在油田、長輸管道、石化煉化、油港等大批量油品交接作業(yè)中, 采用流量計動態(tài)計量, 不僅保證計量的準確性, 而且可提高自動化水平, 便于實現網絡信息化管理。大口徑原油流量計主要有容積式、速度式等類型。

容積式流量計先計量出油品工況下的毛油體積量, 通過手工取樣、做樣或通過儀表自動測量得到油品品質參數 (含水、密度等) , 再經過工況下溫度、壓力換算得到油品在一定時間段交接狀態(tài)下的表觀質量。容積式流量計計量準確度高;流量范圍度寬, 口徑可以做到350mm至500mm;能較好適應高凝高黏原油, 是目前原油交接計量中使用***普遍的一種。

渦輪流量計隸屬于速度式原理的流量測量儀表。由于高凝高黏的原油容易凝堵, 且易粘附計量元件, 渦輪流量計應用與原油流量測量受原油黏度范圍的制約, 在低黏度原油和輕質油測量場合, 渦輪流量計有很好的表現。時差法超聲流量計也屬于速度式流量計, 目前應用于原油流量測量, 也剛開展試驗研究[1]。

質量流量計可以直接測量出被測油品的質量, 目前應用較多的是科氏力質量流量計。質量流量計主要用于計量輕質成品油, 原油交接計量也在開展試驗研究[2]。

在高油價、大交接量背景下, 流量計作為直接影響貿易雙方經濟利益的計量器具, 其準確性是倍受交接雙方關注的要點。盡管大口徑容積式流量計的誤差可以控制在±0.2%, 對于日交接量過萬噸的站點, 誤差量可達20t, 折合人民幣約10萬元, 很難被貿易雙方承受。同時, 流量計檢定時的油溫、壓力與管線運行時的油溫、壓力的差異, 輸送油品物性參數變化等因素的影響, 以及流量計的長期磨損, 都會造成流量計的誤差進一步加大、穩(wěn)定性也趨于變差。因此, 正確使用流量計, 嚴格按規(guī)范檢定流量計, 合理選用流量計系數計算方法, 準確修正交接量, 都是降低流量計計量誤差的重要環(huán)節(jié)。

容積式流量計有刮板、腰輪、齒輪、雙轉子等多種型式, 下面以應用較廣泛的刮板流量計為例進行研討。

1) 刮板式流量計工作原理, 其內部可伸縮移動的刮板與內腔壁形成計量空間, 通過液體推動刮板轉動, 將計量空間內的液體排送出流量計。當被計量的液體經過流量計時, 推動刮板和轉子旋轉, 與此同時, 刮板沿著一種特殊的軌跡成放射狀的伸出或縮回, 每兩個相對刮板端面之間的距離是一個定值, 在刮板連續(xù)轉動時, 在2個相鄰的刮板、轉子、殼體內腔以及上下蓋板之間就形成了一個容積固定的計量空間, 轉子每轉一圈, 就可排出4個 (或6個) 同樣閉合的體積, 記錄轉子轉過的圈速就可地計量通過流量計的液體體積量 (圖1) 。轉子上部同時帶動計數裝置和脈沖發(fā)訊器, 在流量計表頭指標器上顯示出通過流量計的體積量, 并可以將電脈沖信號進行遠傳。

2) 刮板式流量計形成誤差的原因解析。在多種油品切換輸送管線, 不同品質原油的物性差異較大 (如黏度、含臘等) , 運行工況的變化 (如溫度、壓力等) , 流量計的準確度、穩(wěn)定性差異等, 以及操作管理等因素的影響, 都會給油品計量帶來一定的誤差。主要表現在以下幾個方面:溫度影響, 油品輸送溫度越高, 油品的黏度就越低, 計量誤差向負值方向增加;黏度影響, 油品黏度增加使運動計量部件間隙變窄, 計量誤差偏向正值方向;結蠟影響, 蠟層凝結在計量腔體內壁或部件上, 使計量腔變小, 計量誤差偏向正值方向;漏失量影響, 隨著流量計運行時間增加, 流量計運動部件磨損加大, 間隙變寬, 漏流量增大, 其計量誤差向負值方向增加。

3) 流量計檢定與流量計系數。上述分析的各種原因, 都可能使計量油品的實際體積與流量計指示體積存在誤差。解決此問題***常用的方法是對流量計進行在線實液檢定, 確定全量程范圍內流量計系數。流量計檢定執(zhí)行JJG 667-2010《液體容積式流量計檢定規(guī)程》, 并按照貿易雙方協議按時檢定[3]。

流量計檢定常用的設備有標準表、標準罐、體積管等, 又分離線檢定和在線檢定。在線檢定可以保證檢定工況接近運行工況, 在線檢定使用的油品應盡可能與運行油品物性參數接近。

檢定報告給出流量計的液體實際體積與流量計指示體積的比值即流量計系數。檢定的流量點一般選擇全量程范圍內3個或5個流量點, 其中包含***小流量及***大流量, 流量計超出檢定點運行, 流量計系數就可能失去修正作用。

GB/T 9109.5-2009《石油和液體石油產品油量計算動態(tài)計量》中規(guī)定了流量計基本誤差方法[4], 也是國際、國內廣泛采用的方法。流量計應在流量計允許誤差±0.2%范圍內, 且貿易雙方認可的條件下使用。

在大流量、長時間連續(xù)累積計量時, 誤差的累積效應就會被放大, 比如某一臺流量計在流量600m/h時誤差為+0.16%, 每天輸油量15 000m, 輸差為24m, 在一個檢定周期6個月時間里, 總輸油量2 700 000m, 輸差為4 320m, 這樣一個輸差量對貿易雙方都是一個不小的數量, 貿易雙方都希望采用使計量誤差趨于零的理想方法。

流量計系數修正方法, 是貿易交接雙方所達成的用流量計在檢定時每量點瞬時流量下所對應的流量計系數進行修正。這種方法較基本誤差計量方法的計量精度有較大提高, 尤其對檢定流量點修正時, 誤差是零。這種方法也符合GB/T 9109.5-2009《石油和液體石油產品油量計算動態(tài)計量》規(guī)定。

從圖2可知, 當瞬時流量為600m/h時, 對應流量計系數是0.999 3, 8h累積輸油量顯示為4 800m, 則實際輸油量是:

當輸油瞬時流量不在檢定點上時, 如圖3所示, 瞬時流量200、400m/h檢定流量點, 對應流量計系數為1.001 2、0.999 7, 實際流量為299m/h, 小于200、400m/h之中點300m/h, 按靠近法則選定低端200m/h的系數1.001 2, 而300m/h時所對應的流量計系數是1.000 4, 8h累積輸油量為:

流量在299m/h時查圖表計算系數為1.000 4, 修正后的流量為:

實際應用中實際流量小于中點則選取200m/h所對應的流量計系數1.001 2, 8h顯示累積輸油量為2 392m, 修正后的流量為:

則Q實修-Q應修=2 394.87-2 392.96=1.91 (m) , 多修正了1.91m。

在一個檢定周期6個月時間里, 總輸油量為:1 291 680m, 總輸差量為:1 031.4m。

從以上計算結果可以看出, 采用流量計系數方法計算輸油量的輸差小于流量計基本誤差方法, 但是累計輸差量也不小。

流量計系數方法計算輸油量, 是由人工計算的, 當瞬時流量在a點或c點上時經過系數修正, 可以使流量計系數修正到1.000 0, 即誤差為零。而在a、c兩個檢定點之間的瞬時流量無對應系數, 只能選取a或c的系數, 則a、c中間形成ab、b1c新的誤差曲線, 誤差量是a、c之間的50%, 無法更地計算, 如圖4所示。

圖4是某臺流量計在瞬時流量為299m/h用流量計系數計算輸油量時200~400m/h的誤差曲線。

用JLJ-1型計量計算機對流量計輸油量進行計算, 可以在線管理多臺流量計, 使每臺流量計都按檢定的誤差曲線修正誤差, 使流量計每一點的誤差都為零, 使每一臺流量計計量誤差為零。

圖5是某站的一臺流量計檢定誤差曲線, 這條曲線輸入到JLJ-1型計量計算機中, 計算機實時監(jiān)測瞬時流量值將所對應的誤差值進行修正, 使每一點瞬時流量的誤差都修正到0.0%誤差線上。

每一臺流量計修正后圖5中a、b、c曲線都達到圖6中a、b、c直線零誤差曲線。如圖6所示。

用JLJ-1型計量計算機計算輸油量時, 誤差接近為零, 并顯示每臺流量計的每日、每月、每年修正的誤差量, 而且修正的數據都存儲在計算機中, 以備貿易交接雙方核查, 提高了計量管理水平[5]。

大口徑容積式流量計使用廣泛, 交接量大帶來的誤差量也大。采用流量計系數修正交接量, 是降低誤差行之有效的措施。使用中必須認真分析、真正掌握流量計系數偏差的原因, 正確進行交接量的修正, 否則, 可能會造成越修越差的結果。應遵循以下注意事項:嚴格按規(guī)范周期檢定;檢定工況必須與運行工況接近, 采用在線實液檢定;檢定油品物性必須與計量油品物性相近;不同油品物性必須對應相應的流量計系數;流量計的運行流量必須控制在檢定流量范圍內。