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液 体 计 量 站 设 计
美国Scottie Duplantis

  摘 要:本文介绍了设计液体计量站需要收集掌握的资料和所遵循的规程规范;重点介绍了液体计量站的主要构成和设备、仪表选型所注意的事项,同时指出了一个计量站设计中应考虑的一些问题及解决办法。


一、 概     述


  设计液体计量站,就是将管线、阀门、仪表及有关设备、配置进行工程安装设计,以便在一个工艺单元的产品分配和负责双方的输送交接点得到精确的计量数据。液体计量站可以设计为一个尽量简单如一台手动操作的仪表,或者可以设计为较复杂的多种仪表的油罐装卸装置,具有多种功能的控制计算机系统。
  液体计量站建立在油井到炼厂之间的石油工业生产区域,典型的位置是输油管线的泵站、管线分配端、储油设备的供油端和油轮的装油端。
  由于是产品的计量,很显然,好的计量系统的设计最重要的是在工艺上应方便操作和控制,在产品计量方面应能获得准确的数据,测量精度将直接影响公司的收人和利润。


二、 目     的


  本文的目的在于使你认识到设计一个液体计量站的总的意图和基本原理,主要有以下几点:①好的计量站的基本计量性能;②当前液体计量站的设计规范;③一个计量站的组成部分;④设计一个计量站通常的核对步骤。
  本文不包括详细的设计过程和单台计量设备(如流量计、阀门等)的价格比较,但对设计资料的获取和各种设备的评价提出建议,以选择最好的设备。
  文中介绍了一种容积式流量计或涡轮流量计装备的有代表性的计量站的特点,这不是说其它种类的仪表不适用于液体计量。因此,每个设计者应该研究并弄清楚在当前市场上的许多液体计量设备的特点、准确度及优缺点。
  根据所设计的计量站工艺和综合准确度的要求,计量站的设计和工程将涉及到有关规范、规定及有关资料(不含几种专业化安装和橇装的计量站)。
1.输送计量站所需的设计、工程、施工安装和试验规范
  (1)工艺工程
  (2)电力工程
  (3)电子工程
  (4)计量工程
  (5)计算机工程
  (6)仪表和控制工程
  (7)设备
  (8)机械设计(管线设计)
  (9)建筑设计
  (10)管线和结构的制造
  (11)管线和结构的安装
  (12)仪表/电气安装
2.需要的操作维护资料
  (1)计量站是有人操作还是无人操作。
  (2)数据检索形式(手抄或打印)。
  (3)计量站是手动操作还是计算机操作,还是二者兼之。
  (4)在线检定还是离线检定?
  (5)对连续的不间断运行需要的设备冗余度(备用设备)。
  (6)系统的安全操作是否有要求?①工艺压力保护;②热应力保护;③工艺波保护;④计量站的紧急通道;⑤设备故障排除;⑥职业防护与保健设备。
  (7)在工艺非正常/失火状态下的安全停工需要的设备。
3.现场资料
  (1)计量站是现场组装还是非现场组装?
  (2)可以利用的能源形式。
  (3)有无特殊的现场和规划要求?①可到达性②地面情况(是否海岸);③建筑要求 (是否海洋);④其
xxxxxxx它工作现场要求。
  (4)管线的连接和要求。
  (5)能源所处位置与计划的计量单元所处位置之间的关系。
  (6)计划的现场排水系统:①地面排水;⑧工艺排水。
  (7)是否有空间限制。
  (8)计量站对电力区域要求的等级。
4.设计规范、资料
  (1)可应用的管线规范是什么(ANSI、DOT、ASME等)?
  (2)可应用的电力规范是什么(NEC等)?
  (3)对计量系统是否有专门要求的规范(API、合同条款等)?
  (4)可供应用的专门的设备规范(ASME、API、ANSI、AWS等)?
  (5)需要哪个认证机构(UL、FM、NBS等)?
  (6)应用的专门设备要求(1SA等)?
  确定了以上资料后,设计者需将这些要求用于计量系统的不同部分,因此,通常需将计量站的组成及功能要求弄清楚。


三、计量站的基本构成


  图1所示是一个有三条计量管线的计量站,其具有现场在线检定的功能。下面介绍其各种设备的情况。

图1


1.进口和出口管汇(图中序1、2)
  管汇表明进入仪表和离开仪表的走向。设计需满足压力要求,考虑压力降以及未来系统的扩建。
2.通用工艺阀(图中序3、4、5)
  通用工艺阀包括进口、出口和每个计量管线上的过滤器排污阀。这些阀用于维修时隔离计量管线,可以是符合和适用工艺条件、流体条件和操作要求的标准闸阀或球阀。
3.计量管过滤器(图中序6)
  计量过滤器用于过滤掉液体中的碎屑,过滤器应能满足工艺压力要求并有适当的过滤网。过滤器上部应有封闭的或者盲法兰(用于快且容易移出的过滤网)、排气或排污连接口(用于维修)和压力表接头(用于监测过滤网是否堵塞的压力表)。如果系统的压力降是个重要因素,过滤器和滤网尺寸规格应认真考虑。确定过滤网的尺寸是为了保护流量计,大量的污物出现在投产开启时,在启动初期应考虑选用特殊的小过滤网眼。
4.计量管段(包括直管段,图中序7)
  计量管段是流量计前面和后面的管线。这种管段设计用来消除流体中的旋涡。API标准建议,有用于不同的管道和安装的专门长度的计量管。当流量计前安装有流体整流器时,API建议可以减少计量管的长度,因此可减少系统的总的长度。在橇装系统上,计量管长度减少可以节约材料费用。
  计量管及支撑管段的设计应便于流量计的拆卸。应用涡轮流量计时,应使用对中销钉,以保证流量计与管线对中。在大口径管线(≥8 in)上,需用专门的螺旋起重器和空间板以提供拆装仪表的间隙。
5.一次仪表(图中序8)
  一个计量系统的主要设备是一次仪表。仪表的选用将取决于工艺状态、希望的系统调节范围和流体性质。性能良好的流量计应能覆盖宽的流量范围,且有一个好的线性度(如测量范围为10:1的涡轮流量计为±0.25%,测量范围为5:1的容积式流量计为±0.25%)。
  选择合适的流量计是一个重要的问题,设计者在选择仪表前应进行全面的调查。
6.特殊的双闸阀和泄放阀(图中序9)
  在多台流量计的应用和检定过程中,不允许有漏失。为了检验这项要求,需要特殊的双闸阀和泄放阀。这些阀被安装在计量管与检定装置之间,在计量期间具有很高的可靠性,并且通过专门的管线证明双闸阀和泄放阀的密封特性。设计者还应根据检定管线的安装特点,考虑在密封检定期间,排除来自计量站液体的方法。
7.控制阀(图中序10)
  在计量系统中,控制阀应能对小的压力降(1540 lb/in2)进行调节,使流体以稳定的流量通过多台流量计。用于一台流量计的检定时,通常采用一种性能优良的蝶阀。
8.止回阀(图中序11)
  在系统中有可能出现回流,安装止回阀可避免设备损坏。有许多类型的止回阀可以用于计量系统中。
9.仪表(图中序12)
  计量系统的准确度要求关系到仪表的选型和配置。大多数计量系统,容积计量和仪表检定都需要进行温度和压力补偿,因此,需要精确的压力和温度测量。在这些应用中,每一个计量管上和标定管出口管线上应安装压力和温度变送器,以便可以获取4~20mA信号并传输到一台微处理计算机,在计算机中可以进行随机的补偿修正。
  安装在系统中的其它仪表还有每一个计量站上和体积管进、出口处的压力、温度指示仪、差压指示仪/开关仪表(在过滤器上和体积管的密封装置上)。为了测量的完整性和维修的原因,这些仪表用于计量系统现场或/和运行监测。
  API标准中指明了仪表的安装位置,然而,每个ISA标准和仪表制造公司都有详细的安装说明。
10.检定设备及管线
  所有计量系统都应包含一个一次计量仪表重新检定的规划。大多数情况是根据买卖双方协议或者公司的规定来选择检定方法。有一些检定方法是在现场安装一台检定设备或将仪表返回到制造厂检定一样的简单。如果需要离线检定,设计安装管线要考虑仪表拆卸方便。如果在线检定,要考虑选择什么样的检定设备,在线检定可以是如下两种:
  (1)通过预留的体积管连接头连接的检定。
  (2)在线串联标定管:①双向式;②单向式;③活塞式;④小容积式。
  如果使用旁通式检定方法,系统将通过工艺连接管线阀门将轻便检定装置或标准流量计连接在流量计之后,液体经检定装置到流量计下游。
  如果采用在线检定系统,设计者需选择适用于这一专门应用型式的检定装置。在线检定装置的选择需考虑以下因素:①检定装置对场地的要求;②工作要求;③设备费用;④检定装置制造公司经验;⑤不同检定装置的特性与限制;⑥检定装置的维护要求。
  有关各种检定装置的优缺点内容太多,本文不予论述。在任何情况下,设计者总要把检定装置可靠的工艺质量放在首位,并且应具有按API要求和由美国国家标准局认证的容积溯源。
11.热效应安全阀(图中序14)
  热效应安全阀是用于隔离管段由于太阳照射管线升温造成的超压保护。被阀门隔离的管段有可能是一段管线或设备。
  设计者应对整个系统的排列认真研究,以搞清楚出现隔离管段的可能性。
  大多数系统中,热安全阀提供保护的管线较短,仅需放出很少量的液体即可卸掉压力,因此,安全阀的规格不太适用,热保护安全阀的尺寸有3/4 in×1in就足够了。


四、计量站设计中的其它问题

  以上是一个计量系统的基本构成,计量站设计中还需考虑以下问题。
1.绝热考虑
  计量系统操作温度范围通常在20~150oF,这种情况对人员防护是不用绝热的,但为了检定仪表获得稳定的温度,需要对体积管检定管线和与仪表连接的管线进行隔热处理,通常采用1.5 in厚的铝夹克。
2.排污和排气
  若计量系统需要,应考虑设计排污和排气管线。
3.橇装结构
  当一个计量系统在另外的地方制造或由制造商制造时,计量系统需要安装在一个钢结构橇装上,这将方便运输和交货,橇装设计应考虑系统的起重和运输中的应力变化。
  橇装设计和建造应按照AISI规范和AWS D1.1要求执行。
4.密度计
  安装密度计用以监视和记录被测液体的密度值。安装在计量站的密度计,其输出信号传输到计算机系统用于测量和计算。
5.取样系统
  取样系统对被测液体取样。取样时间被编成程序输入计算机,以便由计算机控制在总液中或分支液中取得样品。取得的样品用于测定液体中的含水量,这些数据用于容积修正(尤其是在油船的装载过程中)。
6.空气消除系统
  当被计量的液体中存在气体时,需用消气器。如果需用消气器,应确定工艺参数并了解气体存在的量。有些情况,需采用大型的消气设备,而有时仅需用小型的消气器。
  若需用大型消气器,通常要安装在计量站上游的另外的橇装上。若脱气量很少,可使用小型消气器,将其安装在计量管的过滤器一侧。
7.流量积算仪上的备用电源(用于涡轮流量计)
  当流量计的电源失电时,备用电源可以为流量计的积算仪提供电源。
8.沉淀物和水的监测
  沉淀物和水的监测仪用来对油品中的含水量进行监测。这些设备仅用于监测目的,并且安装在计量站进口管汇附近。
9.混合器(静态的、有动力的和喷射混合器)
  为了精确地取样,用混合器来保证液体的混合。
  若需要用混合器,通常安装在计量站的上游。大部分混合器会造成大的压力降,设计者应考虑选择合适的混合器。


五、计量站设计的循序渐进法


  循序渐进地进行一个计量站设计,有助于更好地帮助你完成设计。一般的程序如下:
  第一步,确定现场和工艺要求;
  第二步,选择计量装置的型式和规格;
  第三步,选择使用的检定方法;
  第四步,研究基本设备要求;
  第五步,研究管线设计(研究压降);
  第六步,针对压降的要求修改系统要求;
  第七步,研究设备的精密性和可利用的资料;
  第八步,做设备和管线的方案图;
  第九步,确定计量设备的方案;
  第十步,做系统管线和爬犁的装备图;
  第十一步,系统安装和装配。


资料来源于美国《石油天然气计量培训教材》1995年
编译:潘兆柏
审校:郭福民

 
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