CN111842293B - 一种用于去除气田流量测量装置的表面杂质的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于去除气田流量测量装置的表面杂质的系统，包括，主系统，包括管路模块和控制模块，其中，管路模块，包括第一进气管、测量回路和出尘管和第一出气管，所述第一进气管与所述测量回路于第一接口处连接，所述出尘管与所述测量回路连接，所述第一出气管与所述出尘管中间部位处的第二接口连接；所述测量回路包括四通转换球阀和检测管，所述四通转换球阀设置于所述出尘管与所述测量回路连接处；通过在主系统与备用系统之间切换，实现主系统故障时启用备用系统，达到不间断测量的目的；可以实现在杂质清理的同时测量流量，利用双向杂质去除法清理效果更加优异。

Description

一种用于去除气田流量测量装置的表面杂质的系统和方法

技术领域

一种用于去除气田流量测量装置的表面杂质的系统和方法

技术领域

本发明涉及气田计量技术领域，尤其是一种用于去除气田流量测量装置的表面杂质的系统和方法。

背景技术

随着全球环保意识的增强，人们对于能源的需求越来越高，传统的煤、石油等能源的过度使用给环境带来了很大污染，所以我国对清洁能源的需求不断增加，对油气田、天然气田等的勘探与开发也更加重视。在气田开采过程中，对开采出的油气和天然气进行精确测量，保证气体安全可靠的输送，有利于为后期开采与资源分配提供科学准确的数据，这其中就必须涉及到流量测量装置的使用。

现有气田使用的流量测量装置种类很多，其中以孔板流量计的应用最为广泛，但是从气田开采出的气体多为气固混合物，气体中所含杂质较多，测量系统长时间运行后流量计表面会因为杂质附着而结垢，大幅度降低流量计的测量精度。

章伟等人（章伟,杨斌.天然气孔板流量计的测量精度分析[J].自动化与仪器仪表,2015(05):198-199.）认为开采出的天然气经过孔板流量计进行测量时，杂质容易吸附在孔板流量计的表面处形成污垢，使孔板的流通面积变小，从而造成差压增大，使流量计测量值大于实际值，影响流量计的测量精度，但是章伟等人仅仅分析了孔板流量计表面结垢会影响测量，并没有提出解决流量计表面结垢、提高测量精度的方法。何云奇（何运奇.浅谈影响标准孔板流量计测量天然气流量准确度的因素及应对措施[J].计量与测试技术,2019,46(06):73-75.）认为流量计的实际供气量低于设计流量，造成运行时天然气流体的管径雷诺数较小，根据流体动力学原理，天然气管径雷诺数越小其质子和其中的微粒扩散越弱，造成固体微粒凝聚形成两相流，在运行过程中不可避免的在流量计表面沉积粉尘或者其他杂质，他提出使用对天然气除尘处理和定期对孔板进行检查维护的办法减少粉尘杂质对孔板流量计的影响以保证测量结果的准确性，但是在天然气除尘过程中不能保证杂质完全被去除，未被去除的杂质会继续吸附在流量计表面处影响测量精度；李政等人（李政,盛春艳,罗瑶,彭永娟,卫巍.标准孔板流量计测量天然气流量计量附加误差分析[J].中国计量,2010(06):97-99.）也提出使用定期对流量计检查清洗的办法解决表面杂质对计量的影响，但是定期校验时既要取出对孔板流量计进行精度校验工作，又要对整个测量系统进行修正，存在校验工作复杂，校验周期长，无法对气田进行连续开采计量等问题。党晓利（李政,党晓利,潘红霞.标准孔板流量计测量天然气流量计量附加误差分析[J].石油工业技术监督,2009,25(09):44-46.）等人提出可以使用过滤的方式去除气体中携带的杂质，但是采用过滤器除杂法只能消除部分杂质，对于粒径较小的杂质并不能完全去除，粒径较小的杂质在系统长时间运行后依然会在流量计表面结垢。刘昭（专利名称：清洗质量流量计结构的装置；申请号：201420483643.1）和张俊佩（专利名称：用于烟草薄片浓缩液的质量流量计的清洗设备；申请号：201621396351.X）提出可以通过化学反应法来进行去除质量流量计的污垢，但是若采用化学物质之间相互反应去除杂质，难以确定投放化学物的量，若化学物投放过少，污垢难以被完全去除，若投放过多，残余的化学物会影响所测介质的物化性质，对被测介质产生影响；另一方面，使用化学反应法时必须关闭测量系统，难以实现系统不间断计量。

发明内容

本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例，在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

鉴于上述和/或现有技术中所存在的问题，提出了本发明。

因此，本发明所要解决的技术问题是现有计量设备中流量计积垢难以清理，以及系统故障时需停下系统检修，导致无法实现不间断计量，以及清理效果不佳的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种用于去除气田流量测量装置的表面杂质的系统，包括，

主系统，包括管路模块和控制模块，其中，

管路模块，包括第一进气管、测量回路和出尘管和第一出气管，所述第一进气管与所述测量回路于第一接口处连接，所述出尘管与所述测量回路连接，所述第一出气管与所述出尘管中间部位处的第二接口连接；

所述测量回路包括四通转换球阀和检测管，所述四通转换球阀设置于所述出尘管与所述测量回路连接处；所述检测管于第三接口和第四接口处与所述四通转换球阀连接，所述出尘管于第五接口处与所述四通转换球阀连接；

控制模块，包括第一阀门、第二阀门、第三阀门和第四阀门，所述第一阀门设置于所述第一进气管上，所述第二阀门设置于第一接口和第三接口之间，所述第四阀门设置于所述第一出气管上。

作为本发明所述用于去除气田流量测量装置的表面杂质的系统的一种优选方案，其中：还包括，除垢模块，包括清理泵、废槽和连接管，所述清理泵通过所述连接管于所述第六接口处与所述四通转换球阀连通，所述废槽设置于所出尘管末端，所述第三阀门设置于所述废槽和所述第二接口之间。

作为本发明所述用于去除气田流量测量装置的表面杂质的系统的一种优选方案，其中：所述检测管内设置有流量计，所述流量计设置于所述第一接口和所述第四接口中间区域。

作为本发明所述用于去除气田流量测量装置的表面杂质的系统的一种优选方案，其中：所述四通转换球阀包括第一连接管和第二连接管；

所述第三接口、第四接口、第五接口和第六接口位置均匀分布，所述第一连接管和第二连接管分别将所述第三接口、第四接口、第五接口和第六接口中两个相互连通。

作为本发明所述用于去除气田流量测量装置的表面杂质的系统的一种优选方案，其中：还包括，

备用系统，所述备用系统与所述主系统结构一致，其中，备用系统中 的第二进气管与所述第一进气管相联通，所述第二进气管上设置有第五阀门；

所述备用系统中的第二出气管与所述第一出气管相连通，所述第二出气管上设置有第六阀门。

一种利用上述的用于去除气田流量测量装置的表面杂质的系统的表面杂质去除方法：

主系统工作状态下关闭第五阀门和第六阀门，打开第一进气管上的第一阀门和第一出气管上的第四阀门，选择主系统工作；

向进气口输送被测流量，调整控制模块的阀门使被测流量通过流量计；

切换阀门开关，关闭第一阀门和第四阀门，打开第五阀门和第六阀门，选择备用系统工作，对主系统进行清理；

启动清理泵，向测量回路中输送冲刷流体，调整控制模块的阀门开关以及四通转换球阀的位置使冲刷流体正向通过流量计；

调整控制模块的阀门开关以及四通转换球阀的位置使冲刷流体反向通过流量计。

作为本发明所述用于去除气田流量测量装置的表面杂质的方法的一种优选方案，其中：所述冲刷流体为气体或液体。

作为本发明所述用于去除气田流量测量装置的表面杂质的方法的一种优选方案，其中：主系统工作，被测流量通过流量计时的阀门通断情况为：

第一阀门和第四阀门打开，第三阀门和第二阀门关闭。

作为本发明所述用于去除气田流量测量装置的表面杂质的方法的一种优选方案，其中：冲刷流体正向通过流量计的阀门通断情况为：

第二阀门和第三阀门打开，第一阀门和第四阀门关闭；

所述第一连接管将第三接口和第六接口连通，第二连接管将第四接口和第五接口连通。

作为本发明所述用于去除气田流量测量装置的表面杂质的方法的一种优选方案，其中：冲刷流体反向通过流量计的阀门通断情况为：

第二阀门和第三阀门打开，第一阀门和第四阀门关闭；

所述第一连接管将第三接口和第五接口连通，第二连接管将第四接口和第六接口连通。

本发明的有益效果：通过在主系统与备用系统之间切换，实现主系统故障时启用备用系统，达到不间断测量的目的；可以实现在杂质清理的同时测量流量，利用双向杂质去除法清理效果更加优异。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：

图1为本发明提供的一种实施例所述的用于去除气田流量测量装置的表面杂质的系统中主系统的整体结构示意图；

图2为本发明提供的一种实施例所述的用于去除气田流量测量装置的表面杂质的系统中测量回路的结构示意图；

图3为本发明提供的一种实施例所述的用于去除气田流量测量装置的表面杂质的系统中主系统与备用系统的连接结构示意图；

图4为本发明提供的一种实施例所述的用于去除气田流量测量装置的表面杂质的方法中冲刷流体正向通过流量计的流向示意图；

图5为本发明提供的一种实施例所述的用于去除气田流量测量装置的表面杂质的方法中冲刷流体反向通过流量计的流向示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

再其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。

实施例1

参照图1~3，本实施例提供了一种用于去除气田流量测量装置的表面杂质的系统，包括，

主系统S1，包括管路模块100和控制模块200，其中，

管路模块100，包括第一进气管101、测量回路102和出尘管103和第一出气管104，第一进气管101与测量回路102于第一接口A处连接，出尘管103与测量回路102连接，第一出气管104与出尘管103中间部位处的第二接口B连接；

测量回路102包括四通转换球阀102a和检测管102b，四通转换球阀102a设置于出尘管103与测量回路102连接处；检测管102b于第三接口C和第四接口D处与四通转换球阀102a连接，出尘管103于第五接口E处与四通转换球阀102a连接；

控制模块200，包括第一阀门201、第二阀门202、第三阀门203和第四阀门204，第一阀门201设置于第一进气管101上，第二阀门202设置于第一接口A和第三接口C之间，第四阀门204设置于第一出气管104上。

还包括，除垢模块300，包括清理泵301、废槽302和连接管303，清理泵301通过连接管303于第六接口F处与四通转换球阀102a连通，废槽302设置于所出尘管103末端，第三阀门203设置于废槽302和第二接口B之间。

检测管102b内设置有流量计102c，流量计102c设置于第一接口A和第四接口D中间区域。

四通转换球阀102a包括第一连接管102a-1和第二连接管102a-2；

第三接口C、第四接口D、第五接口E和第六接口F位置均匀分布，第一连接管102a-1和第二连接管102a-2分别将第三接口C、第四接口D、第五接口E和第六接口F中两个相互连通。

四通转换球阀102a截面为整圆，第三接口C、第四接口D、第五接口E和第六接口F分别置于四通转换球阀102a的四个象限点，第一连接管102a-1和第二连接管102a-2可旋转90°来切换其连接的对象，如初始时第一连接管102a-1将第三接口C和第五接口E连通，第二连接管102a-2将第四接口D和第六接口F连通，转换后，第一连接管102a-1将第三接口C和第六接口F连通，第二连接管102a-2将第四接口D和第五接口E连通。

还包括，

备用系统S2，备用系统S2与主系统S1结构一致，其中，备用系统S2中 的第二进气管501与第一进气管101相联通，第二进气管301上设置有第五阀门502；

备用系统S2中的第二出气管601与第一出气管104相连通，第二出气管601上设置有第六阀门602。

本发明提出一种气田流量计的表面杂质去除系统，测量系统主要包括流量测量装置和杂质双向去除装置。

其整体采用两套相同的流量测量装置并联，即主系统S1和备用系统S2，两者一个用于工作状态，一个备用，两套系统结构相同且共用一个进气口，通过控制第一阀门201、第四阀门204和第五阀门501、第六阀门601的通断来决定选用哪套系统处于工作状态。每套系统均可以实现在杂质清理的同时测量流量。

流量计102c采用橄榄形差压式流量计，由于其对称结构可以实现流量双向计量；对于杂质采用阀门双向去除法，能够从正反方向清理流量计表面附着杂质，不需添加任何外部辅助设备，节约测量内部空间与成本。

实施例2

参照图1~5，本实施例提供了一种用于去除气田流量测量装置的表面杂质的方法，其利用上述的一种用于去除气田流量测量装置的表面杂质的系统实施，具体如下：

主系统S1工作状态下关闭第五阀门502和第六阀门602，打开第一进气管101上的第一阀门201和第一出气管104上的第四阀门204，选择主系统S1工作；

向进气口输送被测流量，调整控制模块200的阀门使被测流量通过流量计102c；

切换阀门开关，关闭第一阀门201和第四阀门204，打开第五阀门502和第六阀门602，选择备用系统S2工作，对主系统S1进行清理；

启动清理泵301，向测量回路102中输送冲刷流体，调整控制模块200的阀门开关以及四通转换球阀102a的位置使冲刷流体正向通过流量计102c；

调整控制模块200的阀门开关以及四通转换球阀102a的位置使冲刷流体反向通过流量计102c。

冲刷流体为气体或液体。

气体可为空气，液体可为用于循环冲刷的油。

主系统S1工作，被测流量通过流量计102c时的阀门通断情况为：

第一阀门201和第四阀门204打开，第三阀门202和第二阀门202关闭。

冲刷流体正向通过流量计102c的阀门通断情况为：

第二阀门202和第三阀门203打开，第一阀门201和第四阀门204关闭；

第一连接管102a-1将第三接口C和第六接口F连通，第二连接管102a-2将第四接口D和第五接口E连通。

冲刷流体反向通过流量计102c的阀门通断情况为：

第二阀门202和第三阀门203打开，第一阀门201和第四阀门204关闭；

第一连接管102a-1将第三接口C和第五接口E连通，第二连接管102a-2将第四接口D和第六接口F连通。

本装置在使用时分为两种状态，一是工作状态，二是清理状态，如图1和图2分别展示了正向通过流量计102c测量和反向通过流量计102c进行测量的流向情况。

清理状态本发明利用阀门双向去除法通过切换冲刷流体正向和反向通过流量计102c，来实现对流量计的双向清理。

且本系统内包括主系统S1和备用系统S2，通过阀门切换，可实现在主系统S1需进行清理的时候，利用备用系统S2继续测量工作，同时对主系统S1内部的流量计进行冲刷除垢，保证系统可以连续工作。

而现有测量装置在工作玩需进行清理的时候，需要关闭系统，将流量计拆下进行清理，浪费工时且清理工作繁杂。

利用本系统进行清理除垢工作的有效性可以通过下面方式及进行验证：

橄榄形流量计为差压式流量计，流量大小主要根据前后所测差压计算，如公式（1）所示：

式中，qv为流体的体积流量，m³/s；D为测量管的直径，m；d为流量计的直径，m ；

β为直径比，

，无量纲；ΔP为差压，pa；ρ为流体的密度，kg/m³ ；C为流出系数，无量纲，由实验确定；

当污垢附着在流量计表面时引起管内流通面积变化，造成流速发生变化进而引起差压变化，最终导致流量测量存在误差。如在管径D=50mm，流速v=0.28m/s的工况下，橄榄形流量计压差Δp=253Pa，当长时间运行后流量计表面附着污垢厚度1mm时，差压Δp’=258.53Pa，影响流量测量精度，故需要对流量计表面除垢。

经过实验检测，利用高速气流对流量计进行单向吹附时，在吹附的同时监测流量计前后的差压，与气流入口相反的流量计表面污垢不能完全去除，差压为255.22Pa，不能完全恢复到没有污垢时的差压。

利用高速气流对流量计进行正反双向吹附时，差压Δp能够恢复到253.09pa，即与一开始没有污垢时的差压几乎相等，可以看出污垢被完全去除至不影响流量计进行测量的情况。

重要的是，应注意，在多个不同示例性实施方案中示出的本申请的构造和布置仅是例示性的。尽管在此公开内容中仅详细描述了几个实施方案，但参阅此公开内容的人员应容易理解，在实质上不偏离该申请中所描述的主题的新颖教导和优点的前提下，许多改型是可能的（例如，各种元件的尺寸、尺度、结构、形状和比例、以及参数值（例如，温度、压力等）、安装布置、材料的使用、颜色、定向的变化等）。例如，示出为整体成形的元件可以由多个部分或元件构成，元件的位置可被倒置或以其它方式改变，并且分立元件的性质或数目或位置可被更改或改变。因此，所有这样的改型旨在被包含在本发明的范围内。可以根据替代的实施方案改变或重新排序任何过程或方法步骤的次序或顺序。在权利要求中，任何“装置加功能”的条款都旨在覆盖在本文中所描述的执行所述功能的结构，且不仅是结构等同而且还是等同结构。在不背离本发明的范围的前提下，可以在示例性实施方案的设计、运行状况和布置中做出其他替换、改型、改变和省略。因此，本发明不限制于特定的实施方案，而是扩展至仍落在所附的权利要求书的范围内的多种改型。

此外，为了提供示例性实施方案的简练描述，可以不描述实际实施方案的所有特征（即，与当前考虑的执行本发明的最佳模式不相关的那些特征，或于实现本发明不相关的那些特征）。

应理解的是，在任何实际实施方式的开发过程中，如在任何工程或设计项目中，可做出大量的具体实施方式决定。这样的开发努力可能是复杂的且耗时的，但对于那些得益于此公开内容的普通技术人员来说，不需要过多实验，所述开发努力将是一个设计、制造和生产的常规工作。

应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种用于去除气田流量测量装置的表面杂质的系统，其特征在于：包括，

主系统（S1），包括管路模块（100）和控制模块（200），其中，

管路模块（100），包括第一进气管（101）、测量回路（102）和出尘管（103）和第一出气管（104），所述第一进气管（101）与所述测量回路（102）于第一接口（A）处连接，所述出尘管（103）与所述测量回路（102）连接，所述第一出气管（104）与所述出尘管（103）中间部位处的第二接口（B）连接；

所述测量回路（102）包括四通转换球阀（102a）和检测管（102b），所述四通转换球阀（102a）设置于所述出尘管（103）与所述测量回路（102）连接处；所述检测管（102b）于第三接口（C）和第四接口（D）处与所述四通转换球阀（102a）连接，所述出尘管（103）于第五接口（E）处与所述四通转换球阀（102a）连接；

控制模块（200），包括第一阀门（201）、第二阀门（202）、第三阀门（203）和第四阀门（204），所述第一阀门（201）设置于所述第一进气管（101）上，所述第二阀门（202）设置于第一接口（A）和第三接口（C）之间，所述第四阀门（204）设置于所述第一出气管（104）上；

还包括，除垢模块（300），包括清理泵（301）、废槽（302）和连接管（303），所述清理泵（301）通过所述连接管（303）于第六接口（F）处与所述四通转换球阀（102a）连通，所述废槽（302）设置于所出尘管（103）末端，所述第三阀门（203）设置于所述废槽（302）和所述第二接口（B）之间；

所述检测管（102b）内设置有流量计（102c），所述流量计（102c）设置于所述第一接口（A）和所述第四接口（D）中间区域；

所述四通转换球阀（102a）包括第一连接管（102a-1）和第二连接管（102a-2）；

所述第三接口（C）、第四接口（D）、第五接口（E）和第六接口（F）位置均匀分布，所述第一连接管（102a-1）和第二连接管（102a-2）分别将所述第三接口（C）、第四接口（D）、第五接口（E）和第六接口（F）中两个相互连通。

2.根据权利要求1所述的用于去除气田流量测量装置的表面杂质的系统，其特征在于：还包括，

备用系统（S2），所述备用系统（S2）与所述主系统（S1）结构一致，其中，备用系统（S2）中的第二进气管（501）与所述第一进气管（101）相联通，所述第二进气管（501 ）上设置有第五阀门（502）；

所述备用系统（S2）中的第二出气管（601）与所述第一出气管（104）相连通，所述第二出气管（601）上设置有第六阀门（602）。

3.一种利用如权利要求2所述的用于去除气田流量测量装置的表面杂质的系统去除气田流量测量装置的表面杂质的方法，其特征在于：

主系统（S1）工作状态下关闭第五阀门（502）和第六阀门（602），打开第一进气管（101）上的第一阀门（201）和第一出气管（104）上的第四阀门（204），选择主系统（S1）工作；

向进气口输送被测流量，调整控制模块（200）的阀门使被测流量通过流量计（102c）；

切换阀门开关，关闭第一阀门（201）和第四阀门（204），打开第五阀门（502）和第六阀门（602），选择备用系统（S2）工作，对主系统（S1）进行清理；

启动清理泵（301），向测量回路（102）中输送冲刷流体，调整控制模块（200）的阀门开关以及四通转换球阀（102a）的位置使冲刷流体正向通过流量计（102c）；

调整控制模块（200）的阀门开关以及四通转换球阀（102a）的位置使冲刷流体反向通过流量计（102c）。

4.根据权利要求3所述的去除气田流量测量装置的表面杂质的方法，其特征在于：所述冲刷流体为气体或液体。

5.根据权利要求4所述的去除气田流量测量装置的表面杂质的方法，其特征在于：主系统（S1）工作，被测流量通过流量计（102c）时的阀门通断情况为：

第一阀门（201）和第四阀门（204）打开，第三阀门（203 ）和第二阀门（202）关闭。

6.根据权利要求5所述的去除气田流量测量装置的表面杂质的方法，其特征在于：冲刷流体正向通过流量计（102c）的阀门通断情况为：

第二阀门（202）和第三阀门（203）打开，第一阀门（201）和第四阀门（204）关闭；

所述第一连接管（102a-1）将第三接口（C）和第六接口（F）连通，第二连接管（102a-2）将第四接口（D）和第五接口（E）连通。

7.根据权利要求6所述的去除气田流量测量装置的表面杂质的方法，其特征在于：冲刷流体反向通过流量计（102c）的阀门通断情况为：

第二阀门（202）和第三阀门（203）打开，第一阀门（201）和第四阀门（204）关闭；

所述第一连接管（102a-1）将第三接口（C）和第五接口（E）连通，第二连接管（102a-2）将第四接口（D）和第六接口（F）连通。

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