龐漢寵，王彥輝，魏躍橋

（海洋石油工程股份有限公司， 天津 300452）

在海洋石油平臺的工藝測量中，需要被測量的流體介質(zhì)多種多樣，包括原油、柴油、天然氣、海水、淡水、蒸汽等。不同的測量流體的特性、管徑、流量范圍、流體的穩(wěn)定性都對測量結(jié)果有著重要影響。本文基于加拿大某油砂項目的設(shè)計基礎(chǔ)上進行研究。油砂在開采過程中采取的是SAGD技術(shù)即蒸汽輔助重力驅(qū)油技術(shù)，該技術(shù)是在油砂礦層里鉆兩個水平井，一個位于油砂礦底部，另一個位于其上部的蒸汽注入井，加熱油砂層以降低稠油的黏度，流入下面底部的井，再用泵送至地面進一步處理。本文研究蒸汽注入管線上的渦街流量計在該種工況下的選型以及在安裝使用過程中如何應(yīng)用。在海洋石油平臺的設(shè)計過程中，蒸汽管線是較少遇到的。因此，這種高溫蒸汽管線與海洋石油平臺各個工藝管線上儀表的選型和安裝存在著一定的差異。

1 概述

1.1 工作原理

渦街流量計是在流體中安放一根（或多根）非流線型組流體，流體在阻流體兩側(cè)交替地分離釋放出兩串規(guī)則的漩渦，在一定的流量范圍內(nèi)漩渦分離頻率正比于管道內(nèi)的平均流速，通過采用各種形式的檢測元件測出漩渦頻率就可推算出流體的流量。

1.2 工作特點

①渦街流量計結(jié)構(gòu)簡單牢固，安裝維護方便；②適用于多種流體，如液體、氣體、蒸汽等；③與差壓式、轉(zhuǎn)子流量計相比，精確度較高；④壓損小；⑤輸出與流量成正比的脈沖信號，適用于總量計量，無零點漂移；⑥不適用于強震動場所；⑦不適用于低雷諾數(shù)測量，在高黏度、低流速、小口徑情況下的應(yīng)用受到限制。

1.3 技術(shù)要求

在高精度和寬調(diào)整要求的場合不適宜選擇渦街流量計。渦街流量計通常用于氣體/蒸汽應(yīng)用和任何相對清潔、低黏度、非磨蝕性的流體。若被測流量為兩相狀態(tài)，不得選用渦街流量計。渦街流量計不適用于流量計算結(jié)果雷諾數(shù)小于20000的黏性液體以及雷諾數(shù)小于50000的黏性氣體/蒸汽。渦街流量計不應(yīng)用于夾帶固體顆粒的工藝系統(tǒng)。

渦街流量計應(yīng)按廠家的結(jié)構(gòu)進行安裝。除非廠家有特殊說明，否則渦街流量計的安裝應(yīng)至少須遵循上游直管段20倍的管線直徑，下游直管段5倍的管線直徑。渦街流量計一般都在廠家進行校準(zhǔn)，但仍需要定期檢查。檢查時，如果工藝系統(tǒng)不能關(guān)閉，那么應(yīng)該安裝合適的旁路隔離閥和管道以便于后期的檢查和維護。

2 設(shè)計工況

2.1 工藝介質(zhì)及參數(shù)

該項目所處地區(qū)的環(huán)境溫度為-41℃至35℃，本文研究的渦街流量計用于高壓蒸汽管線，測量的介質(zhì)是蒸汽，最大壓力為6000kPa·g，最大流量為20833kg/h，蒸汽最高溫度為277℃。

2.2 蒸汽管線的選型及參數(shù)

蒸汽管線選用碳鋼材質(zhì)，管線的設(shè)計壓力為7830kPa·g，管線的設(shè)計溫度為295℃，由于該項目的環(huán)境溫度較低，因此需要對該系統(tǒng)的管線做保溫處理。

3 渦街流量計的安裝

渦街流量計在安裝時應(yīng)參考ISO圖、典型安裝圖、3D模型，安裝步驟及方式應(yīng)與廠家的操作指南一致。

3.1 安裝要求

渦街流量計不宜安裝在測量液體容易發(fā)生汽化的位置，也不適宜安裝在振動的管道上。潔凈氣體、蒸汽和液體的大中流量，可以選用渦街流量計。低速流體及黏度大的液體測量，不適宜選用渦街流量計。對直管段的要求：上游為15～50D（D為管線直徑）；上游加整流器時，上游不小于10D，下游至少為5D。

3.2 垂直安裝

渦街流量計在安裝時，工藝管線的設(shè)計應(yīng)保證儀表主體內(nèi)介質(zhì)要保持充滿，不能有空氣殘留。一般情況下，在不影響精度的情況下，渦街流量計可以在任何方向安裝，但是要滿足以下要求。渦街流量計垂直管線上安裝時，測量不同的介質(zhì)的渦街流量計的安裝方向不同。如圖1所示。

圖1 不同測量介質(zhì)的垂直安裝

3.3 水平安裝

對于蒸汽和固體含量少的流體，建議將流量計與電子設(shè)備安裝在管道的一側(cè)。這將使?jié)撛诘臏y量誤差為最小，允許冷凝物或固體在不中斷漩渦的情況下在出料桿下流動。

對于水平安裝，最優(yōu)朝向是把電子裝置安裝在管道的側(cè)面。在液體應(yīng)用中，這種安裝方式能夠避免進入空氣或者是固體沖擊漩渦發(fā)生器以及干擾發(fā)生體的頻率。在氣體或蒸汽管線的應(yīng)用中，這種安裝方式能夠避免冷凝液體干擾漩渦發(fā)生器及其頻率，如圖2所示。

圖2 水平安裝的最優(yōu)朝向

3.4 蒸汽管線

渦街流量計安裝在蒸汽管線上，其渦街流量計所在的管線不能設(shè)計圖3所示的S型，因為這種設(shè)計形式容易引起凝液返流到渦街流量計中，進而引起儀表設(shè)備的損壞。

圖3 蒸汽管線不允許S型安裝

3.5 搬運及檢查

渦街流量計包括本體及變送器兩部分，渦街流量計在搬運過程中應(yīng)小心進行，不能用手直接托住變送器的位置進行搬運。應(yīng)仔細核查渦街流量計所帶的附件并進行核對，對于渦街流量計本體的溫度探測不能進行拆卸，對溫度探測的探針部分的保護套要等到現(xiàn)場施工時才能摘下，以免損傷探針。

3.6 安裝方向

渦街流量計在現(xiàn)場安裝時，要求安裝方向為：管線的介質(zhì)流向與渦街流量計本體所示流量方向一致。變送器的安裝方向應(yīng)90°或270°安裝，如圖4所示。

3.7 法蘭安裝

渦街流量計調(diào)整好方向后進行法蘭對接安裝，安裝時選擇合適等級的法蘭墊片及螺栓，并按照廠家的指導(dǎo)作業(yè)書進行安裝。

圖4 渦街流量計變送器的安裝方向

3.8 溫度探測傳感器安裝

渦街流量計本體安裝完成后，將溫度傳感器探針的保護裝置摘除，并把溫度傳感器的探針插到流量計本體底部的孔中。用手擰緊后，再按照廠家的要求進行安裝。如圖5所示。

4 電氣連接

圖5 溫度探測傳感器安裝圖

渦街流量計工藝安裝完成后，需要連接變送器部分。渦街流量計變送器的電氣接口一般為1/2NPT。變送器的電氣接口方向不應(yīng)朝上，避免液體或者雜質(zhì)殘留。變送器的接線應(yīng)按照設(shè)計的端子圖的要求進行接線，具體接線步驟如圖6所示。

圖6 變送器接線盒內(nèi)接線步驟

5 總結(jié)

由于渦街流量計自身的特點，因此在海上平臺的設(shè)計安裝中應(yīng)用較少。本文主要根據(jù)油砂項目中遇到的渦街流量計，針對此種工況下如何進行安裝進行闡述及論證，并可對今后相同工況及類似工藝設(shè)計參數(shù)的項目提供參考。