دوره 1391، شماره 94 - ( 8-1391 )                   جلد 1391 شماره 94 صفحات 0-0 | برگشت به فهرست نسخه ها

XML Print


Download citation:
BibTeX | RIS | EndNote | Medlars | ProCite | Reference Manager | RefWorks
Send citation to:

روش نوین سنجش مبادلات نفتی. ماهنامه علمی- ترویجی اکتشاف و تولید نفت و گاز. 1391; 1391 (94)

URL: http://ekteshaf.nioc.ir:80/article-1-224-fa.html


چکیده:   (4192 مشاهده)
موضوع سنجش مبادلات نفت‎خام و فراورده‌های نفتی از جمله مباحثی است که همواره در صنایع نفت و گاز مورد توجه بوده است. این موضوع به ویژه در زمان‌هایی که حجم مبادلات مبنای محاسبات مالی2 قرار گرفته و یا مالکیت ماده مبادله شده تغییر می‌یابد، بیش از پیش مهم می نماید. چراکه در این شرایط لازم است حجم مبادله شده توسط تجهیزات جریان‌سنج به طور دقیق اندازه‌گیری شود. به عنوان نمونه انتقال نفت‌خام و گازمایع از تأسیسات بالادستی نفتی به سمت پالایشگاه‌ها و مجتمع‌های پتروشیمی و یا بارگیری محموله‌های نفتی در پایانه‌های صادراتی از جمله مواردی هستند که سنجش دقیق حجم مبادلات در آنها حائز اهمیت است. اساساً جریان‌سنجی به سه روش جریان‌سنجی حجمی استنتاجی3، جریان‌سنجی حجمی مستقیم و جریان‌سنجی جرمی انجام شده و سامانه‌های اندازه‌گیری نیز بر همین اساس تقسیم‌بندی می‌شوند. در روش اول برخی از خواص سیال نظیر فشار، سرعت و یا قابلیت رسانایی اندازه‌گیری شده و پس از قرار دادن مقادیر به دست آمده در معادلات مربوطه، حجم مبادله شده اندازه‌گیری می‌شود. در این روش می‌توان از جریان‌سنج‌های مغناطیسی، التراسونیک4، اختلاف فشاری و توربینی استفاده کرد. در روش دوم حجم مبادله شده به صورت مستقیم و بدون نیاز به پارامترهای فرعی اندازه‌گیری می‌شود که نمونه آن جریان‌سنج‌های جابجایی مثبت5 می‌باشد. در این میان جریان‌سنجی جرمی در مقایسه با سایر روش‌ها، روش جدیدتری است که مبنای آن سنجش مقدار جرم ماده عبوری است. مهم‌ترین سامانه اندازه‌گیری که بر این اساس عمل می‌کند جریان‌سنج کوریولیس6 است که در صنعت نفت ایران نیز کم و بیش به‌کار گرفته می‌شود. 1- اثر کوریولیس نیروی کوریولیس یا اثر کوریولیس نیرویی است که باعث انحراف اجسام در حال چرخش به بیرون از راستای خط راست می‌شود. این نیرو بسته به ساعتگرد یا پادساعتگرد بودن چرخش موجب می‌شود که جسم به سمت راست یا چپ منحرف شود. این اثر توسط گاسپارد گوستاو کوریولیس7 مهندس و ریاضی‌دان فرانسوی در قرن ۱۹ میلادی کشف شد. او اولین کسی بود که متوجه شد تمام اجسام به خاطر گردش رو به مشرق زمین به یک طرف منحرف می شوند. در نیمکره شمالی انحراف به سمت راست حرکت است و در نیمکره جنوبی به سمت چپ حرکت. این انحراف نقش مهمی در پدیده جزر و مد اقیانوس‌ها و آب و هوای زمین دارد. تأثیرات این نیرو را می‌توان به وضوح در تعیین جهت جریانات جبهه‌های آب و هوایی سیارات دید. در واقع نیروی کوریولیس در اصطلاح جغرافیایی نیرویی است که باعث می‌شود بادها در نیمکره شمالی کره زمین در جهت پادساعتگرد بچرخند و به سمت قطب شمال حرکت کنند. البته در نیمکره جنوبی این نیرو برعکس عمل می‌کند. یعنی بادها در نیمکره جنوبی در جهت موافق ساعت می‌چرخند و به سمت قطب شمال حرکت می‌کنند. نیروی کوریولیس فقط در سیستم‌های دورانی اثر کرده و با عبارت زیر بیان می‌شود: Fc =-2mω×v (1) در این رابطه Fc مقدار نیروی کوریولیس، m جرم جسم، ω سرعت چرخش و v شعاع محور چرخش است. 2- جریان‌سنج کوریولیس دبی جرمی را می‌توان به روش استنتاجی و با کمک یک کنتور حجمی و یک چگالی‌سنج اندازه‌گیری نمود. این نوع اندازه‌گیری چندان دقیق نیست، زیرا تناسب بین دما و فشار فرایند و چگالی سیال به طور دقیق مشخص نیست. از سوی دیگر هر کدام از حس‌گرها با خطای جداگانه‌ای که ایجاد می‌کنند میزان خطای کل را افزایش می‌دهند. به همین دلیل استفاده از جریان‌سنج‌‌های جرمی نظیر جریان‌سنج‌ کوریولیس که دارای خطای کمتر و انعطاف‌پذیری بالاتری هستند اولویت دارد. این جریان‌سنج‌ها دارای اصول عملکرد جدیدتری بوده و نسبت به سایر سیستم‌ها دارای مزایایی هستند. جریان‌سنج کوریولیس اولین بار در سال 1970 مورد بهره‌برداری قرار گرفت و در سال 2002 مؤسسه نفت آمریکا8 استفاده از این سامانه را به عنوان روش انتقال قابل کنترل کاربردی دانست. به دلیل اینکه جرم ماده عبوری تغییر نمی‌کند عملکرد جریان‌سنج با وجود تغییر سایر خواص سیال (دما، فشار، چگالی، ویسکوزیته و پروفایل جریان) همواره خطی است. هم‌چنین استفاده از این سامانه ضمن عدم نیاز به جبران تغییرات شرایط دما و فشار، برای سنجش شدت جریان مایعاتی که ویسکوزیته‌ آنها در دما و فشار ثابت نسبت به سرعت تغییر می‌یابد کاربرد دارد. ساختمان این جریان‌سنج شامل چهار قسمت است که عبارتند از: لوله اندازه‌گیری، محرک، سنسورهای مغناطیسی و صفحه نمایش. جریان سیال از درون یک لوله U شکل و یا لوله شبیه چوب‌رختی یا لوله مستقیم عبور می‌کند که این لوله به وسیله نیروی محرک9 با فرکانس مشخصی، عمود بر مسیر حرکت سیال در حال ارتعاش است. لوله اندازه‌گیری باید در پایین‌تر از حد تحمل خود ارتعاش کند. این لوله معمولاً از جنس فولاد ضد زنگ و تیتانیوم ساخته می‌شود. با عبور سیال از درون لوله، نیرویی در جهت عمود بر لوله‌ها وارد می‌شود که همان نیروی کوریولیس است. این نیرو هنگامی تولید می‌شود که سیال درون لوله در حال جابجایی بوده و به طور همزمان لوله در حال ارتعاش باشد. این نیرو در ورودی و خروجی جریان‌سنج به صورت متضاد عمل می‌کند و باعث ایجاد حالت پیچ و تاب می‌شود. این انحراف توسط سنسورهای مغناطیسی که در ورودی و خروجی لوله قرار دارند اندازه‌گیری شده و اختلاف فاز ناشی از نیروی کوریولیس به‌دست می‌آید. این اختلاف فاز با دبی جرمی سیال درون لوله متناسب است. تأثیر نیروی کوریولیس بر ارتعاش لوله اندک است و بیشترین اندازه انحراف نهایتاً 001/0 اینچ خواهد بود. برای یک سیستم کوریولیس با لوله U شکل، دبی جرمی سیال عبوری با استفاده از رابطه زیر محاسبه می‌شود. (2) در این رابطه Ku میزان سختی لوله به عنوان تابعی از دما، K فاکتور انحنای لوله، d پهنا، τ دوره تناوب ارتعاش، ω فرکانس نوسان، Iu اینرسی لوله و Qm دبی جرمی جریان است. جریان‌سنـج‌های کوریولـیس با 1/0 تا 2‌درصد خطا در نسبت دبی 100:1 عمل می‌کنند. در حالت کلی طراحی منحنی شکل لوله‌‌ها امکان تغییر نسبت‌های جریان در محدوده‌ بیشتری را به‌وجود می‌آورد (100:1 تا 200:1) در حالی که لوله‌های مستقیم در بازه (30:1 تا 50:1) عمل می‌کنند و دقت کمتری دارند [3]. همچنین فرکانس ارتعاش لوله مطابق با چگالی سیال تغییر خواهد کرد. فرکانس ارتعاش بستگی به جرم لوله و محتویات درون آن دارد. چنانچه مسیر لوله از سیال پر باشد و لوله شروع به ارتعاش کند جرم ماده درون لوله محاسبه خواهد شد. با دانستن حجم لوله امکان محاسبه چگالی سیال نیز فراهم خواهد بود. چگالی سیال جاری با توان دوم دوره تناوب ارتعاش لوله متناسب است و با توان دوم فرکانس ارتعاش رابطه معکوس دارد. دامنه انحراف لوله اندازه‌گیری نیز بستگی به دمای سیال دارد که در برخی دستگاه‌ها با این روش می‌توان دمای سیال را نیز تخمین زد. این روش جریان‌سنجی جهت اندازه‌گیری دبی جرمی مایعات و گازها صرف‌نظر از ضریب هدایت، چگالی، دما، فشار و ویسکوسیته سیال به کار می‌رود. استفاده از این نوع جریان‌سنج برای مواردی که قرار است مبنای مبادلات10 قرار گیرند، به دلیل زمان کارکرد بالا، دقت بالا، تکرار‌پذیری11، تغییر‌پذیری12، افت فشار کم و نیز امکان سنجش جریانات حاوی ذرات جامد همراه، روند رو به رشدی دارد و تاکنون بیش از 500‌هزار دستگاه از این نوع جریان‌سنج در صنایع گوناگون از جمله صنعت نفت و گاز در سراسر دنیا نصب شده و مورد بهره‌برداری قرار گرفته است. 3- مزایای جریان‌سنج کوریولیس هر چند سامانه‌های توربینی و جابجایی مثبت جهت سنجش مبادلات از دیرباز مورد استفاده بوده و در شرایط ایده‌آل بسیار دقیق و قابل اطمینان هستند، با این حال بروز برخی شرایط می‌تواند موجب افزایش ضریب خطا در عملکرد آنها شود. یکی از این موارد که در خطوط لوله انتقال نفت به وفور اتفاق می‌افتد دوفازی شدن جریان است؛ به گونه‌ای که فاز گاز به صورت حباب‌های پراکنده در فاز مایع پخش می‌شود. وجود حباب‌های گازی باعث می‌شود تا پره‌های جریان‌سنج توربینی بیش از حد به چرخش درآمده و مقدار جریان عبوری بیش از مقدار واقعی ثبت گردد. لذا نصب هواگیر13 قبل از جریان‌سنج الزامی است. هم‌چنین در صورت تغییر ناگهانی پروفایل سرعت جریان و یا تشکیل گردابه به‌ ویژه در سیالات با ویسکوزیته بالا امکان وقوع خطا بیش از پیش افزایش می‌یابد که در این شرایط لازم است تا در مسیر بالادست جریان‌سنج از یک‌سو‌کننده14 جریان استفاده شود. این در حالی است که جریان‌سنج‌های کوریولیس که از فناوری جدیدتری جهت پردازش سیگنال‌های دریافتی استفاده می‌کنند قادرند با وجود تغییرات ویسکوزیته، دانسیته، دبی و ترکیب درصد جریان و نیز در صورت پایین بودن سرعت جریان (زیر 10ft/s) هم‌چنان با دقت و تکرار‌پذیری بالا عمل کنند. هم چنین می‌توان از یک جریان‌سنج برای سنجش چند نوع محصول مختلف استفاده نمود. نصب هواگیر و یکسوکننده در مسیر بالادست جریان‌سنج کوریولیس اختیاری است، لذا در مقایسه با سایر جریان‌سنج‌ها هزینه‌های نصب و راه‌اندازی این نوع جریان‌سنج کمتر خواهد بود. عدم نیاز به هواگیر به ویژه در هنگام تخلیه تانکرها و مخازن یک مزیت مهم به شمار می‌رود، زیرا با کاهش سطح مایع در زمان تخلیه و به دنبال آن ایجاد حالت مکش، حباب‌های هوا به درون سیال وارد شده و می‌تواند بدون تأثیر‌گذاری بر عملکرد جریان‌سنج از درون آن عبور کند و بنابراین امکان انجام عملیات تخلیه مخازن با حداکثر سرعت ممکن فراهم خواهد بود. حس‌گرهای کوریولیس به گونه‌ای طراحی شده‌اند که نیاز به آب‌بندی نداشته باشند و موجب یکپارچگی طولانی مدت سیستم بدون نیاز به تعمیرات دوره‌ای شوند. به دلیل همین ویژگی، تعداد دفعات کالیبراسیون مورد نیاز برای این سیستم نسبت به سایر سامانه‌های جریان‌‌سنجی کمتر است. ذرات جامد موجود در جریان سیال می‌تواند با حداقل تأثیر‌گذاری بر دقت اندازه‌گیری از درون جریان‌‌سنج کوریولیس عبور کند. هرچند بهتر است به منظور کاهش اثرات سایشی، جریان‌سنج به گونه‌ای طراحی شود تا از عبور ذرات جامد ساینده از درون جریان‌‌سنج جلوگیری کند. شکل 3 جریان‌سنج کوریولیس را به همراه سایر تجهیزات همراه، بر روی خط لوله جریان نشان می‌دهد. لازم به ذکر است طراحی مهندسی سامانه‌های جدید به گونه‌ای است که حتی در صورتی که جریان‌‌سنج کوریولیس با خط لوله جریان کاملاً هم‌راستا نباشد، هم‌چنان قادر است میزان جریان عبوری را با دقت قابل قبولی اندازه‌گیری کند. در شرایطی که میزان جریان عبوری بسیار زیاد باشد، استفاده از چندین جریان‌سنج‌ به صورت موازی اقتصادی‌تر است. در این حالت خروجی کوریولیس‌ها برای محاسبه کل جریان عبوری با هم جمع زده می‌شود. چنان چه از یک جریان‌سنج بزرگ استفاده شود سیستم پرووینگ15 (صحّت‌سنج) بسیار حجیمی مورد نیاز است. به کارگیری چنین دستگاه صحّت‌سنجی در صورت کمبود فضای کافی همواره مقدور نخواهد بود. اما سیستم‌های کوریولیس موازی می‌توانند در شدت جریان های کمتر و با استفاده از دستگاه‌های صحّت‌سنج با حجم کوچکتر و در مدت زمان کوتاهتری مورد صحّت‌سنجی قرار گیرند. نکته حائز اهمیت در این جریان سنج تعداد دفعات صحّت سنجی و زمان مورد نیاز برای انجام این عملیات در مقایسه با سایر جریان‌‌سنج‌هاست. هر دور (Run) از عملیات پرووینگ سیستم‌هایی که از فناوری‌های جدیدتر پردازش اطلاعات استفاده می‌کنند در زمانی حدود 20 ثانیه انجام می‌شود. این ویژگی برای خطوط لوله‌ای که نوع سیال درون آنها متغیر است یک مزیت به شمار می‌رود. به عنوان مثال نفت‌خام سنگین و سبک می‌تواند از درون یک جریان‌سنج مشترک عبور کنند. بدین منظور جریان‌سنج اغلب چندین بار در روز مورد صحّت‌سنجی قرار می‌گیرند. [1]. با وجود مزایای به کار‌گیری این نوع جریان‌سنج، هم‌چنان ملاحظات مهمی برای انتخاب و نصب آنها وجود دارد. این نوع جریان‌سنج از جمله گران‌قیمت‌ترین جریان‌سنج‌های موجود بوده و لرزش‌های محیطی و یا ضربان سیال عبوری بر عملکرد آن تأثیر منفی خواهد داشت. هم‌چنین با توجه به اینکه ضخامت لوله اندازه‌گیری بسیار اندک است، باید از اندازه‌گیری سیالاتی که دارای خاصیت خورندگی هستند اجتناب نمود. نتیجه‌گیری به باور بسیاری از کارشناسان حوزه‌های عملیاتی و نظارتی صنعت نفت و گاز، پس از اندازه‌گیری دما، مهمترین کمیت قابل اندازه‌گیری در صنایع، شدّت جریان سیال است. با توجه به اهمیت اندازه‌گیری این کمیت و همچنین تنوع فرآیند صنایع گوناگون، در طول زمان روش‌های مختلفی برای اندازه‌گیری شدّت جریان سیال به وجود آمده است. انتخاب جریان‌سنج مناسب برای هر کاربرد خاص، نیازمند دانشی کلی نسبت به روش‌های گوناگون جریان‌سنجی و در نظر داشتن پارامترهای اصلی اندازه‌گیری از قبیل دقت، قیمت تمام شده، هزینه‌های تعمیرات و کالیبراسیون، سازگاری عملکرد جریان‌سنج با شرایط فرایند تولید و... است. در حال حاضر امکان اندازه‌گیری دقیق شدت جریان با استفاده از روش‌های حجمی مستقیم و استنتاجی همچون فناوری توربین و جابجایی مثبت فراهم است. با این حال اندازه‌گیری مستقیم جرمی توسط جریان‌سنج‌های کوریولیسی مشکلات و موانع ناشی از کاربرد روشهای قبلی را در پی نخواهد داشت. نسل جدید جریان‌سنج‌های دیجیتالی نگرانی‌های ناشی از کاربرد سیستم‌های کوریولیسی در مسیر جریان (افت فشار و گازهای محبوس در مسیر جریان) در مواردی که قرار است مبنای مبادلاتی قرار گیرند را از بین می‌برد.
     
نوع مطالعه: پژوهشي |
دریافت: ۱۳۹۲/۸/۲۷ | پذیرش: ۱۳۹۲/۹/۲۴ | انتشار: ۱۳۹۲/۹/۲۴

ارسال نظر درباره این مقاله : نام کاربری یا پست الکترونیک شما:
CAPTCHA code

کلیه حقوق این وب سایت متعلق به ماهنامه علمی- ترویجی اکتشاف و تولید نفت و گاز می باشد.

طراحی و برنامه نویسی : یکتاوب افزار شرق

© 2018 All Rights Reserved | Journal of Exploration & Production Oil & Gas

Designed & Developed by : Yektaweb

تحت نظارت وف ایرانی