Измерение расхода газа и жидкости (нефти, воды)

Часто на практике необходимо измерять расходы газов и жид­костей непосредственно в трубопроводах. Один из таких приборов – трубчатый расходомер Вентури (рис. 1.16).

Расходомер Вентури можно устанавливать как вертикально, так и горизон­тально.

Рис. 1.16. Схема расходомера Вентури

Допустим, что жидкость (газ) движется в горизонталь­ной трубке Вентури справа налево. Составим уравнение Бернулли для сечений 1 – 1 и 2 – 2, пренебрегая потерями на трение

(1.9)

откуда

(1.10)

В указанных сечениях должно сохраняться постоянство расхо­да (расход в м³/с), т. е.

.

Тогда

. (1.11)

Подставив это значение в формулу (1.10), получим

. (1.12)

Отсюда средняя скорость в сечении 2 – 2 будет равна

. (1.13)

Тогда искомый расход жидкости равен

. (1.14)

В (1.14) обычно вводится поправочный коэффициент , учиты­вающий неравномерность распределения скоростей в поперечных сечениях потока, а также потери напора на трение между сечения­ми 1 – 1 и 2 – 2. С учетом сказанного (1.14) можно записать

. (1.15)

Коэффициент расхода опытным путем устанавливается для каждого расходомера.

Если перепад давления в трубке Вентури измеряется ртутью, то (1.15) запишется как

, (1.16)

где , – соответственно плотность ртути и текущей жидкости (нефти, воды).

Кроме расходомера Вентури расход газа часто измеряют дрос­сельными устройствами с подключенными к ним самопишущими дифференциальными манометрами.

Принцип действия дроссельного устройства так же, как и рас­ходомера Вентури, основан на изменении перепада давления, обусловленного установленной на газопроводе измерительной ди­афрагмой, имеющей меньшее проходное сечение, чем газопровод.

На нефтяных месторождениях наиболее распространены камерные диафрагмы (рис. 1.17). Когда газ проходит через суженное сечение диафрагмы, его скорость увеличивается, а давление уменьшается. За диафрагмой происходит обратное: скорость газа уменьшается, а давление увеличивается, но не до начального.

Рис. 1.17. Камерная диафрагма: 1 – разделительный сосуд; 2 — дифференциальный манометр

Суточный дебит газа в м³ при измерении камерной диа­фрагмой подсчитывается по формуле

, (1.17)

где – коэффициент расхода, зависящий от отношения (d – диаметр отвер­стия в замерной диафрагме, см; D – внутренний диаметр газопровода, см) и определяе­мый по рис. 1.18; – поправка на недостаточную остроту входной кромки диафрагмы и шероховатость трубопровода (можно принимать поправку равной единице); – попра­вочный коэффициент на рас­ширение струи газа, опреде­ляемый в зависимости от отношений и по рис. 1.19 (р₁ – абсо­лютное давление до диафрагмы, мм рт. ст.; p₂ – абсолютное давление после диафрагмы, мм рт. ст.); K_t – поправочный коэффициент на тепловое расширение диафрагмы, который можно принимать равным единице; d – диаметр отверстия диафрагмы, см; Т – абсолютная температура, К (273,16 +t ⁰С); z – откло­нение реальных газов от идеального (коэффициент сжимаемости); – относительная плотность газа.

Для непрерывного измерения расхода газа на компрессорных станциях и установках подготовки нефти широко применяются дифференциальные манометры ДП-430 и ДП-632, которые имеют механизмы записи дифференциального и статического давлении и привод диаграммы от часового механизма.

Дебиты жидкости (нефть, нефть + вода) скважин, подключенных к Снутнику-Б40 и Спутнику-А, измеряются тахометрическими расходомерами нефти ТОР-1.

Расходомер ТОР-1 (рис. 1.20) состоит из двух основных частей: турбинного счетчика жидкости и блока питания.

Принцип действия счетчика – измерение числа оборотов крыльчатки, пропорционального объему прошедшей жидкости. Жидкость, проходя по обтекателю 8, попадает на наклонно рас­положенные лопатки крыльчатки 2 и приводит крыльчатку во вращательное движение, которое через понижающий редуктор 4 и магнитную муфту 5 передается на счетный механизм 6. Показания счетного механизма 6 снимаются с шестиразрядного барабанного интегратора с ценой деления 0,1 м³ и со шкалы с ценой деления 0,005 м³ и передаются по кабелю 7 на БМА. На одной оси со стрелкой счетного механизма 6 вращается диск с двумя посто­янными магнитами, которые, проходя мимо магнитоуправляемого контакта, обеспечивают его замыкание через каждые 0,05 м³ жид­кости, прошедшей через прибор.

Жидкость после крыльчатки 2, ударяясь об экран 3, изменяет свое направление на 180° и через окна выходит из прибора. Диапазон измерения колеблется от 3 до 30 м³/ч. Погрешность измерения при расходе от 3 до 5 м³/ч – ±5%, от 5 до 30 м³/ч – ±2,5%.

Расход нефти, прошедшей через ТОР-1, определяется автоматически как разность между показаниями ТОР-1 и показаниями датчика влагомера (см. рис. 1.15).

Рис. 1.20.Схема автоматическог расходомера жидкости ТОР-1: 1 – корпус расходомера; 2 – крыльчатка; 3 – экран (отражатель); 4 – понижающий редуктор; 5 – магнитная муфта; 6 – счетный механизм; 7 – кабель; 8 – обтекатель

В настоящее время для измерения расхода нефти и эмульсии широко применяются массовые расходомеры, устройство которых приведено ниже.