鹽穴儲氣庫造腔站污水處理廠流量計選型與可靠性分析

摘要:鹽穴儲氣庫在造腔過程中，污水處理廠流量計用于計量注人和排出液體體積，其可靠性直接影響到造腔工程師對造腔進(jìn)度的監(jiān)控，及相應(yīng)施工計劃的安排。除定期檢測外，文章根據(jù)巖鹽中泥質(zhì)不溶物膨松系數(shù)在一定范圍這一特征，統(tǒng)計分析生產(chǎn)數(shù)據(jù)，評價其可靠性。結(jié)果表明，污水處理廠流量計可靠性能滿足鹽穴儲氣庫造腔生產(chǎn)需要。
污水處理廠流量計由流量傳感器和轉(zhuǎn)換器兩部分組成，與其他類型的流量計相比，污水流量計具有無壓損、口徑大、量程比寬、耐腐蝕、適用于高鉆度介質(zhì)、性價比高等特點(diǎn)，可充分減小管道內(nèi)的阻力，符合節(jié)能降耗的要求。目前，污水處理廠流量計已廣泛應(yīng)用于造腔生產(chǎn)中，雖然經(jīng)過定期檢測，但由于被測介質(zhì)性質(zhì)及流速等的影響，污水處理廠流量計在造腔中的應(yīng)用效果并未評價。調(diào)研結(jié)果表明，巖鹽中不溶物膨松系數(shù)在特定地區(qū)是常數(shù)，且往往在一定范圍內(nèi)，可用生產(chǎn)中溶鹽體積、腔體實際體積、不溶物含量等參數(shù)表達(dá)。
本文通過介紹污水處理廠流量計的測量原理，造腔地面工藝，確定污水處理廠流量計在造腔站的適用性，造腔站內(nèi)污水處理廠流量計的選型與安裝，明確一該類流量計的使用符合減小測量誤差及穩(wěn)定性的要求，再根據(jù)日常生產(chǎn)中的注人液體、排出液體體積以及相應(yīng)的濃度，對溶鹽體積進(jìn)行計算，結(jié)合階段造腔實際體積及不溶物含量，計算不溶物膨松系數(shù)，評價流量計的可靠性。
1、電磁流盤計測量原理
污水處理廠流量計是利用法拉*電磁感應(yīng)定律測量，如圖1所示，用于測量電*與運(yùn)動的流體構(gòu)成的回路中產(chǎn)生的電參數(shù)，并根據(jù)公式換算成流體速度，再測量流通截面液位高度得到流通面積，兩者相乘得到所測流量。


式中:Q為被測介質(zhì)體積流量，m3/s ; Ue為直流式污水處理廠流量計用來測量流體橫越磁場時所感生的電動勢，V; B為磁感應(yīng)強(qiáng)度，T; L為電*間距，即測量管內(nèi)徑，m;。為液體平均流速，m/s ; k為修正系數(shù)。

2、造腔站污水處理廠流量計選型
污水處理廠流量計選型與安裝應(yīng)根據(jù)工藝條件來確定，主要包括被測介質(zhì)電導(dǎo)率、溫度、壓力、介質(zhì)流量范圍、工藝管道的管徑、介質(zhì)狀態(tài)，介質(zhì)的腐蝕性，工藝管道材質(zhì)等因素，保證測量的準(zhǔn)確度，并根據(jù)環(huán)境條件選擇防爆及防護(hù)等級。
2.1造腔地面工藝
造腔地面工藝分為注水工藝和排鹵工藝。注水過程中，淡水或淡鹵水通過離心泵增壓至匯管，然后通過各井管線流量計計量，進(jìn)入鹽層。排鹵過程為，溶鹽產(chǎn)生的鹵水依靠自身壓力通過管道計量后，*終進(jìn)人匯管外輸。
2.2選型及安裝
造腔站污水處理廠流量計測量介質(zhì)主要為鹵水或者淡鹵水，電導(dǎo)性較強(qiáng)，但具有較強(qiáng)的腐蝕性。采用的襯里材料為聚四氟乙烯，電*材料選用哈氏合金(HC)，耐腐蝕性能好，能有效預(yù)防注人和排出液體含有顆粒雜質(zhì)、飽和鹵水結(jié)晶等問題。防護(hù)等級選用IP65用以完全防止外物侵人并防噴射水進(jìn)人。
在安裝位置方面，各單井注水排鹵流量計在高低壓閥室，與注水泵機(jī)組隔離，接地良好。單井注水排鹵管道為DN150，流量計的前直管段長度為87cm，后直管段55cm，同時，在回鹵的低壓閥室，污水處理廠流量計安裝在介質(zhì)的上流處，符合污水處理廠流量計安裝要求。
3、造腔站電磁流*計可靠性分析
根據(jù)巖鹽中泥質(zhì)不溶物膨松系數(shù)在一定范圍這一特征，通過對金壇儲氣庫的造腔井生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，計算腔體溶鹽量，結(jié)合聲吶測腔體積，計算不溶物膨松系數(shù)，檢驗污水處理廠流量計計量的可靠性。
3.1、鹽層物理化學(xué)性質(zhì)
金壇鹽巖層段巖性主要為鹽巖、含泥鹽巖夾含鹽泥巖、鈣芒硝泥巖、云質(zhì)泥巖、泥巖、粉砂巖等。對于占鹽巖段so%以上的鹽巖層，主要礦石以石鹽為主，其次為鈣芒硝、石膏，局部出現(xiàn)無水芒硝，雜質(zhì)主要為粘土礦物，其次為白云巖、碳酸鹽巖等。石鹽的化學(xué)組成主要是NaCI，占74.9%一90.8%，其次是Nat S04、CaSO4，其他鹽類甚微。
3.2造腔運(yùn)行中溶鹽量計算
由于日常造腔中，主要注人淡水或者淡鹵水，離子濃度非常低，且日?；炛袦y量了注人液體的氯離子濃度，其他離子未詳細(xì)測量，所以在進(jìn)行溶解鹽體積計算時，注人液體只考慮氯離子。
由于每次測腔都有等待和準(zhǔn)備時間，所以腔內(nèi)鹵水濃度會繼續(xù)升高，腔體體積擴(kuò)大。故該階段溶鹽體積應(yīng)按照式(9)計算:


式中:V,為日溶鹽體積，m3; VA為日采鹽體積，m3 ;場余為腔體擴(kuò)大后未排出液體的溶鹽體積，m3 ; Vip1*a為腔體擴(kuò)大后未排出液體體積，m3m剩赫為腔體擴(kuò)大后未排出的液體中等效淡水溶劑質(zhì)量，kg；V排-為日排出液體體積，m3m瑰為日注人液體體積，m3; C排為日排出液體氯化鈉質(zhì)量體積濃度，歲1; C排-為日注人液體氯化鈉質(zhì)量體積濃度，g/l；C注為日排出液體密度，kg/m3 ; p注為日注人液體密度，kg/m3，P氯化鈉為氯化鈉密度，kg/m3 ; p水為水的密度，kg/m3 ; V8為階段溶鹽體積，m3 ; C聲為聲吶測量時腔體內(nèi)氯化鈉質(zhì)量體積濃度，g/1; P聲為聲吶測量時腔體內(nèi)液體密度，kg/m3kg/M。
由于2016年前并未進(jìn)行注水濃度化驗，所以本文選擇了2016年至2017年進(jìn)行造腔并在該時間段內(nèi)完成設(shè)定造腔階段的井進(jìn)行統(tǒng)計分析，結(jié)果如表1所示。
3.3膨松系數(shù)
鹽巖礦床不論品位多高，都普遍存在著水不溶物，主要分布在鹽巖層內(nèi)及夾層中。由于金壇鹽礦不溶物中的一大部分屬于泥巖，主要以粘土礦物中以伊利石為主，其次為伊/蒙混層，無高嶺石，這些枯土礦物的強(qiáng)吸水性及吸水后*易膨松性，會減少腔體有效體積，所以實際溶解鹽的體積并不是腔體體積，它們之間存在以下關(guān)系:
式中:Vf為階段腔體有效體積，m3 ; V.為階段溶解的固體鹽體積，m3;。為階段鹽巖中不溶物比例，小數(shù);月為階段鹽巖中不溶物崩落以后的膨松系數(shù)，常數(shù)。
根據(jù)實驗，金壇儲氣庫不溶物膨松系數(shù)在1.5-3范圍。由于鹽穴造腔高度近150 m，含多個夾層，夾層含粘土礦物含量不同，所以膨松系數(shù)不同，同時夾層的厚度不同，所以利用該方法模擬的腔體體積的評價應(yīng)根據(jù)不同造腔階段來進(jìn)行。表1列舉了2017年測腔井的階段造腔體積及該階段不溶物含量，并計算該階段的不溶物膨松系數(shù)。
從表1可以看出，除竹井外，其他井不溶物膨松系數(shù)均在1.5-3范圍，說明造腔站內(nèi)的污水處理廠流量計的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性能夠滿足生產(chǎn)的需要。
3.4誤差分析
根據(jù)該方法對鹽穴儲氣庫電磁流*計效果進(jìn)行評價時，不溶物膨松系數(shù)計算誤差主要受下列因素影響。
(1) 注人液體溶液質(zhì)量濃度化驗誤差。受鹽廠清雄等因素影響，當(dāng)日供應(yīng)的淡鹵水濃度可能會出現(xiàn)上午高，下午低的情況，而每天淡水供應(yīng)化驗的濃度只有上午一個參數(shù)，所以對計算結(jié)果有一定影響。該誤差可通過增加濃度化驗次數(shù)得到有效解決。
(2) 由注人液體中硫酸鈉、硫酸鈣等含*的不確定引起的誤差，但這些礦物在溶液中含量非常少.在一個造腔階段內(nèi)其影響可忽略。
(3) 流量計計量誤差?，F(xiàn)場選用的是準(zhǔn)確度等級為0.5級的流量計。檢測報告顯示，流量計實際相對示值誤差較大，這可能導(dǎo)致計算的不溶物膨松系數(shù)偏離正常范圍。以77井為例，如表2所示，注人端流量計Fri在30 m'/h時，相對示值誤差達(dá)6%，在90 m'/h時，相對示值誤差為3%,明顯大于排出端流量計F12在對應(yīng)檢測點(diǎn)的相對示值誤差。同時，生產(chǎn)數(shù)據(jù)顯示，T7井在該造腔階段，F(xiàn)ri示值在30一80 m3/h范圍，這直接導(dǎo)致了計算的注人鹽量偏大，而溶鹽量偏小，*終使不溶物膨松系數(shù)偏低?？紤]到注人液體溶液質(zhì)量濃度化驗誤差對于所有同期造腔井的不溶物膨松系數(shù)影響結(jié)果相近，而除17井外，其他井不溶物膨松系數(shù)都在正常范圍內(nèi)，所以流量計Fri實際側(cè)量誤差大是導(dǎo)致竹井不溶物膨松系數(shù)偏小的主要原因。
從表2中可以看出，隨流速的增大，相對示值誤差逐漸減小。這可能是由于測量的流體內(nèi)部雜質(zhì)在管道內(nèi)易形成沉淀，雖然采用了聚四氛乙烯作為襯里材料保護(hù)電*，但是在低速流狀態(tài)下，這些沉淀附著于內(nèi)襯的表面使測盆結(jié)果發(fā)生偏差，所以電磁流皿計實際測量誤差必將隨著時間的推移而逐漸增大。為提高污水處理廠流量計在鹽穴儲氣庫造腔過程中的測量精度，可采用以下方法。
(1) 調(diào)整工藝，在可控范圍內(nèi)提高流速，減少雜質(zhì)沉淀.提高測*精度。
(2) 定期清理流量計。
(3) 對于檢測過程中發(fā)現(xiàn)的誤差值超過*大允許誤差的流A計，儀表系數(shù)偏離原出廠標(biāo)定的儀表系數(shù)時，可根據(jù)檢測機(jī)構(gòu)的檢測結(jié)果進(jìn)行儀表系數(shù)校準(zhǔn)。
4、結(jié)束語
綜上所述，污水處理廠流量計的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性能夠滿足鹽穴儲氣庫造腔的需要。但是，污水處理廠流量計在鹽穴儲氣庫使用中，受待測液體不純的影響，實際的側(cè)量誤差**間的推移而逐漸增大，特別是在低流速的情況下，相對示值誤差明顯較大。造腔設(shè)計者可根據(jù)特定地區(qū)巖鹽中不溶物膨松系數(shù)在一定范圍內(nèi)這一特征，進(jìn)行生產(chǎn)分析，評價流*計計量在使用中的可靠性。對于不溶物膨松系數(shù)不在特定范圍內(nèi)的井，排除濃度檢驗影響后，可通過提高流速，定期清理流量計，儀表系數(shù)校準(zhǔn)等方式提高測皿的數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，以便于合理安排造腔計劃.指導(dǎo)造腔施工。

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