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電磁流量計(jì)在鹽穴儲(chǔ)氣庫造腔中應(yīng)用
發(fā)布時(shí)間:2019-01-17

摘要:鹽穴儲(chǔ)氣庫在造腔過程中,電磁流量計(jì)用于計(jì)量注人和排出液體體積,其可靠性直接影響到造腔工程師對(duì)造腔進(jìn)度的監(jiān)控,及相應(yīng)施工計(jì)劃的安排。除定期檢測(cè)外,文章根據(jù)巖鹽中泥質(zhì)不溶物膨松系數(shù)在一定范圍這一特征,統(tǒng)計(jì)分析生產(chǎn)數(shù)據(jù),評(píng)價(jià)其可靠性。結(jié)果表明,電磁流量計(jì)可靠性能滿足鹽穴儲(chǔ)氣庫造腔生產(chǎn)需要。
  電磁流量計(jì)由流量傳感器和轉(zhuǎn)換器兩部分組成,與其他類型的流量計(jì)相比,電磁流量計(jì)具有無壓損、口徑大、量程比寬、耐腐蝕、適用于高黏度介質(zhì)、性價(jià)比高等特點(diǎn),可充分減小管道內(nèi)的阻力,符合節(jié)能降耗的要求。目前,電磁流量計(jì)已廣泛應(yīng)用于造腔生產(chǎn)中,雖然經(jīng)過定期檢測(cè),但由于被測(cè)介質(zhì)性質(zhì)及流速等的影響,電磁流量計(jì)在造腔中的應(yīng)用效果并未評(píng)價(jià)。調(diào)研結(jié)果表明[4_6],巖鹽中不溶物膨松系數(shù)在特定地區(qū)是常數(shù),且往往在一定范圍內(nèi),可用生產(chǎn)中溶鹽體積、腔體實(shí)際體積、不溶物含量等參數(shù)表達(dá)。介紹電磁流量計(jì)的測(cè)量原理,造腔地面工藝,確定電磁流量計(jì)在造腔站的適用性,造腔站內(nèi)電磁流量計(jì)的選型與安裝,明確該類流量計(jì)的使用符合減小測(cè)量誤差及穩(wěn)定性的要求,再根據(jù)曰常生產(chǎn)中的注人液體、排出液體體積以及相應(yīng)的濃度,對(duì)溶鹽體積進(jìn)行計(jì)算,結(jié)合階段造腔實(shí)際體積及不溶物含量,計(jì)算不溶物膨松系數(shù),評(píng)價(jià)流量計(jì)的可靠性。
1電磁流量計(jì)測(cè)量原理
  電磁流量計(jì)是利用法拉第電磁感應(yīng)定律測(cè)量,如圖1所示,用于測(cè)量電極與運(yùn)動(dòng)的流體構(gòu)成的回路中產(chǎn)生的電參數(shù),并根據(jù)公式換算成流體速度,再測(cè)量流通截面液位高度得到流通面積,兩者相乘得到所測(cè)流量。

? 式中:為被測(cè)介質(zhì)體積流量,m3/s;%為直流式電磁流量計(jì)用來測(cè)量流體橫越磁場(chǎng)時(shí)所感生的電動(dòng)勢(shì),V;6為磁感應(yīng)強(qiáng)度,T;L為電極間距,即測(cè)量管內(nèi)徑,m;v為液體平均流速,m/s;A為修正系數(shù)。
電磁流量計(jì)工作原理圖
2造腔站電磁流量計(jì)選型
  電磁流量計(jì)選型與安裝應(yīng)根據(jù)工藝條件來確定,主要包括被測(cè)介質(zhì)電導(dǎo)率、溫度、壓力、介質(zhì)流量范圍、工藝管道的管徑、介質(zhì)狀態(tài),介質(zhì)的腐蝕性,工藝管道材質(zhì)等因素,保證測(cè)量的精度,并根據(jù)環(huán)境條件選擇防爆及防護(hù)等級(jí)。
2.1造腔地面工藝
  造腔地面工藝分為注水工藝和排鹵工藝。注7jC過程中,淡水或淡鹵水通過離心泵增壓至匯管,然后通過各井管線流量計(jì)計(jì)量,進(jìn)人鹽層。排鹵過程為,溶鹽產(chǎn)生的鹵水依靠自身壓力通過管道計(jì)量后,最終進(jìn)人匯管外輸。
2.2選型及安裝
  造腔站電磁流量計(jì)測(cè)量介質(zhì)主要為鹵水或者淡鹵水,電導(dǎo)性較強(qiáng),但具有較強(qiáng)的腐蝕性。采用的襯里材料為聚四氟乙烯(PTFE),電極材料選用哈氏合金(HC),耐腐蝕性能好,能有效預(yù)防注人和排出液體含有顆粒雜質(zhì)、飽和鹵水結(jié)晶等問題。防護(hù)等級(jí)選用IP65用以完全防止外物侵入并防噴射水進(jìn)人。
  在安裝位置方面,各單井注水排商流量計(jì)在高低壓閥室,與注水泵機(jī)組隔離,接地良好。單井注水排鹵管道為DN150,流量計(jì)的前直管段長(zhǎng)度為87cm,后直管段55cm,同時(shí),在回鹵的低壓閥室,電磁流量計(jì)安裝在介質(zhì)的上流處,符合電磁流量計(jì)安裝要求[7_8]。
3造腔站電磁流量計(jì)可靠性分析
  根據(jù)巖鹽中泥質(zhì)不溶物膨松系數(shù)在一定范圍這一特征,通過對(duì)金壇儲(chǔ)氣庫的造腔井生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,計(jì)算腔體溶鹽量,結(jié)合聲響測(cè)腔體積,計(jì)算不溶物膨松系數(shù),檢驗(yàn)電磁流量計(jì)計(jì)量的可靠性。
3.1鹽層物理化學(xué)性質(zhì)
  金壇鹽巖層段巖性主要為鹽巖、含泥鹽巖夾含鹽泥巖、鈣芒硝泥巖、云質(zhì)泥巖、泥巖、粉砂巖等。對(duì)于占鹽巖段80%以上的鹽巖層,主要礦石以石鹽為主,其次為鈣芒硝、石膏,局部出現(xiàn)無水芒硝,雜質(zhì)主要為粘土礦物,其次為白云巖、碳酸鹽巖等。石鹽的化學(xué)組成主要是NaCl,占74.9%~90.8%,其次是Na2S04、CaS04,其他鹽類甚微.
3.2造腔運(yùn)行中溶鹽量計(jì)算
  由于日常造腔中,主要注人淡水或者淡鹵水,離子濃度非常低,且日;(yàn)中測(cè)量了注人液體的氯離子濃度,其他離子未詳細(xì)測(cè)量,所以在進(jìn)行溶解鹽體積計(jì)算時(shí),注人液體只考慮氯離子。

  由于每次測(cè)腔都有等待和準(zhǔn)備時(shí)間,所以腔內(nèi)鹵水濃度會(huì)繼續(xù)升高,腔體體積擴(kuò)大。故該階段溶鹽體積應(yīng)按照式(9)計(jì)算:

  式中:心為日溶鹽體積,m3;心為日采鹽體積,m3;為腔體擴(kuò)大后未排出液體的溶鹽體積,m3;為腔體擴(kuò)大后未排出液體體積,m3;為腔體擴(kuò)大后未排出的液體中等效淡水溶劑質(zhì)量,kg;化為日排出液體體積,m3;F注為日注人液體體積,m3;為日排出液體氯化鈉質(zhì)量體積濃度,g/l;(^為日注入液體氯化鈉質(zhì)量體積濃度,g/1;P排為曰排出液體密度,kg/m3;p注為日注入液體密度,kg/m3;氯化鈉密度,kg/m3;以為水的密度,kg/m3;為階段溶鹽體積,m3;為聲吶測(cè)量時(shí)腔體內(nèi)氯化鈉質(zhì)量體積濃度,g/1;為聲吶測(cè)量時(shí)腔體內(nèi)液體密度,kg/m30
  由于2016年前并未進(jìn)行注水濃度化驗(yàn),選擇了2016年至2017年進(jìn)行造腔并在該時(shí)間段內(nèi)完成設(shè)定造腔階段的井進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,結(jié)果如表1所示。


3.3膨松系數(shù)
  鹽巖礦床不論品位多髙,都普遍存在著水不溶物,主要分布在鹽巖層內(nèi)及夾層中。由于金壇鹽礦不溶物中的一大部分屬于泥巖,主要以粘土礦物中以伊利石為主,其次為伊/蒙混層,無高嶺石,這些粘土礦物的強(qiáng)吸水性及吸水后極易膨松性,會(huì)減少腔體有效體積,所以實(shí)際溶解鹽的體積并不是腔體體積,它們之間存在以下關(guān)系:
  式中:K為階段腔體有效體積,m3;1為階段溶解的固體鹽體積,m3;?為階段鹽巖中不溶物比例,小數(shù);盧為階段鹽巖中不溶物崩落以后的膨松系數(shù),常數(shù)。
  根據(jù)實(shí)驗(yàn),金壇儲(chǔ)氣庫不溶物膨松系數(shù)在1.5~3范圍。由于鹽穴造腔高度近150m,含多個(gè)夾層,夾層含粘土礦物含量不同,所以膨松系數(shù)不同,同時(shí)夾層的厚度不同,所以利用該方法模擬的腔體體積的評(píng)價(jià)應(yīng)根據(jù)不同造腔階段來進(jìn)行。.表1列舉了2017年測(cè)腔井的階段造腔體積及該階段不溶物含量,并計(jì)算該階段的不溶物膨松系數(shù)。
  從表1可以看出,除T7井外,其他井不溶物膨松系數(shù)均在1.5~3范圍,說明造腔站內(nèi)的電磁流量計(jì)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性能夠滿足生產(chǎn)的需要。
3.4誤差分析
  根據(jù)該方法對(duì)鹽穴儲(chǔ)氣庫電磁流量計(jì)效果進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí),不溶物膨松系數(shù)計(jì)算誤差主要受下列因素影響。
(1)注人液體溶液質(zhì)量濃度化驗(yàn)誤差。受鹽廠清罐等因素影響,當(dāng)日供應(yīng)的淡鹵水濃度可能會(huì)出現(xiàn)上午高,下午低的情況,而每天淡水供應(yīng)化驗(yàn)的濃度只有上午一個(gè)參數(shù),所以對(duì)計(jì)算結(jié)果有一定影響。該誤差可通過增加濃度化驗(yàn)次數(shù)得到有效解決
(2)由注人液體中硫酸鈉、硫酸鈣等含量的不確定引起的誤差,但這些礦物在溶液中含量非常少,在一個(gè)造腔階段內(nèi)其影響可忽略。
(3)流量計(jì)計(jì)量誤差,F(xiàn)場(chǎng)選用的是準(zhǔn)確度等級(jí)為0.5級(jí)的流量計(jì)。檢測(cè)報(bào)告顯示,流量計(jì)實(shí)際相對(duì)示值誤差較大,這可能導(dǎo)致計(jì)算的不溶物膨松系數(shù)偏離正常范圍。以T7井為例,如表2所示,注入端流量計(jì)FT1在30m3/h時(shí),相對(duì)示值誤差達(dá)6%,在90m3/h時(shí),相對(duì)示值誤差為3%,明顯大于排出端流量計(jì)FT2在對(duì)應(yīng)檢測(cè)點(diǎn)的相對(duì)示值誤差。同時(shí),生產(chǎn)數(shù)據(jù)顯示,T7井在該造腔階段,F(xiàn)T1示值在30~80m3/h范圍,這直接導(dǎo)致了計(jì)算的注入鹽量偏大,而溶鹽量偏小,最終使不落物膨松系數(shù)偏低?紤]到注人液體溶液質(zhì)量濃度化驗(yàn)誤差對(duì)于所有同期造腔井的不溶物膨松系數(shù)影響結(jié)果相近,而除T7井外,其他井不溶物膨松系數(shù)都在正常范圍內(nèi),所以流量計(jì)FT1實(shí)際測(cè)量誤差大是導(dǎo)致T7井不溶物膨松系數(shù)偏小的主要原因。

  從表2中可以看出,隨流速的增大,相對(duì)示值誤差逐漸減小。這可能是由于測(cè)量的流體內(nèi)部雜質(zhì)在管道內(nèi)易形成沉淀,雖然采用了聚四氟乙烯作為襯里材料保護(hù)電極,但是在低速流狀態(tài)下,這些沉淀附著于內(nèi)襯的表面使測(cè)量結(jié)果發(fā)生偏差,所以電磁流量計(jì)實(shí)際測(cè)量誤差必將隨著時(shí)間的推移而逐漸增大。為提高電磁流量計(jì)在鹽穴儲(chǔ)氣庫造腔過程中的測(cè)量精度,可采用以下方法。
(1)調(diào)整工藝,在可控范圍內(nèi)提髙流速,減少雜質(zhì)沉淀,提高測(cè)量精度。
(2)定期清理流量計(jì)。
(3)對(duì)于檢測(cè)過程中發(fā)現(xiàn)的誤差值超過最大允許誤差的流量計(jì),儀表系數(shù)偏離原出廠標(biāo)定的儀表系數(shù)時(shí),可根據(jù)檢測(cè)機(jī)構(gòu)的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行儀表系數(shù)校準(zhǔn)。
結(jié)束語
  綜上所述,電磁流量計(jì)的正確率和穩(wěn)定性能夠滿足鹽穴儲(chǔ)氣庫造腔的需要。但是,電磁流量計(jì)在鹽穴儲(chǔ)氣庫使用中,受待測(cè)液體不純的影響,實(shí)際的測(cè)量誤差隨時(shí)間的推移而逐漸增大,特別是在低流速的情況下,相對(duì)示值誤差明顯較大。造腔設(shè)計(jì)者可根據(jù)特定地區(qū)巖鹽中不溶物膨松系數(shù)在一定范圍內(nèi)這一特征,進(jìn)行生產(chǎn)分析,評(píng)價(jià)流量計(jì)計(jì)量在使用中的可靠性。對(duì)于不溶物膨松系數(shù)不在特定范圍內(nèi)的井,排除濃度檢驗(yàn)影響后,可通過提高流速,定期清理流量計(jì),儀表系數(shù)校準(zhǔn)等方式提高測(cè)量的數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性,以便于合理安排造腔計(jì)劃,指導(dǎo)造腔施工。

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