1.小流量計(jì)量系統(tǒng)運(yùn)行現(xiàn)狀

天然氣小流量計(jì)量系統(tǒng)在我廠的應(yīng)用十分普及，其廣泛應(yīng)用于全廠集（配）氣站的自用氣、單井計(jì)量系統(tǒng)，及我廠內(nèi)部貿(mào)易計(jì)量部位，儀表選型基本為 TDS 型旋進(jìn)旋渦智能流量計(jì)，目前在用儀表總計(jì) 150 臺(tái)，特別是其中的 26 套計(jì)量系統(tǒng)均為貿(mào)易計(jì)量點(diǎn)，其計(jì)量的穩(wěn)定性與準(zhǔn)確性直接影響著氣量的交接、核算，關(guān)系著供求雙方的經(jīng)濟(jì)利益；同時(shí)站內(nèi)自用氣計(jì)量系統(tǒng)的穩(wěn)定、準(zhǔn)確工作為我廠節(jié)能減排工作提供著重要的依據(jù)，而且自用氣和單井計(jì)量系統(tǒng)對(duì)全廠的輸差控制也有著直接的影響，因此維護(hù)小流量計(jì)量系統(tǒng)的穩(wěn)定、準(zhǔn)確性是一項(xiàng)極為重要而關(guān)鍵性的工作。

但是在現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)中，我廠小流量計(jì)量系統(tǒng)運(yùn)行狀況存在著故障率高、穩(wěn)定性差的客觀現(xiàn)實(shí)，限制了其應(yīng)有作用的發(fā)揮。通過近年來春冬季巡檢普查結(jié)果及儀表維護(hù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，我廠在用的 150 臺(tái)旋進(jìn)旋渦流量計(jì)每年損壞更換大約維持在 8.6%左右，通過對(duì) 2012 年旋進(jìn)漩渦流量計(jì)故障次數(shù)統(tǒng)計(jì)，小流量計(jì)量系統(tǒng)全年故障次為 102 次，整臺(tái)更換流量計(jì) 13 臺(tái)，零件更換 76 次。

2.科學(xué)分析原因

2.1 通過理論研究，評(píng)價(jià)流量計(jì)性能特征

2.1.1 從流量傳感器測(cè)量原理上分析：

在天然氣管道中，當(dāng)沿著軸向流動(dòng)的流體進(jìn)入流量傳感器入口時(shí)，螺旋形葉片強(qiáng)迫流體進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，于是旋渦發(fā)生體中心產(chǎn)生旋渦流，旋渦流在文丘利管中旋進(jìn)，到達(dá)收縮段突然節(jié)流使旋渦流加速，當(dāng)旋渦進(jìn)行擴(kuò)散段后，因回流作用強(qiáng)迫進(jìn)行旋進(jìn)式二次旋轉(zhuǎn)。此時(shí)旋渦流的旋轉(zhuǎn)頻率與介質(zhì)流速成正比，并為線性。

頻率與流體流速線性關(guān)系為：Q=F/K 其中 F 為旋渦頻率，K 為儀表常數(shù)。由以上線性關(guān)系可知，理想條件下若要得出正確流量，一面方面必須測(cè)得正確旋渦頻率值，一方面要有穩(wěn)定的儀表常數(shù)，這兩者的準(zhǔn)確性直接影響著流量計(jì)的準(zhǔn)確與穩(wěn)定。經(jīng)過對(duì)傳感器測(cè)量原理的深入研究，小組成員發(fā)現(xiàn)直接影響旋渦傳感器正常測(cè)量的主要決定因素為：

（1）殼體：是流量計(jì)的關(guān)鍵部位，是約束流量計(jì)通徑、入口錐角、擴(kuò)散段錐角以及噴嘴是否適合的關(guān)鍵。

（2）旋渦發(fā)生體：是流量計(jì)的關(guān)鍵部位，用于產(chǎn)生氣體旋渦，也是決定流量計(jì)測(cè)量準(zhǔn)確度的關(guān)鍵因素。如果被測(cè)流體中存在黏性顆粒或夾雜較多纖維物質(zhì)，則可能會(huì)逐漸堆積在旋渦發(fā)生體迎流面上，使其幾何形狀和尺寸發(fā)生變化，因而流量系數(shù)也相應(yīng)變化。據(jù)日本 Oval 公司進(jìn)行的模擬試驗(yàn)結(jié)果，在該公司旋渦發(fā)生體端的堆積物厚度為 0.01D 的附加誤差為－2％；為 0.02D 時(shí)，附加誤差為－3.4％。

（3）旋渦整流器：是消除整流的主要部件，可以消除一部分干擾，使進(jìn)入流量計(jì)的流體平整、穩(wěn)定，盡量接近工況狀態(tài)，它直接影響著被測(cè)量的穩(wěn)定性。

（4）壓電傳感器：是檢測(cè)旋渦應(yīng)力變化的傳感部件，從而輸出頻率與被測(cè)流體流速成正比的交變電荷信號(hào)，壓電傳感器發(fā)出的脈沖數(shù)越多，流量計(jì)的顯示值越大。

（5）流量傳感器：是最直接測(cè)量流量的元件，流量傳感器一般由熱敏電阻制成，接入平衡電橋中，當(dāng)流體通過時(shí)造成溫度變化，將進(jìn)動(dòng)頻率變?yōu)殡娮枳柚底兓念l率，也就是旋渦頻率 F，因此，它的值的準(zhǔn)確測(cè)量直接影響被測(cè)量的準(zhǔn)確性。

（6）溫度傳感器：當(dāng)傳感器內(nèi)被測(cè)流體的溫度變化較大時(shí)，將引起傳感器內(nèi)部尺寸和流體體積的變化，從而造成傳感器儀表常數(shù)的變化，也就是線性關(guān)系式中 K 的變化，這也會(huì)影響到測(cè)量的準(zhǔn)確性。

2.1.2 從智能型流量積算儀的工作原理分析：

流量積算儀由溫度和壓力檢測(cè)模擬通道、流量傳感器通道能及微處理單元組成，并配有外輸接口，輸出各種信號(hào)。流量計(jì)中的微處理器按照氣態(tài)方程進(jìn)行溫壓補(bǔ)償，并自動(dòng)進(jìn)行壓縮因子修正，氣態(tài)方程如下：

Qn=Zn/Zg*(Pg+Pa)/Pn*Tn/Tg*Qg

由流量積算公式分析可以得出：

在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量時(shí)，計(jì)量壓力和溫度的準(zhǔn)確度直接影響天然氣標(biāo)準(zhǔn)體積流量的準(zhǔn)確性；同時(shí)天然氣的壓縮因子的準(zhǔn)確度也直接影響天然氣體積流量的準(zhǔn)確性。

其中壓縮因子計(jì)算公式為：

Z=Vm(真實(shí))/Vm（理想） Vm=RT/p

由此可見，天然氣中的 N2、CO2 的摩爾百分比含量以及相對(duì)密度等計(jì)量參數(shù)對(duì)天然氣標(biāo)準(zhǔn)體積流量的準(zhǔn)確性也有影響。根據(jù)以上數(shù)學(xué)模型的進(jìn)一步探索，最終得出了影響流量計(jì)正常運(yùn)行與標(biāo)準(zhǔn)體積流量準(zhǔn)確測(cè)量的主要因素：

① 壓力/溫度傳感器測(cè)量值的準(zhǔn)確性；

② 各級(jí)儀表系數(shù)、壓縮因子等計(jì)量參數(shù)的準(zhǔn)確性；

③ 流量計(jì)主板與微處理器的性能；

2013 年 3 月，小組成員對(duì) 2012 年旋進(jìn)旋渦流量計(jì)出現(xiàn)故障進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，總結(jié)了常見的由于本體故障而導(dǎo)致流量計(jì)年不能正常運(yùn)行的情況見（表 1）。

由以上分析圖上可以清晰的判斷，流量傳傳感器損壞、電流輸出模塊損壞以及液晶顯示屏損壞是影響流量計(jì)穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性的主要原因。

通過大量實(shí)驗(yàn)證實(shí)以上推理影響旋進(jìn)旋渦流量計(jì)穩(wěn)定性與準(zhǔn)確性的主要因素為：

（1）旋進(jìn)旋渦流量計(jì)的核心旋渦發(fā)生體，在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)發(fā)電機(jī)、壓縮機(jī)在運(yùn)行中產(chǎn)生的振動(dòng)，外圍有強(qiáng)磁場(chǎng)等造成漩渦發(fā)生體出現(xiàn)偏差，流量計(jì)流量波動(dòng)大，長期在氣質(zhì)臟污條件下使用也易出現(xiàn)粘污或一定程度的磨損，并且與天然氣中成分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生腐蝕，導(dǎo)致流量計(jì)量不準(zhǔn)；

（2）在高含硫的站場(chǎng)中流量傳感器易變形、腐蝕、磨穿，使流量計(jì)不能正常工作；

（3）工況條件下，壓力/溫度傳感器易損壞將導(dǎo)致流量計(jì)不能正常工作；

（4）工況條件下，主板由于自身性能、質(zhì)量原因或線路原因，會(huì)被擊穿，造成不能正常運(yùn)行；

（5）前置放大器的損壞也會(huì)造成儀表不能穩(wěn)定、準(zhǔn)確運(yùn)行；

（6）液晶顯示器等硬件損壞概率也較大，主要是由于太陽直接照射時(shí)間過長導(dǎo)致花屏，缺字，模糊不清等，這將直接導(dǎo)致流量計(jì)不能正常工作。

（7）雷擊、雨天雨水滲入易致主板、顯示器、前置放大器或電路發(fā)生短路、斷路等現(xiàn)象，直接導(dǎo)致流量計(jì)不能正常工作。

2.2 分析流量計(jì)發(fā)生故障的原因

針對(duì)流量計(jì)主要故障，從各方面深入探討、嚴(yán)肅剖析，終于找出了流量計(jì)發(fā)生故障的各種潛在原因：

（1）人員技術(shù)能力方面，對(duì)流量計(jì)的工作原理的研究探討力度不夠，人員技術(shù)水平參差不齊，故障原因分析處理不準(zhǔn)確。

（2）流量計(jì)硬件性能方面，對(duì)一些故障原因重視程度不夠，沒有做出認(rèn)真透徹的調(diào)查分析，出現(xiàn)管理漏洞。

（3）設(shè)備日常管理分為兩個(gè)方面，一方面集氣站員工對(duì)流量計(jì)工作原理及運(yùn)行狀態(tài)了解不清，致使一些可以立即解決的問題長時(shí)間拖延，造成流量計(jì)一直處于失準(zhǔn)狀態(tài)；另一方面本站員工對(duì)流量計(jì)重視程度不夠，沒有對(duì)流量計(jì)的使用情況進(jìn)行定期檢查，對(duì)其使用環(huán)境、運(yùn)行狀況不了解。

（4）檢定及操作規(guī)范方面，沒有標(biāo)準(zhǔn)的操作流程，只能根據(jù)耳口相傳的前人經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行操作，一定程度上存在著風(fēng)險(xiǎn)；另一方面，修舊利廢工作針對(duì)故障流量計(jì)進(jìn)行維修，雖然一定程度上延長了儀表的使用壽命，但是，由于條件限制，對(duì)修舊的流量計(jì)未進(jìn)行檢定校準(zhǔn)工作，對(duì)其準(zhǔn)確性及穩(wěn)定性不能保證，對(duì)準(zhǔn)確計(jì)量有一定的影響。

3.制定整改措施

3.1 針對(duì)故障要因，制定整改措施如下：

（1）由專人負(fù)責(zé)小流量計(jì)量系統(tǒng)日常運(yùn)行情況跟蹤關(guān)注，職責(zé)明確，建立相應(yīng)小流量計(jì)量系統(tǒng)在用情況統(tǒng)計(jì)、故障統(tǒng)計(jì)、零部件損耗統(tǒng)計(jì)等臺(tái)帳；與生產(chǎn)廠家及時(shí)溝通，與實(shí)際生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)相結(jié)合的原則，開展人員技術(shù)培訓(xùn)活動(dòng)，掌握流量計(jì)檢修維護(hù)技能，提高人員技術(shù)水平。

（2）在廠家技術(shù)人員的配合下，小組成員對(duì)產(chǎn)生故障的流量計(jì)從使用時(shí)間、工作環(huán)境、工藝流程、天然氣氣質(zhì)、操作方法等方面分析故障原因，針對(duì)具體原因采取措施，解決故障；并且與廠家技術(shù)人員一起尋求出能夠改進(jìn)主板、流量傳感器、電流輸出模塊、前置放大器及液晶顯示屏等硬件設(shè)備性能的改進(jìn)方法。

（3）針對(duì)日常流量計(jì)管理，結(jié)合生產(chǎn)運(yùn)行情況、故障發(fā)生頻數(shù)等進(jìn)行定期普查和重點(diǎn)集氣站普查，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，及時(shí)解決問題；對(duì)于集氣站工作員工來說，流量計(jì)工作制度、流量計(jì)維護(hù)保養(yǎng)制度有不健全的部分，制度執(zhí)行力度不夠，現(xiàn)場(chǎng)工作人員對(duì)流量計(jì)操作不符合標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)場(chǎng)相關(guān)技術(shù)培訓(xùn)活動(dòng)沒有及時(shí)跟上。

（4）在現(xiàn)有的流量計(jì)檢修作業(yè)指導(dǎo)書、流量計(jì)現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)技術(shù)規(guī)范的基礎(chǔ)上，認(rèn)真組織編寫了流量計(jì)操作標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)流程，規(guī)范流量計(jì)操作，提高流量計(jì)的使用完好率。

（5）針對(duì)維修后的流量計(jì)，進(jìn)行檢定校準(zhǔn)，重新對(duì)儀表的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行調(diào)校，調(diào)校合格后才進(jìn)行使用。

4.積極實(shí)施整改措施

（1）2013 年 3 月，將全廠在用旋進(jìn)旋渦流量計(jì)的統(tǒng)計(jì)工作作為一項(xiàng)基本工作，為流量計(jì)前期研究工作提供每一手資料。

（2）在 3 至 5 月期間，巡檢了全廠集（配）氣站共 150 套旋進(jìn)旋渦流量計(jì)，細(xì)查發(fā)生故障原因。經(jīng)過對(duì)近幾年各故障原因的分析，與流量計(jì)廠家積極配合，對(duì)流量計(jì)進(jìn)行了如下改進(jìn)：

① 在主板上加入隔離板及電流過載保護(hù)裝置，當(dāng)電流過大時(shí)，防止主板被擊穿，保證主板性能，保證流量計(jì)的正常使用。

② 原有的電流輸出模塊和前置放大器電路板上各種元件裸露，當(dāng)操作不當(dāng)或有雨水、水蒸氣進(jìn)入極易導(dǎo)致短路導(dǎo)通，破壞元件，損壞率高，改進(jìn)后，采用灌膠式，各元件之間不接觸，由膠體與外界絕緣，很大程度上提高了儀表的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。

③ 原有的流量計(jì)殼體與旋渦發(fā)生體都由于材質(zhì)原因，與天然氣中的酸性氣體反應(yīng)，易腐蝕，對(duì)流量計(jì)的準(zhǔn)確計(jì)量有影響，因此改進(jìn)后鋁制殼體、旋渦發(fā)生體逐漸更換為鋁合金，合金材質(zhì)更抗腐蝕、耐磨。

④ 原有壓力傳感器精度為 0.2 級(jí)，為了滿足氣田生產(chǎn)需要，能夠更加準(zhǔn)確計(jì)量氣量，經(jīng)過與廠家溝通聯(lián)系，目前流量計(jì)全部更換為 0.1 級(jí)。

⑤ 原有流量計(jì)均無遠(yuǎn)傳數(shù)據(jù)功能，只有數(shù)字顯示功能，在改進(jìn)中加入了電流輸出模塊及信號(hào)信，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳功能，降低了員工的勞運(yùn)強(qiáng)度，有助于實(shí)現(xiàn)數(shù)字化管理。

（3）7 月至 9 月開展了兩次關(guān)于旋進(jìn)旋渦流量計(jì)檢測(cè)技術(shù)的室內(nèi)培訓(xùn)活動(dòng)，與廠家技術(shù)人員一起奔赴現(xiàn)場(chǎng)，與技術(shù)人員一起排除流量計(jì)故障，既加強(qiáng)了技術(shù)員工在該項(xiàng)目上的檢修技能，也能與生產(chǎn)廠家技術(shù)人員充分探討，鍛煉了分析問題、解決問題的能力。

（4）8 月，根據(jù)廠內(nèi)編寫崗位標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)流程的要求，從科學(xué)的角度上規(guī)范了流量計(jì)的使用、測(cè)試與維護(hù)作業(yè)。

（5）通過 9 月的第二次巡檢，解決了全廠在用流量計(jì)故障，更換了 1 臺(tái)流量計(jì)，保證了全廠 150 臺(tái)旋進(jìn)旋渦流量計(jì)的正常運(yùn)行，完好率提高到 100%，確保了氣田小流量計(jì)量工作的正常進(jìn)行。

5.實(shí)施整改措施后的結(jié)果調(diào)查

整改后工作情況匯總?cè)缦拢?/span>

（1）截止到 10 月中旬，2014 年全廠旋進(jìn)旋渦流量故

障頻次明顯減少，共 40 次，具體故障原因見（表 2）

（2）通過室內(nèi)的技術(shù)培訓(xùn)和現(xiàn)場(chǎng)廠家技術(shù)人員的指導(dǎo)，日常維護(hù)技術(shù)水平有大幅度提高，流量計(jì)檢測(cè)技術(shù)日趨成熟.

（3）本年度共維修流量計(jì) 11 臺(tái)，經(jīng)過維修后送檢，對(duì)流量計(jì)的儀表系數(shù)、計(jì)量參數(shù)進(jìn)行調(diào)校，保證了流量計(jì)的準(zhǔn)確計(jì)量。

6.鞏固措施

（1）明確崗位工作職責(zé)，專人專項(xiàng)管理，加大技術(shù)監(jiān)督管理力度，使業(yè)務(wù)過程標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化。

（2）針對(duì)流量傳感器、前置放大器、主板、壓力傳感器等故障原因，與生產(chǎn)廠家持續(xù)聯(lián)系溝通，進(jìn)一步從制造及設(shè)計(jì)源頭開展技術(shù)攻關(guān)，降低故障率。

（3）電流輸出模塊的損壞也較多，雷擊、線路故障等容易造成較大電流通過，造成被燒壞，因此增加了防雷接地裝置。

（4）旋渦發(fā)生體故障雖不是主要故障原因，但是為了防患于未然，要求現(xiàn)場(chǎng)員工定期清洗，吹掃前后直管段，保持旋渦發(fā)生體能正常工作。

7.總 結(jié)

截止目前為止，小流量計(jì)量裝置故障率比 2012 年減少60.78%，故障率明顯降低，穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性提高，整臺(tái)更換流量計(jì)共 5 臺(tái)，僅占全部流量計(jì)的 3.28%，零件更換 33 臺(tái)/次，比 2012 年減少 56.57，報(bào)廢流量計(jì)明顯減少，零部件更換減少，節(jié)約了生產(chǎn)成本近 25 余萬元，也降低因流量計(jì)計(jì)量不穩(wěn)定、準(zhǔn)確度低而造成的計(jì)量輸差，為氣田穩(wěn)定生產(chǎn)提供保證。