涡街流量计在SAGD蒸汽管线上的应用

庞汉宠，王彦辉，魏跃桥

（海洋石油工程股份有限公司， 天津 300452）

在海洋石油平台的工艺测量中，需要被测量的流体介质多种多样，包括原油、柴油、天然气、海水、淡水、蒸汽等。不同的测量流体的特性、管径、流量范围、流体的稳定性都对测量结果有着重要影响。本文基于加拿大某油砂项目的设计基础上进行研究。油砂在开采过程中采取的是SAGD技术即蒸汽辅助重力驱油技术，该技术是在油砂矿层里钻两个水平井，一个位于油砂矿底部，另一个位于其上部的蒸汽注入井，加热油砂层以降低稠油的黏度，流入下面底部的井，再用泵送至地面进一步处理。本文研究蒸汽注入管线上的涡街流量计在该种工况下的选型以及在安装使用过程中如何应用。在海洋石油平台的设计过程中，蒸汽管线是较少遇到的。因此，这种高温蒸汽管线与海洋石油平台各个工艺管线上仪表的选型和安装存在着一定的差异。

1 概述

1.1 工作原理

涡街流量计是在流体中安放一根（或多根）非流线型组流体，流体在阻流体两侧交替地分离释放出两串规则的漩涡，在一定的流量范围内漩涡分离频率正比于管道内的平均流速，通过采用各种形式的检测元件测出漩涡频率就可推算出流体的流量。

1.2 工作特点

①涡街流量计结构简单牢固，安装维护方便；②适用于多种流体，如液体、气体、蒸汽等；③与差压式、转子流量计相比，精确度较高；④压损小；⑤输出与流量成正比的脉冲信号，适用于总量计量，无零点漂移；⑥不适用于强震动场所；⑦不适用于低雷诺数测量，在高黏度、低流速、小口径情况下的应用受到限制。

1.3 技术要求

在高精度和宽调整要求的场合不适宜选择涡街流量计。涡街流量计通常用于气体/蒸汽应用和任何相对清洁、低黏度、非磨蚀性的流体。若被测流量为两相状态，不得选用涡街流量计。涡街流量计不适用于流量计算结果雷诺数小于20000的黏性液体以及雷诺数小于50000的黏性气体/蒸汽。涡街流量计不应用于夹带固体颗粒的工艺系统。

涡街流量计应按厂家的结构进行安装。除非厂家有特殊说明，否则涡街流量计的安装应至少须遵循上游直管段20倍的管线直径，下游直管段5倍的管线直径。涡街流量计一般都在厂家进行校准，但仍需要定期检查。检查时，如果工艺系统不能关闭，那么应该安装合适的旁路隔离阀和管道以便于后期的检查和维护。

2 设计工况

2.1 工艺介质及参数

该项目所处地区的环境温度为-41℃至35℃，本文研究的涡街流量计用于高压蒸汽管线，测量的介质是蒸汽，最大压力为6000kPa·g，最大流量为20833kg/h，蒸汽最高温度为277℃。

2.2 蒸汽管线的选型及参数

蒸汽管线选用碳钢材质，管线的设计压力为7830kPa·g，管线的设计温度为295℃，由于该项目的环境温度较低，因此需要对该系统的管线做保温处理。

3 涡街流量计的安装

涡街流量计在安装时应参考ISO图、典型安装图、3D模型，安装步骤及方式应与厂家的操作指南一致。

3.1 安装要求

涡街流量计不宜安装在测量液体容易发生汽化的位置，也不适宜安装在振动的管道上。洁净气体、蒸汽和液体的大中流量，可以选用涡街流量计。低速流体及黏度大的液体测量，不适宜选用涡街流量计。对直管段的要求：上游为15～50D（D为管线直径）；上游加整流器时，上游不小于10D，下游至少为5D。

3.2 垂直安装

涡街流量计在安装时，工艺管线的设计应保证仪表主体内介质要保持充满，不能有空气残留。一般情况下，在不影响精度的情况下，涡街流量计可以在任何方向安装，但是要满足以下要求。涡街流量计垂直管线上安装时，测量不同的介质的涡街流量计的安装方向不同。如图1所示。

图1 不同测量介质的垂直安装

3.3 水平安装

对于蒸汽和固体含量少的流体，建议将流量计与电子设备安装在管道的一侧。这将使潜在的测量误差为最小，允许冷凝物或固体在不中断漩涡的情况下在出料杆下流动。

对于水平安装，最优朝向是把电子装置安装在管道的侧面。在液体应用中，这种安装方式能够避免进入空气或者是固体冲击漩涡发生器以及干扰发生体的频率。在气体或蒸汽管线的应用中，这种安装方式能够避免冷凝液体干扰漩涡发生器及其频率，如图2所示。

图2 水平安装的最优朝向

3.4 蒸汽管线

涡街流量计安装在蒸汽管线上，其涡街流量计所在的管线不能设计图3所示的S型，因为这种设计形式容易引起凝液返流到涡街流量计中，进而引起仪表设备的损坏。

图3 蒸汽管线不允许S型安装

3.5 搬运及检查

涡街流量计包括本体及变送器两部分，涡街流量计在搬运过程中应小心进行，不能用手直接托住变送器的位置进行搬运。应仔细核查涡街流量计所带的附件并进行核对，对于涡街流量计本体的温度探测不能进行拆卸，对温度探测的探针部分的保护套要等到现场施工时才能摘下，以免损伤探针。

3.6 安装方向

涡街流量计在现场安装时，要求安装方向为：管线的介质流向与涡街流量计本体所示流量方向一致。变送器的安装方向应90°或270°安装，如图4所示。

3.7 法兰安装

涡街流量计调整好方向后进行法兰对接安装，安装时选择合适等级的法兰垫片及螺栓，并按照厂家的指导作业书进行安装。

图4 涡街流量计变送器的安装方向

3.8 温度探测传感器安装

涡街流量计本体安装完成后，将温度传感器探针的保护装置摘除，并把温度传感器的探针插到流量计本体底部的孔中。用手拧紧后，再按照厂家的要求进行安装。如图5所示。

4 电气连接

图5 温度探测传感器安装图

涡街流量计工艺安装完成后，需要连接变送器部分。涡街流量计变送器的电气接口一般为1/2NPT。变送器的电气接口方向不应朝上，避免液体或者杂质残留。变送器的接线应按照设计的端子图的要求进行接线，具体接线步骤如图6所示。

图6 变送器接线盒内接线步骤

5 总结

由于涡街流量计自身的特点，因此在海上平台的设计安装中应用较少。本文主要根据油砂项目中遇到的涡街流量计，针对此种工况下如何进行安装进行阐述及论证，并可对今后相同工况及类似工艺设计参数的项目提供参考。