摘要：整流器作为气体平整装置，其作用是将天然气的流态从紊流变为平流，从而使后端标准孔板流量计的计量更加正确。为了有效提高整流器在天然气生产中的使用效果、延长其使用寿命、解决整流器在天然气生产与计量过程中所面临的清洗困难、维护不便等问题，以天然气计量中具有代表性的管式整流器为研究对象，分析了现用管式整流器在生产过程中的弊端与不足，针对性地提出了解决方法。研究结果表明：经过对现有管式整流器的优化，克服了传统整流器拆装工艺繁琐、作业风险高等不足，提高了现场作业的安全性，原创性地研制了一种可在线维护的体积流量计整流器。结论认为，所设计的新型整流器克服了现有技术的不足，解决了整流器使用过程中拆装工艺繁琐、作业风险高等问题，符合国家规定的使用标准，有效提高了整流器清洗与维护的效率。
0引言
天然气作为清洁能源，其需求量随着社会的发展逐年增大，与之相应的是对天然气计量的精度要求高。目前，天然气计量广泛使用标准孔板流量计。其原理是以流体进入孔板前、后所形成的压差为基础，通过理想流态下的经验公式结合数学模型进行计算，得出具体数值。实际使用过程中管内流态是否能满足相应要求是计量精度的关键。通过前人研究表明，影响流量计精度的因素较多，特别是气体流态对计量精度的影响。现阶段我国所使用的整流器为固定式结构，但其存在较多缺陷，因此提出一种可在线维护的体积流量计整流器的设计思路，其使用、维护方便，无需繁琐的工艺流程，使操作人员的劳动强度及作业风险得以降低，工作效率提高的同时还可节约生产成本。
1固定式整流器缺陷分析
整流器为气体平整装置，安装于标准孔板流量计的前端，其作用是将天然气的流态从紊流变为平流，从而使后端标准孔板流量计的计量更加正确。目前所使用的整流器均为固定式结构（图1）。
整流器在工作过程中，由于气流所携带的杂质会使管内堆积污垢，引起管束内部堵塞或半堵塞，易形成紊流，使整流效果变差。通过对现有固定式整流器结构及使用效果分析，主要存在以下不足：①维护、清洗时必须要实施关井、放空、置换等一系列流程倒换及停产断气等操作，工作程序繁琐，不但影响气井的正常生产，还影响对下游天然气用户的正常供气；②整流器作为计量装置的一部分，与计量精度密切相关，若长时间不清洗，会降低整流效果，使紊流加重，影响计量的正确率，对企业经济效益造成直接影响；③若在拆卸、更换的过程中遇到有毒或高压气流，可能会对操作人员的人身安全造成威胁。
2新型整流器设计思路与特点
2.1工作原理
设计改进以分体式阀腔为基础，通过滑板阀的阻隔将其分为上、下两个阀腔，并在工作中利用齿轮轴逐层传递的方式将整流管（板）从下阀腔移至上阀腔。通过放空阀平衡上阀腔与外界压力，安全取出整流管（板）。在对其清洗、维护后用相同方式将其安装归位。
2.2结构设计
根据国家标准（GB／T21446-2008）规定，标准孔板流量计整流器分为两种：一种为管束式，即整流管；另一种为孔板式，即整流板。两者均为固定式安装模式。新型整流器在固定式整流器结构的基础上，以国家标准为依据，利用阀腔阻隔结构，结合齿轮传动原理进行设计，使其满足对管束式及孔板式的使用需求（图2）。
装置整体为上、下双阀腔式，外部通过阀体固定螺丝使其相连，阀腔内部通过滑阀的移动上、下阻隔。整流管（板）安放于下阀腔下部，两端与输气管道相接，内部可使气流平稳流通。整流管（板）两端外侧设有齿轮槽，下阀腔底部为排污槽，排污槽顺气流方向的一侧安装有排污阀。下阀腔上部两端安装有齿轮轴，其转动时可带动整流管（板）上下移动。上阀腔底部为滑阀，中部两端设计有与下阀腔相同的齿轮轴，其作用是接替下阀腔齿轮对整流管（板）的作用，上阀腔顶部设计有压板、顶板以及顶丝，作用为密封及固定整流器顶部。腔体两侧安装有辅助设计，如下阀腔与上阀腔连接处设有平衡阀及注脂口，上阀腔顶部侧面设置有放空阀。
注：1.输气管道；2.排污槽；3.下阀体；4.下阀腔；5.滑板；6.滑板阀；7.上阀体；8.上阀腔；9.平衡阀；10.放空阀；11.压板；12.顶板；13.顶丝；14.第一驱动装置；15.第二驱动装置；16.注脂孔；17.螺栓；18.整流管；19.导板齿轮；20.滑板齿轮；21.放空阀阀腔；22.平衡阀阀腔
2.3使用方法
装置工作前，首先对密封性进行检查，保证其处于安全工作状态。工作时主要包括整流管（板）平稳提升、整流管（板）安全取出以及整流管（板）安装归位三个部分。整流管（板）平稳提升：打开平衡阀，使上阀腔与下阀腔连通，从而平衡上阀腔与下阀腔内的压力。其次，打开滑板阀，驱动下阀腔齿轮轴，将整流管（板）从下阀腔移至上阀腔，接着关闭滑板阀，关闭平衡阀。整流管（板）安全取出：打开放空阀，上阀体通过放空通孔与外界大气连通，使上阀腔与外界的压力平衡。打开顶丝，取出顶板、压板。驱动上阀腔齿轮轴，将整流管（板）从上阀腔取出。整流管（板）安装归位：将整流管（板）放入上阀腔，驱动上阀腔齿轮轴，将整流管（板）下放上阀腔底部为止。盖好压板、顶板，安装顶丝，关闭放空阀。打开平衡阀，使上阀腔与下阀腔内的压力平衡。打开滑板阀，驱动下阀腔齿轮轴，将整流管（板）从上阀腔移至下阀腔。关闭滑板阀，关闭平衡阀。打开放空阀，将上阀腔气体放空，确保上阀腔内部压力平稳，最后关闭放空阀。
2.4性能特点
设计发明的新型整流器的优势主要在于提取、安装整流管的过程中无需截断流体或置换流体管路，实现在线维护整流器。此外，设计驱动装置使整流管在上下阀腔内穿梭时，可实现整流管两端同步升降，使整流器安装与拆卸快捷、简便。整个维护过程可避免高压流体给现场操作人员带来伤害，同时也解决了清洗、更换整流器时需要停产的问题。
通过上阀腔齿轮轴、滑板阀、下阀腔齿轮轴的配合就可移动管腔内的整流管（板），取出与安装归位的整个过程简单、平稳、快捷，实现了在线维护整流器，减少天然气或有毒有害气体与操作人员的接触，消除了潜在的危险。
3新型整流器与固定式整流器实用性对比
新型整流器较传统固定式整流器在清洗时间、清洗方式、作业方式、计量精度影响以及操作的安全性方面具有更好的效果，提高工作效率的同时，对作业期间的安全性也有了明显保障（表1）。同时，根据相关管理规定，计量设备需在半年内清洗、维护，但受实际生产条件的限制，难以达到管理规定要求，新型整流器设计的提出，可有效解决无法按期清洗维护的问题。
4经济效益分析
固定式整流器从停产断气开始完成一套清洗流程一般需要约4h，根据要求每半年需清洗一次。清洗过程中无法持续生产，会影响天然气销售量以及用户用气。以单井日产量为30×104m³计算，天然气出厂价按1.548元／m³（含税及管输费）计算，清洗一次影响天然气销售量约为5×10104m³，损失销售额达7.74万元，全年合计则为15.48万元。若按照油气田全年生产天然气量为300×108m³计算，由于清洗影响全年天然气销售量达2700×10104m³，损失销售额约为4000万元。
对于低压低产积液气井，年度产气量约为5×108m³，一旦气井关井将有可能不能复产，需要气举增压机等措施辅助复产，预计年度因实施复产措施而减产的天然气产量约为500×104m³，损失的价值约为770万元。若采用新型整流器，预计可有效解决上述两项问题，减少企业经济效益损失。
5结论
1）通过查阅整流器相关资料，发现并总结了目前国内现有固定式整流器的缺点与不足。
2）经过对现有固定式整流器设计的优化，原创性地设计了一种可在线维护的体积流量计整流器。克服了传统整流器拆装工艺繁琐、作业风险高等不足，在实现可在线清洗、维护的同时提高了现场作业的安全性。
3）虽然所设计的装置暂未在气田现场进行实际应用，但目前已通过国家石油天然气大流量计量站成都分站的检测，表明该设计符合国家规定的使用标准，后期将会结合现场实际应用效果进一步优化。
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