外输计量体系,因为原油外输输量逐年变更,在合用性判定上须要重点存眷量程比题目。
 
       综上所述,对轻质原油的计量,涡轮流量计更具上风,如油品黏度对其选型不影响,保举选用涡轮流量计。
 
3计量管路尺寸挑选
       轻质原油中轻组分含量较多,原油稳定性较差,易燃爆,设想上需斟酌静电身分。按照GB13348—2009《液体煤油产物静电宁静规程》请求,油轮和船舶装油初速率不应大于1m/s,当进口管淹没后,可进步流速,但不应大于7m/s[5]。
 
 
       该例中FPSO很是大外输流量为4800m3/h,计量流路设想为4路,每路流量为1600m3/h,如挑选口径为400mm(16in)管线,原油流速约为3.5m/s,能够知足标准中小于7m/s的请求。但接纳400mm管线将使计量管路上的进口断绝阀、过滤消气器、节制阀、标定切换阀、单向阀等装备的尺寸一路增大,致使全部计量撬的尺寸和品质增添,很是终使投资用度增添。
 
 
       在计量管路尺寸的挑选上可在知足标准的条件下,恰当斟酌经由过程进步原油外输流速,来减小管线及相干配套装备尺寸,进而下降计量体系的投资用度。因为FPSO原油外输为短时间歇体例,是以进步流速对管线的冲蚀影响可不作为首要身分斟酌。该例中如挑选300mm管线,原油流速约为6.3m/s,能够知足标准请求,同时300mm管线与流量计尺寸不异,削减了缩扩径管接件,且相干配套装备的选型尺寸也获得了优化,很是终可下降全部撬块的用度。
 
       对持续外输计量工况,计量管路尺寸的挑选应综合斟酌静电、管线冲蚀、乐音及投资用度等方面题目,挑选较为公道的计划。
 
4主动取样体系选型
       取样体系选型的焦点题目是保障取样的代表性。按照APIMPMS8.2:2015Standardpractice
forautomaticsamplingofliquidpetroleumandpetroleumproducts,程度管道顶部含水体积率c1与程度管道底部含水体积率c2的比值(c1/c2)在0.9~1.0为较好的油水夹杂状况,比值小于0.7为不可信赖的油水夹杂状况,取样的代表性不能证明有用[6]。与中、重质原油比拟,轻质原油因为油品的密度和黏度都较低,与水夹杂后更轻易呈现分层,是以增添了取样体系选型的庞杂性。
 
       凡是油水夹杂体例有静态和静态夹杂两种。静态夹杂体例经由过程弯头、缩扩径巨细头、阀门等管接件和牢固在管道内的夹杂元件完成对油、水流态的转变,从而到达夹杂的成果;静态夹杂体例操纵内部能源装备产生的能量,打散管道内的油水,到达夹杂的目标。
 
       油水到达充实夹杂所需的很是低分离能量Er可由以下公式求得[6],夹杂元件若能供给高于Er的能量,则可保障油水充实夹杂。对轻质原油,因为油、水轻易分层,是以所需的Er会响应增添;差别密度和黏度的轻质原油的Er值差别也较大,这些城市致使夹杂元件选型的差别,是以须要停止合用性阐发。
轻质原油的Er值计较公式分离系数
       该案例中,轻质原油密度为750kg/m3,能源黏度为1mPa·s(活动黏度1.33mm2/s),外输流量4800m3/h,外输总管径为750mm(30in),流体流速3m/s,取样点在外输程度直管段处。c1/c2取0.9,对应G值为10,水的密度为1025kg/m3:
 

分离系数道理公式分离系数计较公式2

 
       若轻质原油密度按900kg/m3,能源黏度按20mPa·s(活动黏度22.22mm2/s),其余参数稳定,计较得出Er′=1.43W/kg。从计较中可得出,原油的密度和黏度对分离能量计较值的影响较大,响应地也会致使夹杂元件选型的差别。上面是3种典范的可选体例,经由过程计较挑选合适的情势。
 
4.1喷嘴加夹杂泵
       喷嘴加夹杂泵情势为静态夹杂体例,装备装置在管道内部,经由过程将管道内的流体吸入泵中增压后由喷嘴从头注入管道,以该能量来打散油水,完成夹杂。按照式(5)计较[7]:
喷嘴流量计较公式
       E喷>Er能够知足夹杂请求,现实操纵中,还需斟酌喷嘴安排地位及放射标的目标,以到达较好的夹杂成果。
 
4.2孔板元件
       孔板元件牢固在管道内,经由过程节省来转变油水散布,到达夹杂目标,属于静态夹杂体例。按照式(6)~(8)计较:
阻力系数计较公式
       式中:K———阻力系数;u孔———流体在孔板节省处流速,m/s;ΔX———分离间隔,m;Δp———压降,Pa;γ———很是小与很是大管径比值。
 
       当γ取0.66,ΔX取10D,则:
管径增大后的阻力系数计较20200421102816.jpg
       E孔>Er能够知足夹杂请求,但Δp过大,使得全部计量体系的压损不能节制在200kPa以内,是以接纳孔板元件并不合适。
 
       对密度900kg/m3,能源黏度20mPa·s的轻质原油,当γ取0.85时:
20200421102847.jpg
E孔′>E′r能够知足夹杂请求,且Δp也很合适,比拟于静态夹杂体例,接纳孔板元件的静态夹杂体例计划简略,投资用度低,在此工况下应被保举接纳。
 
4.3管件弯头
       在管线上操纵4个管件弯头组合的管路设想,来转变物流流态而到达夹杂的目标。按照式(9)~(10)计较以下:
20200421102916.jpg
       式中:β———元件的分离能量特征参数;E0———程度直管段的分离能量。
20200421102919.jpg
       弯头的半径与管径比值取1,数目为4个,是以β值在标准中查表可知为2.2,是以,E弯=0.35W/kg。E弯<E′r<Er不知足该案例中轻质原油的夹杂请求,但E弯和Er′数值已较为靠近,若其余参数稳定,当原油的密度和黏度值持续下降,油品性子变为中、重质原油时,接纳管件的夹杂体例可作为斟酌选项。
 
4.4论断
       经由过程以上计较可看出,油水夹杂的焦点题目在于分离能量。分离能量的获得可经由过程两种路子:
       1)由管路体系自身供给。将节省元件产生的压损转化为打散油水的能量,该体例相称于在体系内部发掘能量,发掘的能量越多,产生的压损越大,因该静态夹杂体例较合用于密度和黏度较高的轻质原油工况。
       2)由内部装备供给。操纵内部装备产生的能量来打散油水,该体例相称于向管路体系注入能量,管路体系自身的能量不受丧失,是以压损很小,可疏忽不计。同时,该体例能够供给较高的分离能量,是以静态夹杂体例较合用于黏度和密度较低的轻质原油工况。
 
5竣事语
       本文首要从三个方面临轻质原油商业交代计量体系的设想停止了阐发和切磋,从中可总结出一些设想思绪和保举做法:
       1)流量计选型。对外输流量大且油品黏度值小于流量计尺寸的轻质原油,选型上保举涡轮流量计,能源黏度值若在3mPa·s以下,涡轮流量计根基可处于很是佳任务地区。当油品黏度值大于流量计尺寸时,选型上需对涡轮流量计停止合用性阐发。对外输流量小,且油品黏度较高的轻质原油,可斟酌选用容积式流量计。
       2)计量管路尺寸挑选。在知足国度标准请求的条件下,可恰当进步管路设想流速,减小管路设想尺寸,从而下降全部计量撬的投资用度。
       3)主动取样体系选型。对密度和黏度较小的轻质原油,因为油水较易分层,保举选用静态夹杂体例;跟着密度和黏度的下降,可斟酌选用静态夹杂体例,但需存眷压损影响。
 
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