流量計(jì)量與檢測(cè)裝置的應(yīng)用與改造（轉(zhuǎn)載）

流量計(jì)量與檢測(cè)裝置的應(yīng)用與改造（轉(zhuǎn)載）

作者：吳君 龔中偉 張可林 王德勇

單位：江蘇油田分公司試采一廠

【摘要】 江蘇油田分公司采油廠重視原油外輸計(jì)量、檢定工作，進(jìn)行了UF—Ⅱ螺旋轉(zhuǎn)子流量計(jì)在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用比對(duì)，使該型號(hào)流量計(jì)得到較好應(yīng)用；同時(shí)通過(guò)LJG-2型體積管流量檢定裝置技術(shù)改造，研制開(kāi)發(fā)了新型四通閥和自控系統(tǒng)，提高了裝置技術(shù)性能，確保原油外輸計(jì)量誤差小于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，維護(hù)了貿(mào)易雙方經(jīng)濟(jì)利益。 【關(guān)健詞】UF—2流量計(jì)   引進(jìn)應(yīng)用     體積管四通閥   技術(shù)改造 1  引言 外輸流量計(jì)承擔(dān)著石油企業(yè)原油的銷(xiāo)售計(jì)量任務(wù)，是聯(lián)系石油、石化企業(yè)效益與信譽(yù)的鈕帶，其工作性能與計(jì)量準(zhǔn)確度必須符合相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)還需按照強(qiáng)制檢定計(jì)量器具要求，每隔6個(gè)月由國(guó)家授權(quán)認(rèn)可的計(jì)量技術(shù)檢定機(jī)構(gòu)對(duì)其進(jìn)行檢定；同時(shí)還加強(qiáng)體積管流量檢定裝置的管理和技術(shù)改造工作，通過(guò)四通閥和自控系統(tǒng)研制開(kāi)發(fā)，提高了流量計(jì)檢定準(zhǔn)確度，確保原油外輸計(jì)量誤差符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。 2  UF—2螺旋轉(zhuǎn)子流量計(jì)引進(jìn)應(yīng)用   目前按照SY/T5398—91《原油天然氣穩(wěn)定輕烴交接計(jì)量站計(jì)量器具配備規(guī)范》，原油外輸計(jì)量必須采用容積式流量計(jì)作為體積計(jì)量器具，在國(guó)內(nèi)眾多的容積式流量計(jì)型號(hào)當(dāng)中，腰輪流量計(jì)、金屬刮板流量計(jì)和雙轉(zhuǎn)子流量計(jì)因其生產(chǎn)和應(yīng)用技術(shù)比較成熟，在石油、石化企業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。 腰輪流量計(jì)由于幾年前部分骨干生產(chǎn)廠家因產(chǎn)品質(zhì)量下降，并因之涉及多起計(jì)量糾紛，在市場(chǎng)中的份額逐漸減少。 金屬刮板流量計(jì)因國(guó)內(nèi)產(chǎn)品尚未走向成熟，，在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的原油外輸以進(jìn)口產(chǎn)品為主，因其產(chǎn)品價(jià)格較高，在中小石油企業(yè)應(yīng)用較少。 最近幾年雙轉(zhuǎn)子流量計(jì)的應(yīng)用逐漸引起關(guān)注，因其推向市場(chǎng)時(shí)間不長(zhǎng)，在國(guó)內(nèi)主要應(yīng)用于成品油計(jì)量，但原油是一種物理性質(zhì)隨溫度、壓力等參數(shù)變化影響較大的介質(zhì)，且不同的地質(zhì)區(qū)塊、構(gòu)造所產(chǎn)原油的粘度密度也不相同，因此對(duì)計(jì)量原油的流量計(jì)工況條件要比物理性質(zhì)相對(duì)穩(wěn)定的成品原油要高，對(duì)其用于原油計(jì)量必須進(jìn)行比對(duì)試驗(yàn)才能得出結(jié)論。 江蘇油田目前年產(chǎn)原油100萬(wàn)噸，有6個(gè)原油外輸站12臺(tái)原油外輸流量計(jì)，由于點(diǎn)多面廣，站庫(kù)計(jì)量工藝改造投資成本較大，同時(shí)在2000年購(gòu)置的一批腰輪流量計(jì)不斷出現(xiàn)檢定周期內(nèi)精度超差現(xiàn)象，自2001年開(kāi)始，嘗試應(yīng)用由中日合資合肥奧巴爾公司生產(chǎn)的UF—2螺旋轉(zhuǎn)子流量計(jì)，該流量計(jì)屬雙轉(zhuǎn)子類(lèi)一種，其結(jié)構(gòu)為一對(duì)螺線形轉(zhuǎn)子互為主動(dòng)且相互嚙合，轉(zhuǎn)子與殼體之間形成若干個(gè)與已知容積的空腔在被測(cè)介質(zhì)作用下，依靠流量計(jì)進(jìn)出口微壓差推動(dòng)旋向相反螺線轉(zhuǎn)子嚙合轉(zhuǎn)動(dòng)，其流量與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)數(shù)成正比，并通過(guò)與轉(zhuǎn)子連接的計(jì)數(shù)機(jī)構(gòu)在表頭顯示其體積流量，其結(jié)構(gòu)如圖1。 圖1螺旋轉(zhuǎn)子流量計(jì)工作原理圖 為了獲得科學(xué)、準(zhǔn)確的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，在聯(lián)大站將一臺(tái)編號(hào)為81-023的UF-2與3＃腰輪串接安裝，兩臺(tái)流量計(jì)均經(jīng)國(guó)家大流量站檢定合格，進(jìn)行同工況條件數(shù)據(jù)比對(duì)，其比對(duì)一個(gè)檢定周期（180d）。期間用體積管進(jìn)行了三次加密測(cè)試，其檢測(cè)和比對(duì)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1、表2。 表1  UF—Ⅱ流量計(jì)與腰輪流量計(jì)檢定、檢測(cè)數(shù)據(jù)表 日期 腰輪流量計(jì) （編號(hào)971205）E% UF-Ⅱ 流  量  計(jì) （編號(hào)81-023）E% 備注 140 m3/h 90 m3/h 140 m3/h 90 m3/h 4月13日 0.12 0.10 0.05 0.06 周期檢定 6月2日 0.001 0.05 0.06 0.05 加密測(cè)試 8月16日 0.10 0.12 0.04 0.05 加密測(cè)試 9月15日 0.04 0.05 0.05 0.06 加密測(cè)試 重復(fù)性% 0.12 0.07 0.02 0.01 E% 為流量計(jì)基本誤差 表2  UF-Ⅱ與腰輪流量計(jì)比對(duì)數(shù)據(jù)表 單位：m3 日期 腰輪流量計(jì)輸油量  m3 UF-Ⅱ流量計(jì)輸油量 m3 比對(duì)差值  m3 誤差% 4月 6241.08 6236.48 4.60 0.07 5月 10523.61 10516.24 7.37 0.07 6月 9558.11 9556.95 1.16 0.01 7月 16465.24 16462.846 2.394 0.01 8月 12911.13 12900.722 10.408 0.08 9月 7180.93 7174.163 6.767 0.09 合計(jì) 62880.10 62847.401 32.699 0.050 從表1可看出UF—Ⅱ流量計(jì)與腰輪流量計(jì)均未超出±0.2％的基本誤差，但UF—Ⅱ數(shù)據(jù)重復(fù)性?xún)?yōu)于腰輪流量計(jì)，同時(shí)表2的數(shù)據(jù)比對(duì)平均誤差為0.05％，小于±0.35%誤差范圍。 表3  UF—Ⅱ流量計(jì)檢定、測(cè)試數(shù)據(jù)表 編號(hào)81—023 E%            檢定、測(cè)試時(shí)間 2001/04 2001/06 2001/08 2001/09 2001/10 2002/04 2002/09 2003/04 140 m3/h 0.05 0.04 0.04 0.05 0.06 0.08 0.06 0.07 90 m3/h 0.06 0.05 0.05 0.06 0.08 0.10 0.08 0.09 60 m3/h 0.08 0.06 0.06 0.07 0.10 0.12 0.10 0.10 表3為該流量計(jì)2001年4月至2003年4月體積管檢定數(shù)據(jù)，需要說(shuō)明的是期間該流量計(jì)精度修正器未進(jìn)行調(diào)整，以下是一臺(tái)編號(hào)為82-035UF-Ⅱ流量計(jì)與編號(hào)971205的腰輪流量計(jì)2001年4月至2002年10月在150m3/h流量體積管檢定誤差特性曲線，期間UF-Ⅱ流量計(jì)器差未作調(diào)整。 2002/10 2002/4 2001/4 2001/10 曲線1 曲線2 0.2 0.1 -0.1 -0.2 E% 從上述曲線圖上可以看出，曲線1代表UF-2流量計(jì)，誤差特性曲線基本成直線狀態(tài)，說(shuō)明其數(shù)據(jù)重復(fù)性較好。衡量一臺(tái)流量計(jì)有兩個(gè)重要指標(biāo)，即各流量點(diǎn)檢測(cè)數(shù)據(jù)具有較好的重復(fù)性（標(biāo)準(zhǔn)要求＜0.1％，也就是誤差——流量特性曲線需要保持良好的斜率特性，簡(jiǎn)稱(chēng)線性，其次流量計(jì)具有較長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后的精度穩(wěn)定性（標(biāo)準(zhǔn)要求＜0.2％，根據(jù)上述檢測(cè)比對(duì)數(shù)據(jù)，證明UF-Ⅱ能夠滿足原油外輸計(jì)量工藝要求 因此根據(jù)使用情況得出UF-Ⅱ具有如下特點(diǎn)： 1．轉(zhuǎn)矩均勻無(wú)脈動(dòng)，液流平穩(wěn)、震動(dòng)及噪聲很低。 2．結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、精巧，便于維護(hù)，直接嚙合式的轉(zhuǎn)子接觸部分無(wú)滑動(dòng)，使用壽命長(zhǎng)。 3．壓力損失≤0.06MPa，量程比1：10，漏流量低，對(duì)不同粘度計(jì)量介質(zhì)精度變化小，尤其是精度修正器采用油浸齒輪系結(jié)構(gòu)，微調(diào)精度0.05％，無(wú)需加注潤(rùn)滑油，減少了齒輪間的機(jī)械磨損，保持了流量計(jì)精度穩(wěn)定性。 4．性?xún)r(jià)比高，其價(jià)格只為同類(lèi)產(chǎn)品的1/3。 UF-2選型使用中的注意點(diǎn)： 1．由于采用單殼體結(jié)構(gòu)，最高泵壓≤2.0MPa，對(duì)高壓長(zhǎng)輸管線不適宜使用。 2．非連續(xù)使用場(chǎng)合再次使用時(shí)必須排盡計(jì)量腔內(nèi)空氣，以防止產(chǎn)生氣導(dǎo)致計(jì)量誤差大和石磨軸承損壞。 3．轉(zhuǎn)子間隙≤0.2μm介質(zhì)在計(jì)量腔內(nèi)行程較長(zhǎng)，對(duì)計(jì)量介質(zhì)純凈度要求比其他容積式流量計(jì)高，需使用≥40目不銹鋼濾網(wǎng)并定期清洗、轉(zhuǎn)子為鑄鐵材料原油含水率≤5％，否則會(huì)產(chǎn)生銹蝕影響使用。 4．目前UF-Ⅱ在各原油集輸站得到了推廣應(yīng)用，其計(jì)量數(shù)據(jù)得到了貿(mào)易雙方認(rèn)可，三年多來(lái)未出現(xiàn)計(jì)量糾紛。 3  流量計(jì)檢定和體積管技術(shù)改造 我廠采用LJG-22型體積管流量檢定裝置（簡(jiǎn)稱(chēng)裝置）作為外輸流量計(jì)量值傳遞的標(biāo)準(zhǔn)器，裝置主要由四通換向閥、液壓及電氣控制系統(tǒng)，標(biāo)準(zhǔn)管段、附屬管線四大部分組成，其檢定工藝如圖2所示。 圖2 體積管檢定流量計(jì)工藝圖 其工作原理是被檢介質(zhì)經(jīng)過(guò)流量計(jì)進(jìn)入體積管，推動(dòng)彈性橡膠球運(yùn)行，橡膠球在運(yùn)行過(guò)程中分別觸發(fā)標(biāo)準(zhǔn)管段前后兩個(gè)檢測(cè)開(kāi)關(guān)，同時(shí)給自控系統(tǒng)發(fā)出開(kāi)關(guān)信號(hào)，使彈性橡膠球在此運(yùn)行區(qū)間內(nèi)流量計(jì)發(fā)生的脈沖數(shù)得到累計(jì)，該自動(dòng)液壓系統(tǒng)控制的四通閥，改變介質(zhì)的流向，使彈性橡膠球反向運(yùn)行直至結(jié)束。以流量計(jì)前后兩次脈沖數(shù)累計(jì)值與體積管標(biāo)準(zhǔn)容積值比較，得到本次流量計(jì)基本誤差。 裝置作為一臺(tái)機(jī)電一體化設(shè)備，運(yùn)行十年來(lái)，標(biāo)準(zhǔn)管段、液壓及電氣控制系統(tǒng)陸續(xù)出現(xiàn)一些故障，降低了裝置運(yùn)行效率，對(duì)此相關(guān)技術(shù)人員經(jīng)過(guò)試驗(yàn)摸索實(shí)施 技術(shù)改造，完成了兩項(xiàng)新型工藝技術(shù)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用。 1．自動(dòng)四通換向閥的研究與應(yīng)用 四通閥使裝置中一個(gè)核心部件，起著檢定介質(zhì)改變流向與密封作用，其工作性能直接影響檢定工作效率與流量計(jì)準(zhǔn)確度。 由于原有四通閥存在殼體腐蝕，連桿彎曲變形和液壓傳動(dòng)系統(tǒng)故障率高等問(wèn)題，導(dǎo)致四通閥難以實(shí)現(xiàn)換向和密封功能，對(duì)此通過(guò)引進(jìn)專(zhuān)利技術(shù)研制開(kāi)發(fā)了新型電動(dòng)四通換向閥，新型四通換向閥去除了結(jié)構(gòu)復(fù)雜、故障率高的液壓系統(tǒng)，并將閥體改為錐筒形狀，在Z型閥芯上安裝了兩道倒梯形硅膠密封圈，增大了密封截面，消除了“O”型密封圈存在的扭切等缺陷，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。 在研制過(guò)程中根據(jù)四通閥在閥芯上提、換向、密封過(guò)程中有速度變換要求，為防止造成傳動(dòng)齒輪和密封件的損壞，引用了變頻調(diào)速工藝，使不同的速度有相應(yīng)的電流頻率相對(duì)應(yīng)，其優(yōu)點(diǎn)是： 1．解決了液壓傳動(dòng)系統(tǒng)存在耗能、滲漏、噪音等問(wèn)題，由于安裝了自縮止退機(jī)構(gòu)，閥芯密封到位直至下一工作行程，電機(jī)均處于失電狀態(tài)，收到節(jié)能安全環(huán)保效果，2、流量切換平穩(wěn)，采用錐體密封形式，降低了流體流向急劇改變時(shí)對(duì)橡膠球的擾動(dòng)，提高了檢定操作的穩(wěn)定性和可靠性。3、流量切換憋壓、無(wú)脈動(dòng)，在250m3/h大流量工作時(shí)無(wú)震動(dòng)，換向速度快，操作簡(jiǎn)便。 2．自動(dòng)控制及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng) 該系統(tǒng)主要由微機(jī)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，、變頻器和專(zhuān)用頻率計(jì)數(shù)器、光纖檢測(cè)開(kāi)關(guān)組成。其功能a、完成數(shù)據(jù)處理和輸出b、進(jìn)行溫度、壓力、流量計(jì)光電脈沖信號(hào)采集和檢測(cè)開(kāi)關(guān)信號(hào)控制c、變頻器用于四通閥工作時(shí)的電流控制。 系統(tǒng)軟件采用菜單操作，檢定過(guò)程中工藝流程及狀態(tài)參數(shù)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示，人機(jī)界面友好，主要包括登陸系統(tǒng)、系統(tǒng)配置、系統(tǒng)啟動(dòng)運(yùn)行、檢驗(yàn)報(bào)警及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等功能同時(shí)還對(duì)φ250標(biāo)準(zhǔn)管段內(nèi)壁除銹，涂新型聚酯涂層，使表面粗糙度、橢圓度符合工藝要求，并安裝了光纖信號(hào)檢測(cè)開(kāi)關(guān)，使流量計(jì)檢定控制更加準(zhǔn)確可靠。 裝置實(shí)施改造后，技術(shù)性能符合JJG209-94體積管檢定規(guī)程，對(duì)流量計(jì)檢定的可靠性和工作效率明顯提高，為貿(mào)易雙方公平公正的進(jìn)行原油計(jì)量交接提供了可靠物質(zhì)保證。 1 止退機(jī)構(gòu)  2 電機(jī)  3 旋轉(zhuǎn)圈  4 密封圈  5 擋圈 6 閥芯  7 閥體  8  檢漏孔 圖3 電動(dòng)四通閥 4  結(jié)束語(yǔ) 通過(guò)計(jì)量技術(shù)改造，江蘇油田采油廠原油外輸計(jì)量、檢定工作取得了長(zhǎng)足進(jìn)步，原油外輸計(jì)量誤差≤±0.35%，維護(hù)了貿(mào)易雙方的經(jīng)濟(jì)利益，提高了企業(yè)信譽(yù)。 參考文獻(xiàn) [1] 蔡武昌等. 流量測(cè)量方法和儀表的選用. 化學(xué)工業(yè)出版社， 2001. 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