輕質(zhì)原油密度、黏度較低，中國稠油學(xué)術(shù)會議推薦將動力黏度小于２０ｍＰａ·ｓ（５０℃），相對密度小于０．９ｇ／ｃｍ３（１５．６℃）的原油劃分為輕質(zhì)原油［１］。鑒于輕質(zhì)原油的物性特點，在計量系統(tǒng)的設(shè)計上需考慮與其物性相匹配的適應(yīng)性。

 

       本文以南海某輕質(zhì)油田ＦＰＳＯ貿(mào)易交接計量系統(tǒng)設(shè)計為例，針對流量計選型、計量管路尺寸選擇以及取樣系統(tǒng)形式等設(shè)計要點進行了分析和探討。該油田所產(chǎn)原油為輕質(zhì)原油，原油密度、黏度等工藝參數(shù)詳見表１所列。

       原油經(jīng)ＦＰＳＯ工藝設(shè)施處理合格后儲存，并通過貿(mào)易交接計量后外輸至穿梭油輪銷售。根據(jù)輕質(zhì)原油的劃分原則，該油田原油密度和黏度均很低，屬輕質(zhì)原油，因此其貿(mào)易交接計量系統(tǒng)的設(shè)計完全可以體現(xiàn)出輕質(zhì)原油計量設(shè)計的特點，可以作為分析對象和討論基礎(chǔ)。

 

１計量系統(tǒng)總體設(shè)計

       計量系統(tǒng)按非常大外輸流量４８００ｍ３／ｈ設(shè)計，計量管路設(shè)計為４路（３用１備），每路流量為１６００ｍ３／ｈ，配置入口隔離閥、過濾消氣器、流量計、控制閥、標定切換閥、單向閥及安全閥等；選用雙向球型體積管實現(xiàn)在線標定，標定流速控制在１．５ｍ／ｓ以內(nèi)；配置自動取樣系統(tǒng)和注水實驗設(shè)備，用于測量原油含水率和檢定取樣系統(tǒng)。

 

２流量計選型分析

       目前，可達到貿(mào)易交接計量精度的流量計主要有：渦輪流量計、容積流量計、超聲波流量計和質(zhì)量流量計，且都適用于輕質(zhì)原油計量工況。具

體選型分析如下：

 

       １）超聲波流量計和質(zhì)量流量計。為便于流量計標定，通常海上油田貿(mào)易交接計量系統(tǒng)都會配置在線標定系統(tǒng)。由于目前超聲波流量計和質(zhì)量流量計在線標定的國家規(guī)范還處于探討和試行階段，推薦的標定方法較為復(fù)雜，現(xiàn)場管理和操作不便，因此兩種流量計對于輕質(zhì)原油計量的優(yōu)勢不明顯。

 

       ａ）超聲波流量計在線標定方式。根據(jù)ＧＢ／Ｔ３６９８９—２０１８《用超聲流量計測量液態(tài)烴流量》規(guī)范內(nèi)容，超聲波流量計與典型機械式流量計相比，使用常規(guī)體積管檢定可能會使重復(fù)性的離散性更大。基于現(xiàn)場數(shù)據(jù)，超聲波流量計可能需要更大容積的體積管才能使流量計系數(shù)不確定度達到同一指標。由于現(xiàn)場無法提供較大容積的體積管，因此可以采用符合ＡＰＩＭＰＭＳ４．５：２０１１Ｍａｓｔｅｒｍｅｔｅｒｐｒｏｖｅｒｓ中要求的標準表法進行超聲波流量計的標定［２］�？紤]到海上油田設(shè)施空間有限及標定穩(wěn)定性等因素，超聲波流量計推薦采用標準表法標定。標定時，由標準體積管先標定標準表，之后再通過標準表進行等精度傳遞標定超聲波流量計，標定流程較為復(fù)雜。由于增加了標準表路（標準表選用其他型式流量計），導(dǎo)致了撬塊尺寸、質(zhì)量以及投資費用的增加，因此暫不推薦選用。

 

       ｂ）質(zhì)量流量計在線標定方式。質(zhì)量流量計在線標定若采用標準體積管加在線密度計方法，其中密度計的標定需要送至中國計量科學(xué)研究院進行標定，由于送檢耗時較長，不便于現(xiàn)場操作和管理。質(zhì)量流量計在線標定也可采用標準表法，參考ＪＪＦ１７０８—２０１８《標準表法科里奧利質(zhì)量流量計在線校準規(guī)范》。標準表選用０．０５％精度等級的質(zhì)量流量計，由其來標定０．１５％精度等級的工作表。標準表法雖可取代體積管等標定方法，進而減少撬塊尺寸和質(zhì)量，但標準表的標定目前只能送至瑞士或荷蘭計量院（采用稱重法，精度０．０１５％），送檢操作也較為不便。

 

       考慮到以上因素，輕質(zhì)原油計量暫不推薦選用超聲波流量計和質(zhì)量流量計。

 

       ２）渦輪流量計和容積流量計。渦輪流量計和容積流量計的選型分析主要考慮黏度適用性、流量計尺寸及投資費用等方面。

       ａ）黏度適用性。渦輪流量計和容積流量計均可用于輕質(zhì)原油計量，但兩種流量計對黏度的非常佳適用范圍有不同的要求。具體的對比分析主要參考ＡＰＩＭＰＭＳ５．１：２０１１Ｍａｎｕａｌｏｆｐｅｔｒｏｌｅｕｍｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓｔａｎｄａｒｄｓｃｈａｐｔｅｒ５－ｍｅｔｅｒｉｎｇ中“渦輪流量計和容積流量計選用指導(dǎo)”的內(nèi)容，渦輪流量計和容積流量計在不同黏度和流量下的可用工作區(qū)域如圖１所示［３］。從圖１得知：渦輪流量計非常適合低黏度的輕質(zhì)原油計量，其非常佳工作區(qū)域?qū)��?yīng)的動力黏度范圍在３ｍＰａ·ｓ以內(nèi)。隨著流量的增大，渦輪流量計條件適用區(qū)域所對應(yīng)的黏度值有所增大，但需考慮黏度增大導(dǎo)致的量程比降低的影響，如流量測量的下限值會上升，量程比變小，保證滿足測量精度和標定要求。容積流量計適用于黏度較高的輕質(zhì)原油計量，非常佳適用的動力黏度范圍在１ｍＰａ·ｓ以上，條件適用的非常小動力黏度約為０．１ｍＰａ·ｓ，但容積流量計對低黏度原油的黏度變化敏感度較高。隨著流量的增大，容積流量計的非常佳工作區(qū)域?qū)��?yīng)的黏度值隨之大幅提升。

 

       ｂ）流量計管路尺寸。根據(jù)外輸流量及流量計量程范圍，渦輪流量計選用量程范圍為２８０～２８００ｍ３／ｈ（尺寸１２ｉｎ）；容積流量計需選用量程范圍為２００～２０００ｍ３／ｈ（尺寸１６ｉｎ），由于渦輪流量計流通能力強，因此選型尺寸小，更具有優(yōu)勢。

 

       ｃ）投資費用。由于渦輪流量計尺寸小，且質(zhì)量輕，可減小成撬的尺寸和質(zhì)量，因此比容積流量計在投資費用上更具有優(yōu)勢。

 

       ｄ）案例。該項目中ＦＰＳＯ單路計量流量１６００ｍ３／ｈ，動力黏度０．６～１．０ｍＰａ·ｓ（３５℃），由圖１可知，工作點落在了渦輪流量計非常佳工作區(qū)

域，因此推薦選用渦輪流量計。若輕質(zhì)原油的動力黏度增大至２０ｍＰａ·ｓ，流量參考本案例１６００ｍ３／ｈ，工作點將移至渦輪流量計和容積流量計條件適用區(qū)域，此時選型上需進行綜合考慮；如流量繼續(xù)減小，使工作點進入容積流量計非常佳工作區(qū)域，那么將推薦采用容積流量計。

 

       由于渦輪流量計的量程比對原油黏度較為敏感，當(dāng)工作點位于條件適用區(qū)域時，在選型上應(yīng)做適用性判斷，可根據(jù)式（１）和表２中所列非常小流量值進行修正，式（１）表示的比值不考慮其實際單位和意義。量程比應(yīng)同時滿足外輸計量精度和流量計標定要求，ＪＪＧ１０３７—２００８《渦輪流量計》中，對于準確度等級優(yōu)于０．５％的渦輪流量計，標定時需檢定的流量點應(yīng)包括：ｑＶｍｉｎ，０．４０ｑＶｍａｘ和ｑＶｍａｘ外，還應(yīng)增加０．２５ｑＶｍａｘ，０．７０ｑＶｍａｘ２個流量點［４］。

 

 

       式中：液體運動黏度單位為ｍｍ２／ｓ；流量計尺寸單位為ｍｍ（英寸）。

       例：假設(shè)輕質(zhì)原油的密度０．９ｇ／ｃｍ３，動力黏度１６．２ｍＰａ·ｓ，換算為運動黏度１８ｍｍ２／ｓ，流量按１６００ｍ３／ｈ計算，流量計選擇３００ｍｍ（１２ｉｎ），量程范圍２８０～２８００ｍ３／ｈ，工作點為非常大量程的５７％。根據(jù)式（１）計算口徑比值為１．５，對應(yīng)表２的值為０．２０ｑＶｍａｘ，那么非常小流量修正為５６０ｍ３／ｈ，量程比縮減為５∶１。根據(jù)計算結(jié)果，外輸流量值仍處在量程比范圍內(nèi)，且滿足流量計標定要求，可以選用。

 

       從以上分析可得出，渦輪流量計使用在黏度值不超過流量計尺寸的工況下，可判斷其滿足使用要求，但不一定處于非常佳工作區(qū)域；如黏度值超過流量計尺寸，即口徑比值大于１，需做適用性判斷。對于ＦＰＳＯ外輸計量系統(tǒng)，由于外輸流量較為穩(wěn)定，在適用性判斷上主要考慮流量計標定要求；對于海上平臺外輸計量系統(tǒng)，由于原油外輸輸量逐年變化，在適用性判斷上需要重點關(guān)注量程比問題。

 

       綜上所述，對于輕質(zhì)原油的計量，渦輪流量計更具優(yōu)勢，如油品黏度對其選型沒有影響，推薦選用渦輪流量計。

 

３計量管路尺寸選擇

       輕質(zhì)原油中輕組分含量較多，原油穩(wěn)定性較差，易燃爆，設(shè)計上需考慮靜電因素。根據(jù)ＧＢ１３３４８—２００９《液體石油產(chǎn)品靜電安全規(guī)程》要求，油輪和船舶裝油初速度不應(yīng)大于１ｍ／ｓ，當(dāng)入口管浸沒后，可提高流速，但不應(yīng)大于７ｍ／ｓ［５］。

 

 

       該例中ＦＰＳＯ非常大外輸流量為４８００ｍ３／ｈ，計量流路設(shè)計為４路，每路流量為１６００ｍ３／ｈ，如選擇口徑為４００ｍｍ（１６ｉｎ）管線，原油流速約為３．５ｍ／ｓ，可以滿足規(guī)范中小于７ｍ／ｓ的要求。但采用４００ｍｍ管線將使計量管路上的入口隔離閥、過濾消氣器、控制閥、標定切換閥、單向閥等設(shè)備的尺寸一起增大，導(dǎo)致整個計量撬的尺寸和質(zhì)量增加，非常終使投資費用增加。

 

 

       在計量管路尺寸的選擇上可在滿足規(guī)范的前提下，適當(dāng)考慮通過提高原油外輸流速，來減小管線及相關(guān)配套設(shè)備尺寸，進而降低計量系統(tǒng)的投資費用。由于ＦＰＳＯ原油外輸為短時間歇方式，因此提高流速對管線的沖蝕影響可不作為主要因素考慮。該例中如選擇３００ｍｍ管線，原油流速約為６．３ｍ／ｓ，可以滿足規(guī)范要求，同時３００ｍｍ管線與流量計尺寸相同，減少了縮擴徑管接件，且相關(guān)配套設(shè)備的選型尺寸也得到了優(yōu)化，非常終可降低整個撬塊的費用。

 

       對于連續(xù)外輸計量工況，計量管路尺寸的選擇應(yīng)綜合考慮靜電、管線沖蝕、噪音及投資費用等方面問題，選擇較為合理的方案。