1、固井水泥车密度监测系统的研究与应用高亚宁，姬卫星，王丽（中国石油集团川庆钻探工程有限公司长庆固井公司，陕西西安7 10 0 18）摘要：针对固井水泥车水泥浆密度监测的现状及存在的问题，分析水泥浆密度监测的各种方式以及振动式密度计测量安装测试情况，提出密度监测系统升级改进建议。关键词：固井；水泥浆；密度测量中图分类号：TE2560引言长庆固井公司现有固井水泥车配置艾默生或E+H微弯管密度计，该型密度计测量低密度水泥浆和气泡量大的水泥浆时测量误差大。在开展“一键式”水泥车研发测试混浆过程中，需要根据精确的水泥浆密度值进行远程自动控制施工，因密度计低密度水泥浆测量不准，“一键式水泥车远程一键控制施工
2、实施受到影响。因此，对水泥车泥浆密度测量方式进行研究，提高低密度泥浆监测的精准性，实现对不同密度水泥浆的精确测量。1水泥车水泥浆密度监测技术现状固井水泥浆是由清水和水泥以一定比例混合而成，在混合过程中，由于水泥浆带有气泡，导致现有密度计对气液两相下的密度监测误差大。目前市场上使用的固井水泥车主要采用微弯管密度计，该型密度计采用科氏力原理质量流量计，包括密度计传感器和变送器，可测量质量流量、体积流量、标准体积流量、密度、温度，应用在水泥车主要是测量密度、体积流量。但该型密度计对低密度、含气泡的水泥浆测量结果不准，致使水泥车无法实现自动控制。因此，需要对密度计进行调研，解决密度测量不准确的问题。2
3、水泥浆密度计选型目前固井水泥车密度监测安装的密度计有振动式、放射性同位素式、压差式等。2.1振动式密度计(图 1)振动式密度计的工作原理是物体受激而发生振动时，其振动频率或振幅与物体本身的质量有关，如果在一个U形玻璃管内充以一定体积的液体，其振动频率或振幅的变化便反映一定体积的样品液体的质量或密度以及比重。振动式密度计的优点是：安装方便、日常维护保养简单，可以测试含有固体颗粒或气体的混合介质密度。缺点是：对易结晶、结垢介质的测量效果一般。28设备管理与维修2 0 2 3No10（上）文献标识码：B图1振动式密度计DOl:10.16621/ki.issn1001-0599.2023.10.12G
4、B-DMR型振动式密度计(图2)技术参数见表1,DMF-1-LDS1000系列振动式密度计(图3)技术参数见表2。2.2放射性同位素式密度计放射性同位素密度计（图4）在仪器内设有放射性同位素辐射源，放射性辐射（例如射线)在透过一定厚度的被测样品后被射线检测器所收，样品对射线的吸收量与该样品的密度有关，而射线检测器的信号则与该吸收量有关，物质的密度越高，吸收的能量越多。水泥浆密度越高，射线穿过管线到达探头时探头所接收的射线越弱。因此，通过该原理可计算得出样品的密度。放射性同位素式密度计工作原理如图5所示。这种密度计源室中的放射性同位素源若保管、使用不当，会对环境、人体造成很表1GB-DMR型振动
5、式密度计技术参数项目密度测量范围测量精度0.001 g/cm(1 kg/m)/0.002 g/cm(2 kg/m)重复性0.000 2 g/cm(0.2 kg/m)温度输出范围-40+150 输出信号420mA,01000Hz,RS485Modbus RTU电源DC 24 V,500 mA接液材质316L/304不锈钢，哈氏合金最大工作压力10 MPa,特殊2 0 MPa图3DMF-1-LDS1000系列振动式密度计设计研究3008.6图2 GB-DMR型振动式密度计参数0.52.5 g/cm(5002500 kg/m)表2 DMF-1-LDS1000系列振动式密度计技术参数项目密度测量范围测
6、量精度重复性液体分辨率温度输出范围输出信号电源接液材质最大工作压力大的辐射伤害。放射性同位素密度计在使用、运输及保管方面具有严格的要求，除了较高的购置费用外，也增加了其保养维护的成本。2.3压差式密度计(图6)压差式密度计的压力感应部分由两个压力探头和一个敏感元件组成，当两个探头安装在不同高度时，被测介质的高、低压力就会使测量膜片发生形变，从而使固定极板和测量膜片之间的电容值发生变化，放射源图5放射性同位素密度计工作原理度计进行安装试验。参数3密度计的测试、试验与应用0.52.5 g/cm(5002500 kg/m)3.1密度计的测试0.001 g/cm(1 kg/m)首先开展音叉式密度计的实
7、验室测0.000 2 g/cm(0.2 kg/m)试和验证，取水和不同密度的低密度水0.000 5 g/cm(0.5 kg/m)泥浆进行测试，并与人工密度测量值进-50+150行对比验证。测试情况见图10，测试数420 mA,01000 Hz据见表5。经测试对比，该型密度计与人DC 24 V/500mA或 AC220 V工密度测量平均误差0.0 0 2 g/cm,误差316L不锈钢、C276、C 2 2、T i 合金等率0.0 9%。4 MPa射源容器图4方放射性同位素密度计安装示意探头低压探头高压探头图7压差式密度计工作原理图8 GB-DMP型压差式密度计安装架探测器表3GGB-DMP型压差
8、式密度计技术参数项目参数密度测量范围02 g/cm(02000 kg/m)/03 g/cm(03000 kg/m)测量精度液体分辨率温度输出范围输出信号电源接液材质环境温度湿度范围0.005 g/cm(5 kg/m)0.000 5 g/cm(0.5 kg/m)0100420 mADC 1630 V,推荐使用 DC 24 V316L不锈钢-10+60 090%图6 压差式密度计测量膜片形变的大小和差压值成正比，通过差动调制电路能够输出与差压值成线性的电压信号。电压信号经终端设备根据截至在一定垂直距离上的差压值计算出介质的密度。该型密度计具有抗振动、测量误差小、维护简单等特点。压差式密度计工作原理
9、见图7。GB-DMP型压差式密度计（图8)技术参数见表3,HMD型压差式密度计（图9）技术参数见表4。2.4选型确定固井水泥车密度计最早期采用的是放射性同位素密度计，测量参数单一、精度不高，而且需要反复进行标定。除此之外，由于放射源的存在，使用和管理成本高，安全环保隐患较大。压差式密度计受限于水泥车结构以及混浆时液体搅拌过程中浆体波动上下不均匀，监测值受影响，确定应用振动式密设计研究图9 HMD型压差式密度计表4HMD型压差式密度计技术参数项目密度测量范围测量精度液体分辨率温度输出范围输出信号电源环境温度湿度范围参数05 g/cm(05000 kg/m)0.001 g/cm(1 kg/m)0.
10、005 g/cm(5 kg/m)090420mA，添加数字信号（HART协议）DC1245V,推荐使用DC24V-30+150 090%设备管理与维修2 0 2 3 No10（上）29行清洗维护，减少密度计因挂壁无法使用，造成较大费用支出。微弯管密度计14万元，挂壁后无法使用，日常检修维护费用高、配件费用高，因此使用音叉式密度计后，降低了更换、检维1355修费用，直接经济效益显著。3.3.2间接经济效益音叉式密度计的应用成功，为后续固井水泥车研制采购确定了密度计使用方向，为后续固井装备、生产技术信息化奠定了数据监测基础，为进一步推动固井装备自动化施工做好硬件图10 实实验室测试情况序号水泥浆密
11、度/g/cm)1121.1631.241.2851.3261.3571.481.4791.5101.53111.71121.893.2密度计的安装、试验（1）在1台水泥车上安装首科实华的DMF-1-CR音叉式密度计并测试，在2 台10 0-30 水泥车上安装应用艾默生GB-DMR型音叉密度计。(2)确定安装试验方案。在水泥车密度计返出至混浆罐管线上进行安装测试，经测试显示水的密度值误差较大，对安装管径、安装位置进行研究、改进并反复测试，确定安装位置（图11)。（3)音叉式密度计安装在水泥车后，测试同一密度水泥浆，测试数据见表6,音叉式密度计与人工密度测量值误差为0.024 5 g/cm。3.3
12、经济效益3.3.1直接经济效益音叉式密度计体积小，维护简单方便，音叉可拆卸进图11安装位置30设备管理与维修2023 No10(上)保障。表5名密度计实验室测试数据音叉式密度计（g/cm）标准值（人工测量）/（g/cm）1.00111.1621.161.1891.21.28091.321.312.91.321.3551.351.4011.41.4681.471.4991.51.5251.531.7121.711.8871.89平均误差4结束语应用音叉式密度计监测水泥浆密度，提高了现场水泥浆密度的监测精确性，助力固井质量提升，为进一步提高密度监测的精准性和便捷性，项目将逐步从以下两个方面进行改进
13、。(1)进一步研究推广应用音叉式密度计和固态粒度监控系统，替代现有微弯管密度计参与水泥车电脑控制，助力实现“一键式”固井水泥车自动化固井施工。(2)研究基于物联网远程数据传输，对采集数据进行大数表6 施工水泥浆密度数据水泥浆密度/音叉式密度计/标准值（人工测量）/序号(g/cm)11.1521.231.2541.351.3561.471.581.5591.75101.9误差g/cm)0.0010.002-0.0020.000 9-0.00080.0060.01-0.002-0.001-0.0050.0020.0030.002 1(g/cm)(g/cm)1.182.11.151.247 31.2
14、1.292.81.251.337 91.291.409 61.371.36741.391.4981.531.582.61.551.785 51.751.931 91.91平均误差设计研究误差率/%0.0410.08-0.080.0360.0320.20.04-0.08-0.04-0.20.08-0.120.085 7误差误差率(g/cm)%0.032 10.027 90.047 30.039 40.042 80.034 20.047 9 0.037 10.039 60.0289-0.022 6-0.016 3-0.032-0.02090.032 60.021 00.03550.020 30.0
15、21 90.011 50.024 50.018 3备注纯水一一一一一一烟气轮机流道气动优化设计数值研究史维娜1-2,赵永鹏1-2,任旭阳1,2,刘陇生1.2（1.渤海装备兰州石油化工装备分公司，甘肃兰州7 30 0 6 0;2.甘肃省炼化特种装备工程技术研究中心，甘肃兰州7 30 0 6 0）摘要：烟气轮机是炼厂重油催化裂化装置的专用透平，其运行质量、叶型选择及流场配置关系到整个装置能耗的高低，优化烟气轮机流场配置可显著提升机组的运行效率。以一台改造烟气轮机为例，研究静叶、动叶和导叶的叶型及安装角对烟气轮机回收效率和流量的影响，并重新进行烟气流道数值仿真模拟设计。该设计与实际工况相匹配，回收效
16、率高，可为烟气轮机的长周期安全运行提供技术保障，为相关工作提供参考。关键词：烟气轮机；气动优化；仿真模拟中图分类号：TK269.1;TE9650引言随着我国经济的快速增长，石油工业已成为主要的能源，并在国民经济中占有举足轻重的作用，据统计全世界总能源的40%来源于石油产业。石油是一种不可再生资源，其产量不断下降，因此需要对炼制过后的重质油进行催化裂化。烟气轮机是一种广泛应用于炼厂催化裂化装置的能量回收设备,其通过将再生器中所产生烟气的热能和压力能转换成机械能，带动主风机或发电机等设备工作或发电，从而达到回收能量的目的。在国家节能减排及保护环境等战略要求下，低温余热能量的回收利用受到越来越广泛的
17、重视2。烟气轮机应运而生，其性能及运行状况关系到整个装置能耗的高低。在实际运行过程中，由于工况、装置、原料、流量等与原设计相比偏离较大，导致烟气轮机长期不能在最佳设计工况下运行，回收效率低，因此需对其结构进行重新设计。对透平机械通流部分的气动设计和优化分析，一直以来都是透平厂家研究的重点，通过利用NUMECA软件可以有效进行流道和叶型设计，从而大幅提高透平机械的整体效率3，为烟气轮机的“安稳长满优”运行提供技术保障。本文将对整个烟气轮机流道气动优化设计过程进行模拟和总结。1数值计算1.1模型建立利用流体动力学计算软件NUMECA对烟气轮机结构进行数值建模，在已有烟气轮机结构数据的基础上，通过整
18、理整台烟气轮机的图纸等资料，将图纸数据转换为软件NUMECA可识别的文本数据并导人软件。建模后的烟气轮机流道如图1所示：烟气从人口到出口，依次经过进气锥、静叶、动叶和导叶，计算域从导流锥前文献标识码：BDOl:10.16621/ki.issn1001-0599.2023.10.13网格划分可分为结构化网格划分与非结构化网格划分，结构化网格有利于节约计算时间以及更好地进行后处理分析，但划分过程复杂、耗时较长；非结构化网格划分过程简单，但计算时间较长，后处理结果也不及结构化网格划分理想。本文采用NUMECA软件中的IGG-Autogrid5模块对烟气轮机流体域模型进行网格划分，生成的网格如图3所示
19、。本文数值模拟计算均采用结构化网格划分方法，分区域进行网格划分，并在叶片附近设置边界层，以便于更好地研究叶片附近的流体流动状态。在网格设置过程中要注意各部分网格的数量以及网格长宽比的大小，避免存在长宽比较大的网格，影响计算结果的准确性。网格质量决定了计算曲线是否收敛以及计算结果的准确性，缘至导流叶片出口。叶型和锥体部分相对应的三维示意如图2 所示。人口-21.2网格划分静叶动叶图1烟气轮机流道示意图2 叶型和锥体的三维示意导叶据分析，对施工密度数据进行全面比对，优化改进密度监测系统，进一步提高监测的便捷性和准确性。参考文献1杨波，曾浩建，陈武，等.固井水泥车密度计清洗剂研究J.清洗世界，2013,29(11):22-28.设计研究2张和光，尤德甫，冯德斌.振动式水泥浆密度计及其技术参数的测试J.大庆石油学院学报，19 8 9 10）：10 3-10 9.3文慧卿，金愿，陈超云，等.音叉谐振式黏密度计计量性能及校准方法.上海计量测试，2 0 2 0(10：9-11,15.31【编辑李波设备管理与维修2 0 2 3No10（上）
