降低大口径容积式流量计计量误差的探讨

国内原油长输管道交接计量大多采用大口径容积式流量计。尽管容积式流量计误差可控制在±0.2%以内, 但受制造工艺和使用条件, 以及流量计检定工况与交接工况的差异、油品物性参数变化等因素的影响, 流量计的计量误差有时较大。以交接计量油量计算实例, 探讨采用流量计系数修正的方法, 降低容积式流量计的计量误差。

在油田、长输管道、石化炼化、油港等大批量油品交接作业中, 采用流量计动态计量, 不仅保证计量的准确性, 而且可提高自动化水平, 便于实现网络信息化管理。大口径原油流量计主要有容积式、速度式等类型。

容积式流量计先计量出油品工况下的毛油体积量, 通过手工取样、做样或通过仪表自动测量得到油品品质参数 (含水、密度等) , 再经过工况下温度、压力换算得到油品在一定时间段交接状态下的表观质量。容积式流量计计量准确度高;流量范围度宽, 口径可以做到350mm至500mm;能较好适应高凝高黏原油, 是目前原油交接计量中使用***普遍的一种。

涡轮流量计隶属于速度式原理的流量测量仪表。由于高凝高黏的原油容易凝堵, 且易粘附计量元件, 涡轮流量计应用与原油流量测量受原油黏度范围的制约, 在低黏度原油和轻质油测量场合, 涡轮流量计有很好的表现。时差法超声流量计也属于速度式流量计, 目前应用于原油流量测量, 也刚开展试验研究[1]。

质量流量计可以直接测量出被测油品的质量, 目前应用较多的是科氏力质量流量计。质量流量计主要用于计量轻质成品油, 原油交接计量也在开展试验研究[2]。

在高油价、大交接量背景下, 流量计作为直接影响贸易双方经济利益的计量器具, 其准确性是倍受交接双方关注的要点。尽管大口径容积式流量计的误差可以控制在±0.2%, 对于日交接量过万吨的站点, 误差量可达20t, 折合人民币约10万元, 很难被贸易双方承受。同时, 流量计检定时的油温、压力与管线运行时的油温、压力的差异, 输送油品物性参数变化等因素的影响, 以及流量计的长期磨损, 都会造成流量计的误差进一步加大、稳定性也趋于变差。因此, 正确使用流量计, 严格按规范检定流量计, 合理选用流量计系数计算方法, 准确修正交接量, 都是降低流量计计量误差的重要环节。

容积式流量计有刮板、腰轮、齿轮、双转子等多种型式, 下面以应用较广泛的刮板流量计为例进行研讨。

1) 刮板式流量计工作原理, 其内部可伸缩移动的刮板与内腔壁形成计量空间, 通过液体推动刮板转动, 将计量空间内的液体排送出流量计。当被计量的液体经过流量计时, 推动刮板和转子旋转, 与此同时, 刮板沿着一种特殊的轨迹成放射状的伸出或缩回, 每两个相对刮板端面之间的距离是一个定值, 在刮板连续转动时, 在2个相邻的刮板、转子、壳体内腔以及上下盖板之间就形成了一个容积固定的计量空间, 转子每转一圈, 就可排出4个 (或6个) 同样闭合的体积, 记录转子转过的圈速就可地计量通过流量计的液体体积量 (图1) 。转子上部同时带动计数装置和脉冲发讯器, 在流量计表头指标器上显示出通过流量计的体积量, 并可以将电脉冲信号进行远传。

图1 刮板和转子示意图   下载原图

2) 刮板式流量计形成误差的原因解析。在多种油品切换输送管线, 不同品质原油的物性差异较大 (如黏度、含腊等) , 运行工况的变化 (如温度、压力等) , 流量计的准确度、稳定性差异等, 以及操作管理等因素的影响, 都会给油品计量带来一定的误差。主要表现在以下几个方面:温度影响, 油品输送温度越高, 油品的黏度就越低, 计量误差向负值方向增加;黏度影响, 油品黏度增加使运动计量部件间隙变窄, 计量误差偏向正值方向;结蜡影响, 蜡层凝结在计量腔体内壁或部件上, 使计量腔变小, 计量误差偏向正值方向;漏失量影响, 随着流量计运行时间增加, 流量计运动部件磨损加大, 间隙变宽, 漏流量增大, 其计量误差向负值方向增加。

3) 流量计检定与流量计系数。上述分析的各种原因, 都可能使计量油品的实际体积与流量计指示体积存在误差。解决此问题***常用的方法是对流量计进行在线实液检定, 确定全量程范围内流量计系数。流量计检定执行JJG 667-2010《液体容积式流量计检定规程》, 并按照贸易双方协议按时检定[3]。

流量计检定常用的设备有标准表、标准罐、体积管等, 又分离线检定和在线检定。在线检定可以保证检定工况接近运行工况, 在线检定使用的油品应尽可能与运行油品物性参数接近。

检定报告给出流量计的液体实际体积与流量计指示体积的比值即流量计系数。检定的流量点一般选择全量程范围内3个或5个流量点, 其中包含***小流量及***大流量, 流量计超出检定点运行, 流量计系数就可能失去修正作用。

GB/T 9109.5-2009《石油和液体石油产品油量计算动态计量》中规定了流量计基本误差方法[4], 也是国际、国内广泛采用的方法。流量计应在流量计允许误差±0.2%范围内, 且贸易双方认可的条件下使用。

在大流量、长时间连续累积计量时, 误差的累积效应就会被放大, 比如某一台流量计在流量600m/h时误差为+0.16%, 每天输油量15 000m, 输差为24m, 在一个检定周期6个月时间里, 总输油量2 700 000m, 输差为4 320m, 这样一个输差量对贸易双方都是一个不小的数量, 贸易双方都希望采用使计量误差趋于零的理想方法。

流量计系数修正方法, 是贸易交接双方所达成的用流量计在检定时每量点瞬时流量下所对应的流量计系数进行修正。这种方法较基本误差计量方法的计量精度有较大提高, 尤其对检定流量点修正时, 误差是零。这种方法也符合GB/T 9109.5-2009《石油和液体石油产品油量计算动态计量》规定。

从图2可知, 当瞬时流量为600m/h时, 对应流量计系数是0.999 3, 8h累积输油量显示为4 800m, 则实际输油量是:

图2 A流量计全量程误差曲线   下载原图

当输油瞬时流量不在检定点上时, 如图3所示, 瞬时流量200、400m/h检定流量点, 对应流量计系数为1.001 2、0.999 7, 实际流量为299m/h, 小于200、400m/h之中点300m/h, 按靠近法则选定低端200m/h的系数1.001 2, 而300m/h时所对应的流量计系数是1.000 4, 8h累积输油量为:

流量在299m/h时查图表计算系数为1.000 4, 修正后的流量为:

图3 A流量计200m/h至400m/h误差曲线   下载原图

实际应用中实际流量小于中点则选取200m/h所对应的流量计系数1.001 2, 8h显示累积输油量为2 392m, 修正后的流量为:

则Q实修-Q应修=2 394.87-2 392.96=1.91 (m) , 多修正了1.91m。

在一个检定周期6个月时间里, 总输油量为:1 291 680m, 总输差量为:1 031.4m。

从以上计算结果可以看出, 采用流量计系数方法计算输油量的输差小于流量计基本误差方法, 但是累计输差量也不小。

流量计系数方法计算输油量, 是由人工计算的, 当瞬时流量在a点或c点上时经过系数修正, 可以使流量计系数修正到1.000 0, 即误差为零。而在a、c两个检定点之间的瞬时流量无对应系数, 只能选取a或c的系数, 则a、c中间形成ab、b1c新的误差曲线, 误差量是a、c之间的50%, 无法更地计算, 如图4所示。

图4 B流量计299m/h误差曲线   下载原图

图4是某台流量计在瞬时流量为299m/h用流量计系数计算输油量时200~400m/h的误差曲线。

用JLJ-1型计量计算机对流量计输油量进行计算, 可以在线管理多台流量计, 使每台流量计都按检定的误差曲线修正误差, 使流量计每一点的误差都为零, 使每一台流量计计量误差为零。

图5是某站的一台流量计检定误差曲线, 这条曲线输入到JLJ-1型计量计算机中, 计算机实时监测瞬时流量值将所对应的误差值进行修正, 使每一点瞬时流量的误差都修正到0.0%误差线上。

图5 C流量计250~550m/h误差曲线   下载原图

每一台流量计修正后图5中a、b、c曲线都达到图6中a、b、c直线零误差曲线。如图6所示。

图6 C流量计250~550m/h修正后误差曲线   下载原图

用JLJ-1型计量计算机计算输油量时, 误差接近为零, 并显示每台流量计的每日、每月、每年修正的误差量, 而且修正的数据都存储在计算机中, 以备贸易交接双方核查, 提高了计量管理水平[5]。

大口径容积式流量计使用广泛, 交接量大带来的误差量也大。采用流量计系数修正交接量, 是降低误差行之有效的措施。使用中必须认真分析、真正掌握流量计系数偏差的原因, 正确进行交接量的修正, 否则, 可能会造成越修越差的结果。应遵循以下注意事项:严格按规范周期检定;检定工况必须与运行工况接近, 采用在线实液检定;检定油品物性必须与计量油品物性相近;不同油品物性必须对应相应的流量计系数;流量计的运行流量必须控制在检定流量范围内。