造腔站電磁流量計的選型與可靠性分析

摘要:鹽穴儲氣庫在造腔過程中，電磁流量計用于計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造腔進度的監(jiān)控，及相應(yīng)施工計劃的安排。除定期檢測外，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)計分析生產(chǎn)數(shù)據(jù)，評價其可靠性。結(jié)果表明，電磁流量計可靠性能滿足鹽穴儲氣庫造腔生產(chǎn)需要。
電磁流量計由流量傳感器和轉(zhuǎn)換器兩部分組成，與其他類型的流量計相比，電磁流量計具有無壓損、口徑大、量程比寬、耐腐蝕、適用于高鉆度介質(zhì)、性價比高等特點，可充分減小管道內(nèi)的阻力，符合節(jié)能降耗的要求。目前，電磁流量計已廣泛應(yīng)用于造腔生產(chǎn)中，雖然經(jīng)過定期檢測，但由于被測介質(zhì)性質(zhì)及流速等的影響，電磁流量計在造腔中的應(yīng)用效果并未評價。調(diào)研結(jié)果表明，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、腔體實際體積、不溶物含量等參數(shù)表達。
本文通過介紹電磁流量計的測量原理，造腔地面工藝，確定電磁流量計在造腔站的適用性，造腔站內(nèi)電磁流量計的選型與安裝，明確一該類流量計的使用符合減小測量誤差及穩(wěn)定性的要求，再根據(jù)日常生產(chǎn)中的注人液體、排出液體體積以及相應(yīng)的濃度，對溶鹽體積進行計算，結(jié)合階段造腔實際體積及不溶物含量，計算不溶物膨松系數(shù)，評價流量計的可靠性。
1、電磁流盤計測量原理
電磁流量計是利用法拉*電磁感應(yīng)定律測量，如圖1所示，用于測量電*與運動的流體構(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，再測量流通截面液位高度得到流通面積，兩者相乘得到所測流量。


式中:Q為被測介質(zhì)體積流量，m3/s ; Ue為直流式電磁流量計用來測量流體橫越磁場時所感生的電動勢，V; B為磁感應(yīng)強度，T; L為電*間距，即測量管內(nèi)徑，m;。為液體平均流速，m/s ; k為修正系數(shù)。

2、造腔站電磁流量計選型
電磁流量計選型與安裝應(yīng)根據(jù)工藝條件來確定，主要包括被測介質(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，保證測量的準(zhǔn)確度，并根據(jù)環(huán)境條件選擇防爆及防護等級。
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。注水過程中，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計量，進入鹽層。排鹵過程為，溶鹽產(chǎn)生的鹵水依靠自身壓力通過管道計量后，*終進人匯管外輸。
2.2選型及安裝
造腔站電磁流量計測量介質(zhì)主要為鹵水或者淡鹵水，電導(dǎo)性較強，但具有較強的腐蝕性。采用的襯里材料為聚四氟乙烯，電*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。防護等級選用IP65用以完全防止外物侵人并防噴射水進人。
在安裝位置方面，各單井注水排鹵流量計在高低壓閥室，與注水泵機組隔離，接地良好。單井注水排鹵管道為DN150，流量計的前直管段長度為87cm，后直管段55cm，同時，在回鹵的低壓閥室，電磁流量計安裝在介質(zhì)的上流處，符合電磁流量計安裝要求。
3、造腔站電磁流*計可靠性分析
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，通過對金壇儲氣庫的造腔井生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行分析，計算腔體溶鹽量，結(jié)合聲吶測腔體積，計算不溶物膨松系數(shù)，檢驗電磁流量計計量的可靠性。
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。對于占鹽巖段so%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NaCI，占74.9%一90.8%，其次是Nat S04、CaSO4，其他鹽類甚微。
3.2造腔運行中溶鹽量計算
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?；炛袦y量了注人液體的氯離子濃度，其他離子未詳細測量，所以在進行溶解鹽體積計算時，注人液體只考慮氯離子。
由于每次測腔都有等待和準(zhǔn)備時間，所以腔內(nèi)鹵水濃度會繼續(xù)升高，腔體體積擴大。故該階段溶鹽體積應(yīng)按照式(9)計算:


式中:V,為日溶鹽體積，m3; VA為日采鹽體積，m3 ;場余為腔體擴大后未排出液體的溶鹽體積，m3 ; Vip1*a為腔體擴大后未排出液體體積，m3m剩赫為腔體擴大后未排出的液體中等效淡水溶劑質(zhì)量，kg；V排-為日排出液體體積，m3m瑰為日注人液體體積，m3; C排為日排出液體氯化鈉質(zhì)量體積濃度，歲1; C排-為日注人液體氯化鈉質(zhì)量體積濃度，g/l；C注為日排出液體密度，kg/m3 ; p注為日注人液體密度，kg/m3，P氯化鈉為氯化鈉密度，kg/m3 ; p水為水的密度，kg/m3 ; V8為階段溶鹽體積，m3 ; C聲為聲吶測量時腔體內(nèi)氯化鈉質(zhì)量體積濃度，g/1; P聲為聲吶測量時腔體內(nèi)液體密度，kg/m3kg/M。
由于2016年前并未進行注水濃度化驗，所以本文選擇了2016年至2017年進行造腔并在該時間段內(nèi)完成設(shè)定造腔階段的井進行統(tǒng)計分析，結(jié)果如表1所示。
3.3膨松系數(shù)
鹽巖礦床不論品位多高，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，這些枯土礦物的強吸水性及吸水后*易膨松性，會減少腔體有效體積，所以實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:Vf為階段腔體有效體積，m3 ; V.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);月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)實驗，金壇儲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150 m，含多個夾層，夾層含粘土礦物含量不同，所以膨松系數(shù)不同，同時夾層的厚度不同，所以利用該方法模擬的腔體體積的評價應(yīng)根據(jù)不同造腔階段來進行。表1列舉了2017年測腔井的階段造腔體積及該階段不溶物含量，并計算該階段的不溶物膨松系數(shù)。
從表1可以看出，除竹井外，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)該方法對鹽穴儲氣庫電磁流*計效果進行評價時，不溶物膨松系數(shù)計算誤差主要受下列因素影響。
(1) 注人液體溶液質(zhì)量濃度化驗誤差。受鹽廠清雄等因素影響，當(dāng)日供應(yīng)的淡鹵水濃度可能會出現(xiàn)上午高，下午低的情況，而每天淡水供應(yīng)化驗的濃度只有上午一個參數(shù)，所以對計算結(jié)果有一定影響。該誤差可通過增加濃度化驗次數(shù)得到有效解決。
(2) 由注人液體中硫酸鈉、硫酸鈣等含*的不確定引起的誤差，但這些礦物在溶液中含量非常少.在一個造腔階段內(nèi)其影響可忽略。
(3) 流量計計量誤差?，F(xiàn)場選用的是準(zhǔn)確度等級為0.5級的流量計。檢測報告顯示，流量計實際相對示值誤差較大，這可能導(dǎo)致計算的不溶物膨松系數(shù)偏離正常范圍。以77井為例，如表2所示，注人端流量計Fri在30 m'/h時，相對示值誤差達6%，在90 m'/h時，相對示值誤差為3%,明顯大于排出端流量計F12在對應(yīng)檢測點的相對示值誤差。同時，生產(chǎn)數(shù)據(jù)顯示，T7井在該造腔階段，F(xiàn)ri示值在30一80 m3/h范圍，這直接導(dǎo)致了計算的注人鹽量偏大，而溶鹽量偏小，*終使不溶物膨松系數(shù)偏低?？紤]到注人液體溶液質(zhì)量濃度化驗誤差對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17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Fri實際側(cè)量誤差大是導(dǎo)致竹井不溶物膨松系數(shù)偏小的主要原因。
從表2中可以看出，隨流速的增大，相對示值誤差逐漸減小。這可能是由于測量的流體內(nèi)部雜質(zhì)在管道內(nèi)易形成沉淀，雖然采用了聚四氛乙烯作為襯里材料保護電*，但是在低速流狀態(tài)下，這些沉淀附著于內(nèi)襯的表面使測盆結(jié)果發(fā)生偏差，所以電磁流皿計實際測量誤差必將隨著時間的推移而逐漸增大。為提高電磁流量計在鹽穴儲氣庫造腔過程中的測量精度，可采用以下方法。
(1) 調(diào)整工藝，在可控范圍內(nèi)提高流速，減少雜質(zhì)沉淀.提高測*精度。
(2) 定期清理流量計。
(3) 對于檢測過程中發(fā)現(xiàn)的誤差值超過*大允許誤差的流A計，儀表系數(shù)偏離原出廠標(biāo)定的儀表系數(shù)時，可根據(jù)檢測機構(gòu)的檢測結(jié)果進行儀表系數(shù)校準(zhǔn)。
4、結(jié)束語
綜上所述，電磁流量計的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性能夠滿足鹽穴儲氣庫造腔的需要。但是，電磁流量計在鹽穴儲氣庫使用中，受待測液體不純的影響，實際的側(cè)量誤差**間的推移而逐漸增大，特別是在低流速的情況下，相對示值誤差明顯較大。造腔設(shè)計者可根據(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，進行生產(chǎn)分析，評價流*計計量在使用中的可靠性。對于不溶物膨松系數(shù)不在特定范圍內(nèi)的井，排除濃度檢驗影響后，可通過提高流速，定期清理流量計，儀表系數(shù)校準(zhǔn)等方式提高測皿的數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，以便于合理安排造腔計劃.指導(dǎo)造腔施工。