原油流量計檢定技術(shù)研究

喬文旗

一、概述

在目前國內(nèi)原油貿(mào)易交接計量中，使用容積式流量計進(jìn)行動態(tài)計量原油的體積量，再換算成質(zhì)量的計算方式是主流，在油田與管道局、管道局與煉油廠和外貿(mào)進(jìn)出口中大量運(yùn)用。容積式流量計的種類有腰輪流量計、螺桿流量計、刮板流量計和雙轉(zhuǎn)子流量計，不同的類型主要是針對不同介質(zhì)和使用條件來研制的，具有誤差小、重復(fù)性好、計量介質(zhì)物性和流態(tài)影響小、價格低等優(yōu)點(diǎn)。

容積式流量計的誤差等級主要有0.1級、0.2級、0.5級、1.0級和1.5級五類，計量誤差分別為±0.1%，±0.2%、±0.5%、±1.0%、±1.5%。0.1級和0.2級流量計廣泛地用于國內(nèi)原油貿(mào)易計量的外輸計量站中，0.5級及以下的流量計主要用于企業(yè)的內(nèi)部分產(chǎn)和過程監(jiān)控計量。

二、流量計檢定的方式

流量計作為一種計量器具，需要定期地進(jìn)行檢定。根據(jù)JJG667-2010《液體容積式流量計檢定規(guī)程》中規(guī)定，用于貿(mào)易計量交接的流量計的檢定周期為6個月。流量計的檢定方法分為質(zhì)量法和容積法兩類。

（一）質(zhì)量法

1、原理

以秤作為主標(biāo)準(zhǔn)器，稱量通過流量計的液體的質(zhì)量與流量計計量體積換算量進(jìn)行對比，從而得出其誤差。

2、特點(diǎn)

（1）優(yōu)點(diǎn)：準(zhǔn)確度高、性能穩(wěn)定，適用于檢定各種液體，尤其是高粘度的液體。

（2）缺點(diǎn)：因為要從體積換算到質(zhì)量，因此要測定液體的密度，不適合檢定揮發(fā)性較大的液體，不適合大流量的流量計。由于間歇式工作，不如直接接入流程的檢定系統(tǒng)方便。

（二）容積法

1、原理

容積法主要有標(biāo)準(zhǔn)量器，即金屬罐、體積管和標(biāo)準(zhǔn)流量計作為主標(biāo)準(zhǔn)器，通過被檢流量計與標(biāo)準(zhǔn)器的容積的對比來得出誤差。

3、特點(diǎn)

（1）體積小，流量測量范圍大，檢定時間短，效率高，易實現(xiàn)自動化操作，可減少人員觀測誤差，可較方便地接入實液系統(tǒng)，進(jìn)行實液檢定，消除介質(zhì)、使用條件不同帶來的誤差。金屬罐和體積管還可車載移動，便于服務(wù)不同地點(diǎn)的流量計，減少計量器具的配備。

三、流量計的誤差來源

（一）流量計制造質(zhì)量

流量計在制造過程中，各個部件都存在差異或誤差，造成了同一誤差等級的流量計的誤差曲線的線性有所不同。下圖5中兩條曲線分別是兩臺0.2級流量計出廠檢定的流量計系數(shù)曲線圖。曲線1近似一條直線，曲線2斜率較大。盡管在使用中流量計各個部件相互磨合后曲線會有所改變，但曲線形態(tài)基本固定，斜率大的和呈折線型的流量計更容易超出其標(biāo)稱的誤差范圍，自帶的誤差調(diào)整機(jī)構(gòu)無法調(diào)整，從而造成報廢，無法使用。

（二）流量計的安裝使用條件

新流量計在安裝時，上游必須安裝過濾器和消氣器，防止氣體和固體顆粒進(jìn)入計量腔。固體顆粒易卡死流量計的轉(zhuǎn)子（腰輪）或劃傷轉(zhuǎn)子（腰輪），造成較大的誤差。因此流量計檢定時一定要觀察流量計運(yùn)轉(zhuǎn)情況，傾聽轉(zhuǎn)子的聲音，在檢定前要對檢定系統(tǒng)進(jìn)行排氣。

（三）流量計的檢定誤差

用于原油及石油產(chǎn)品計量用的流量計，由于油品種類繁多，物理性質(zhì)差異大，流量計運(yùn)行的工況較為復(fù)雜多變，因此流量計檢定中介質(zhì)的種類、溫度、壓力和檢定環(huán)境等都將對流量計的誤差造成影響。我們針對以上四個方面，從理論計算進(jìn)行探討，并設(shè)計試驗進(jìn)行驗證，從而得出其對檢定的影響趨勢或數(shù)量。試驗所使用的計量器具有5種，其性能、準(zhǔn)確度等重要參數(shù)見表1。

四、流量計誤差來源的理論分析和試驗

（一）介質(zhì)粘度與流量計漏失量的關(guān)系

1、理論分析：由于流量計運(yùn)動著的零部件之間、零部件和殼壁之間均有一定的間隙，因此介質(zhì)流體通過流量計時將產(chǎn)生泄漏，亦稱漏失量或漏流量。根據(jù)漏失量公式：

式中：q：液體的漏失量;

Wc：是轉(zhuǎn)子與超額分配之間的間隙寬度;

Lc：是轉(zhuǎn)子與超額分配之間的間隙長度

液體的動力粘度

：流量計前后的壓力差

C：常數(shù)。該常數(shù)是轉(zhuǎn)子高度、轉(zhuǎn)子對殼休的偏心率和表面形狀的函數(shù)，一般取值為0.0833。

從式1可看出，漏失量與粘度成反比關(guān)系。高粘度液體通過流量計時，漏失量較小，低粘度液體（如水），漏失量特別嚴(yán)重。

2、試驗：

我們使用粘度不同的柴油和原油兩種介質(zhì)進(jìn)行了試驗。試驗共選取了5臺流量計，先后分別安裝在柴油流程和原油流程，使用同一臺體積管進(jìn)行檢定，每臺流量計檢定了三個流量點(diǎn)，所獲得的流量計系數(shù)進(jìn)行對比。

數(shù)據(jù)共做了5組15對數(shù)據(jù)，在柴油系統(tǒng)中檢定的流量計系數(shù)全部大于在原油系統(tǒng)中獲得的數(shù)據(jù)。最小的數(shù)據(jù)相差0.01%，最大的數(shù)據(jù)相差0.61%。趨勢與理論分析的相符，但要想定量地獲得柴油與原油檢定的數(shù)據(jù)差，仍需要更多試驗和數(shù)據(jù)支持。

（二）介質(zhì)溫度對流量計的影響

1、理論分析：介質(zhì)溫度和環(huán)境溫度對流量計的檢定和運(yùn)行有一定的影響。尤其是介質(zhì)溫度，它改變介質(zhì)的粘度、流量計運(yùn)動件之間的間隙，對于含蠟油品將影響體積管等計量檢定設(shè)施的結(jié)蠟量等，將直接改變流量計系數(shù)曲線。

（1）溫度對粘度的影響

油田混合原油的反常點(diǎn)在37℃。溫度高于反常點(diǎn)時，南陽原油為牛頓流體，其粘度隨溫度升高而逐漸減小，70℃時粘度為40 mPa·s。溫度低于反常點(diǎn)時，南陽原油為非牛頓流體，其粘度隨溫度的降低而增大，30℃時粘度為1485.2 mPa·s。

（2）溫度對流量計計量室的容積和轉(zhuǎn)子與殼體間隙的影響

流量計在運(yùn)行時，計量室內(nèi)的部件浸泡在介質(zhì)液體中，與介質(zhì)的溫度相等。但流量計殼體的溫度由介質(zhì)溫度與環(huán)境溫度決定。人們得出近似殼體溫度的計算公式：

式中：t殼：是流量計殼體的溫度

：是流量計運(yùn)行時的環(huán)境溫度

（3）針對溫度對粘度和流量計計量室的影響，我們選用3臺流量計，在柴油和原油兩種介質(zhì)，和三個不同溫度進(jìn)行了試驗。

（1）數(shù)據(jù)分析

無論在以柴油或原油為介質(zhì)，均表現(xiàn)出相似的趨勢，當(dāng)溫度相差5時，流量計系數(shù)相差較小，最大相差0.07%，而相差10以上，流量計系數(shù)相差較大，普遍相關(guān)0.10%以上，最大相差0.25%。

（三）介質(zhì)和環(huán)境溫度對含蠟油品結(jié)蠟量的影響

1、理論分析

圖7是利用差示掃描量熱儀測試了油田混合油的析蠟點(diǎn)、析蠟高峰點(diǎn)和平均析蠟潛熱等析蠟特性。介質(zhì)溫度和管壁溫差與結(jié)蠟量的關(guān)系圖。從圖中可看出，當(dāng)管壁溫度高于油溫時，管線幾乎不結(jié)蠟，當(dāng)油溫高于管壁溫度時，結(jié)蠟開始，且溫差越大，結(jié)蠟越多。

體積管一般不作為日常輸送流程使用，因此在檢定流量計時，原油倒入體積管中運(yùn)行，體積管管壁與原油存在溫差，易造成結(jié)蠟。當(dāng)油溫高于管壁溫度時，管壁結(jié)蠟回事，而當(dāng)管壁溫度高于油溫時，幾乎不結(jié)蠟。因此正確預(yù)防體積管、流量計結(jié)蠟非常重要。

七、結(jié)論和建議

1、流量計作為原油貿(mào)易計量的主要計量器具，其準(zhǔn)確度要求高。而影響其檢定準(zhǔn)確度的因素也比較多。因此為了減少檢定誤差，首先要盡量保證檢定狀態(tài)與運(yùn)行狀態(tài)的一致性。即做到檢定規(guī)程中規(guī)定的量實液下檢定，從而消除介質(zhì)變化和使用條件的不同所帶來的誤差。