質(zhì)量流量計(jì)在海洋石油平臺(tái)化學(xué)藥劑系統(tǒng)中的應(yīng)用前景展望

本文重點(diǎn)闡述了質(zhì)量流量計(jì)在海洋石油平臺(tái)的化學(xué)藥劑系統(tǒng)中應(yīng)用的優(yōu)勢。簡要介紹了質(zhì)量流量計(jì)的工作原理。詳細(xì)分析了目前造成化學(xué)藥劑過量注入的主要原因以及后果，從經(jīng)濟(jì)性可靠性等方面論證了在化學(xué)藥劑系統(tǒng)中應(yīng)用質(zhì)量流量計(jì)的解決方案。

流量計(jì)是海洋石油平臺(tái)過程控制系統(tǒng)中的重要組成部分。只有在儀表選型的過程中根據(jù)不同的工況選擇適合的流量計(jì)才能達(dá)到良好的測量效果。對于海洋石油平臺(tái)的化學(xué)藥劑注入系統(tǒng)，其被測流體成分復(fù)雜，流量小，粘度高，為其選擇合適的流量測量儀表是設(shè)計(jì)工作的一個(gè)難點(diǎn)。以往人們對化學(xué)藥劑的計(jì)量應(yīng)用***為廣泛的是轉(zhuǎn)子流量計(jì)，但是其相對較低的測量精度以及固有缺陷往往會(huì)導(dǎo)致化學(xué)藥劑的過量注入。在當(dāng)前低油價(jià)的環(huán)境下，對于成本的控制是極為重要的，長期大規(guī)模的化學(xué)藥劑過注入會(huì)帶來不必要的生產(chǎn)成本，所以我們迫切地需要對化學(xué)藥劑的注入量進(jìn)行更加的測控。目前小型化的質(zhì)量流量計(jì)在這一方面有著諸多優(yōu)勢，它的應(yīng)用能夠改善化學(xué)藥劑過量注入的情況，從而降低成本提高經(jīng)濟(jì)效益。

1 研究背景

化學(xué)藥劑系統(tǒng)是海洋石油平臺(tái)整個(gè)工藝流程的重要組成。其作用是利用多種藥劑的化學(xué)特性使相應(yīng)工藝流程的處理效率得以提高，也對平臺(tái)的設(shè)備管道起到保護(hù)的作用。例如破乳劑、防腐劑、防蠟劑、防阻劑、防海生物化學(xué)藥劑等都是平臺(tái)生產(chǎn)過程中所長用的化學(xué)藥劑。

值得注意的是在平臺(tái)設(shè)計(jì)以及平臺(tái)生產(chǎn)運(yùn)營的過程中人們往往忽視了對于化學(xué)藥劑的計(jì)量，以往平臺(tái)化學(xué)藥劑的這部分開支并不被重視，但是在當(dāng)前低油價(jià)的情況下，高度的化學(xué)注入系統(tǒng)將會(huì)為我們極大的節(jié)約生產(chǎn)成本從而提高經(jīng)濟(jì)效益。以某平臺(tái)為例，全年平均化學(xué)藥劑用量如下表所示。

據(jù)評估在整個(gè)平臺(tái)全年的生產(chǎn)運(yùn)營成本中約有 6%-10% 被用于化學(xué)藥劑以及成產(chǎn)流程中水合物的防治。所以對于生產(chǎn)而言這筆開支是不容忽視的。由于對藥劑注入量的測量精度差，會(huì)導(dǎo)致過量注入和注入不足的現(xiàn)象。過量注入會(huì)導(dǎo)致不必要的開支，使生產(chǎn)成本上升，據(jù)估計(jì)以目前常用的低精度計(jì)量方式許多平臺(tái)的藥劑過注入量約高于際需求量的20%甚至更高。由于藥劑過量注入所導(dǎo)致的生產(chǎn)成本上升如下圖 1 所示。

目前轉(zhuǎn)子流量計(jì)是化學(xué)藥劑系統(tǒng)中***長用的流量測量儀表。轉(zhuǎn)子流量子的優(yōu)點(diǎn)是其結(jié)構(gòu)簡單可靠，便于現(xiàn)場安裝，對于流量計(jì)前后直管段沒有要求，而且量程大耐化學(xué)腐蝕，壓損小，適合微小流量測量。但是轉(zhuǎn)子流量計(jì)的工作原理決定了其測量精度相對較低，這也是導(dǎo)致目前化學(xué)藥劑系統(tǒng)普遍存在過量注入的一個(gè)直接原因，所以要從根本上解決這一問題就需要為化學(xué)藥劑系統(tǒng)配置更同時(shí)具有更高性價(jià)比的流量測量儀表，而小流量質(zhì)量流量計(jì)恰恰可以滿足這一需求。

2 質(zhì)量流量計(jì)的工作原理

1835 年一位名叫科里奧利的法國數(shù)學(xué)家在研究中發(fā)現(xiàn)在旋轉(zhuǎn)體系中作直線運(yùn)動(dòng)的物體會(huì)受到一個(gè)力的作用，這個(gè)力就是科里奧利力，它使得位于旋轉(zhuǎn)體上的可運(yùn)動(dòng)物體獲得了一個(gè)垂直于其運(yùn)動(dòng)方向的加速度。其原理如下圖所示。

假設(shè)流體質(zhì)量為 ，在管道中以速度 勻速運(yùn)動(dòng)，管道圍繞 軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)角速度為 ，那么該指點(diǎn)所受加速度可分解為兩個(gè)加速度分量，分別是法向加速度 ，切向加速度 （即科里奧利加速度）。產(chǎn)生該加速度所需要的力的值為 ，對于流體而言這個(gè)力來自于管道的內(nèi)壁，這個(gè)力的反作用力即為流體對于管道產(chǎn)生的科里奧利力 。