摘要：整流器作為氣體平整裝置，其作用是將天然氣的流態(tài)從紊流變?yōu)槠搅鳎瑥亩购蠖?strong>標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計的計量更加正確。為了有效提高整流器在天然氣生產(chǎn)中的使用效果、延長其使用壽命、解決整流器在天然氣生產(chǎn)與計量過程中所面臨的清洗困難、維護(hù)不便等問題，以天然氣計量中具有代表性的管式整流器為研究對象，分析了現(xiàn)用管式整流器在生產(chǎn)過程中的弊端與不足，針對性地提出了解決方法。研究結(jié)果表明：經(jīng)過對現(xiàn)有管式整流器的優(yōu)化，克服了傳統(tǒng)整流器拆裝工藝繁瑣、作業(yè)風(fēng)險高等不足，提高了現(xiàn)場作業(yè)的安全性，原創(chuàng)性地研制了一種可在線維護(hù)的體積流量計整流器。結(jié)論認(rèn)為，所設(shè)計的新型整流器克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足，解決了整流器使用過程中拆裝工藝繁瑣、作業(yè)風(fēng)險高等問題，符合國家規(guī)定的使用標(biāo)準(zhǔn)，有效提高了整流器清洗與維護(hù)的效率。
0引言
天然氣作為清潔能源，其需求量隨著社會的發(fā)展逐年增大，與之相應(yīng)的是對天然氣計量的精度要求高。目前，天然氣計量廣泛使用標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計。其原理是以流體進(jìn)入孔板前、后所形成的壓差為基礎(chǔ)，通過理想流態(tài)下的經(jīng)驗公式結(jié)合數(shù)學(xué)模型進(jìn)行計算，得出具體數(shù)值。實際使用過程中管內(nèi)流態(tài)是否能滿足相應(yīng)要求是計量精度的關(guān)鍵。通過前人研究表明，影響流量計精度的因素較多，特別是氣體流態(tài)對計量精度的影響。現(xiàn)階段我國所使用的整流器為固定式結(jié)構(gòu)，但其存在較多缺陷，因此提出一種可在線維護(hù)的體積流量計整流器的設(shè)計思路，其使用、維護(hù)方便，無需繁瑣的工藝流程，使操作人員的勞動強(qiáng)度及作業(yè)風(fēng)險得以降低，工作效率提高的同時還可節(jié)約生產(chǎn)成本。
1固定式整流器缺陷分析
整流器為氣體平整裝置，安裝于標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計的前端，其作用是將天然氣的流態(tài)從紊流變?yōu)槠搅鳎瑥亩购蠖藰?biāo)準(zhǔn)孔板流量計的計量更加正確。目前所使用的整流器均為固定式結(jié)構(gòu)（圖1）。
整流器在工作過程中，由于氣流所攜帶的雜質(zhì)會使管內(nèi)堆積污垢，引起管束內(nèi)部堵塞或半堵塞，易形成紊流，使整流效果變差。通過對現(xiàn)有固定式整流器結(jié)構(gòu)及使用效果分析，主要存在以下不足：①維護(hù)、清洗時必須要實施關(guān)井、放空、置換等一系列流程倒換及停產(chǎn)斷氣等操作，工作程序繁瑣，不但影響氣井的正常生產(chǎn)，還影響對下游天然氣用戶的正常供氣；②整流器作為計量裝置的一部分，與計量精度密切相關(guān)，若長時間不清洗，會降低整流效果，使紊流加重，影響計量的正確率，對企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益造成直接影響；③若在拆卸、更換的過程中遇到有毒或高壓氣流，可能會對操作人員的人身安全造成威脅。
2新型整流器設(shè)計思路與特點
2.1工作原理
設(shè)計改進(jìn)以分體式閥腔為基礎(chǔ)，通過滑板閥的阻隔將其分為上、下兩個閥腔，并在工作中利用齒輪軸逐層傳遞的方式將整流管（板）從下閥腔移至上閥腔。通過放空閥平衡上閥腔與外界壓力，安全取出整流管（板）。在對其清洗、維護(hù)后用相同方式將其安裝歸位。
2.2結(jié)構(gòu)設(shè)計
根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)（GB／T21446-2008）規(guī)定，標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計整流器分為兩種：一種為管束式，即整流管；另一種為孔板式，即整流板。兩者均為固定式安裝模式。新型整流器在固定式整流器結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，以國家標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，利用閥腔阻隔結(jié)構(gòu)，結(jié)合齒輪傳動原理進(jìn)行設(shè)計，使其滿足對管束式及孔板式的使用需求（圖2）。
裝置整體為上、下雙閥腔式，外部通過閥體固定螺絲使其相連，閥腔內(nèi)部通過滑閥的移動上、下阻隔。整流管（板）安放于下閥腔下部，兩端與輸氣管道相接，內(nèi)部可使氣流平穩(wěn)流通。整流管（板）兩端外側(cè)設(shè)有齒輪槽，下閥腔底部為排污槽，排污槽順氣流方向的一側(cè)安裝有排污閥。下閥腔上部兩端安裝有齒輪軸，其轉(zhuǎn)動時可帶動整流管（板）上下移動。上閥腔底部為滑閥，中部兩端設(shè)計有與下閥腔相同的齒輪軸，其作用是接替下閥腔齒輪對整流管（板）的作用，上閥腔頂部設(shè)計有壓板、頂板以及頂絲，作用為密封及固定整流器頂部。腔體兩側(cè)安裝有輔助設(shè)計，如下閥腔與上閥腔連接處設(shè)有平衡閥及注脂口，上閥腔頂部側(cè)面設(shè)置有放空閥。
注：1.輸氣管道；2.排污槽；3.下閥體；4.下閥腔；5.滑板；6.滑板閥；7.上閥體；8.上閥腔；9.平衡閥；10.放空閥；11.壓板；12.頂板；13.頂絲；14.第一驅(qū)動裝置；15.第二驅(qū)動裝置；16.注脂孔；17.螺栓；18.整流管；19.導(dǎo)板齒輪；20.滑板齒輪；21.放空閥閥腔；22.平衡閥閥腔
2.3使用方法
裝置工作前，首先對密封性進(jìn)行檢查，保證其處于安全工作狀態(tài)。工作時主要包括整流管（板）平穩(wěn)提升、整流管（板）安全取出以及整流管（板）安裝歸位三個部分。整流管（板）平穩(wěn)提升：打開平衡閥，使上閥腔與下閥腔連通，從而平衡上閥腔與下閥腔內(nèi)的壓力。其次，打開滑板閥，驅(qū)動下閥腔齒輪軸，將整流管（板）從下閥腔移至上閥腔，接著關(guān)閉滑板閥，關(guān)閉平衡閥。整流管（板）安全取出：打開放空閥，上閥體通過放空通孔與外界大氣連通，使上閥腔與外界的壓力平衡。打開頂絲，取出頂板、壓板。驅(qū)動上閥腔齒輪軸，將整流管（板）從上閥腔取出。整流管（板）安裝歸位：將整流管（板）放入上閥腔，驅(qū)動上閥腔齒輪軸，將整流管（板）下放上閥腔底部為止。蓋好壓板、頂板，安裝頂絲，關(guān)閉放空閥。打開平衡閥，使上閥腔與下閥腔內(nèi)的壓力平衡。打開滑板閥，驅(qū)動下閥腔齒輪軸，將整流管（板）從上閥腔移至下閥腔。關(guān)閉滑板閥，關(guān)閉平衡閥。打開放空閥，將上閥腔氣體放空，確保上閥腔內(nèi)部壓力平穩(wěn)，最后關(guān)閉放空閥。
2.4性能特點
設(shè)計發(fā)明的新型整流器的優(yōu)勢主要在于提取、安裝整流管的過程中無需截斷流體或置換流體管路，實現(xiàn)在線維護(hù)整流器。此外，設(shè)計驅(qū)動裝置使整流管在上下閥腔內(nèi)穿梭時，可實現(xiàn)整流管兩端同步升降，使整流器安裝與拆卸快捷、簡便。整個維護(hù)過程可避免高壓流體給現(xiàn)場操作人員帶來傷害，同時也解決了清洗、更換整流器時需要停產(chǎn)的問題。
通過上閥腔齒輪軸、滑板閥、下閥腔齒輪軸的配合就可移動管腔內(nèi)的整流管（板），取出與安裝歸位的整個過程簡單、平穩(wěn)、快捷，實現(xiàn)了在線維護(hù)整流器，減少天然氣或有毒有害氣體與操作人員的接觸，消除了潛在的危險。
3新型整流器與固定式整流器實用性對比
新型整流器較傳統(tǒng)固定式整流器在清洗時間、清洗方式、作業(yè)方式、計量精度影響以及操作的安全性方面具有更好的效果，提高工作效率的同時，對作業(yè)期間的安全性也有了明顯保障（表1）。同時，根據(jù)相關(guān)管理規(guī)定，計量設(shè)備需在半年內(nèi)清洗、維護(hù)，但受實際生產(chǎn)條件的限制，難以達(dá)到管理規(guī)定要求，新型整流器設(shè)計的提出，可有效解決無法按期清洗維護(hù)的問題。
4經(jīng)濟(jì)效益分析
固定式整流器從停產(chǎn)斷氣開始完成一套清洗流程一般需要約4h，根據(jù)要求每半年需清洗一次。清洗過程中無法持續(xù)生產(chǎn)，會影響天然氣銷售量以及用戶用氣。以單井日產(chǎn)量為30×104m³計算，天然氣出廠價按1.548元／m³（含稅及管輸費）計算，清洗一次影響天然氣銷售量約為5×10104m³，損失銷售額達(dá)7.74萬元，全年合計則為15.48萬元。若按照油氣田全年生產(chǎn)天然氣量為300×108m³計算，由于清洗影響全年天然氣銷售量達(dá)2700×10104m³，損失銷售額約為4000萬元。
對于低壓低產(chǎn)積液氣井，年度產(chǎn)氣量約為5×108m³，一旦氣井關(guān)井將有可能不能復(fù)產(chǎn)，需要氣舉增壓機(jī)等措施輔助復(fù)產(chǎn)，預(yù)計年度因?qū)嵤⿵?fù)產(chǎn)措施而減產(chǎn)的天然氣產(chǎn)量約為500×104m³，損失的價值約為770萬元。若采用新型整流器，預(yù)計可有效解決上述兩項問題，減少企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益損失。
5結(jié)論
1）通過查閱整流器相關(guān)資料，發(fā)現(xiàn)并總結(jié)了目前國內(nèi)現(xiàn)有固定式整流器的缺點與不足。
2）經(jīng)過對現(xiàn)有固定式整流器設(shè)計的優(yōu)化，原創(chuàng)性地設(shè)計了一種可在線維護(hù)的體積流量計整流器。克服了傳統(tǒng)整流器拆裝工藝繁瑣、作業(yè)風(fēng)險高等不足，在實現(xiàn)可在線清洗、維護(hù)的同時提高了現(xiàn)場作業(yè)的安全性。
3）雖然所設(shè)計的裝置暫未在氣田現(xiàn)場進(jìn)行實際應(yīng)用，但目前已通過國家石油天然氣大流量計量站成都分站的檢測，表明該設(shè)計符合國家規(guī)定的使用標(biāo)準(zhǔn)，后期將會結(jié)合現(xiàn)場實際應(yīng)用效果進(jìn)一步優(yōu)化。
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