当前位置:首页 >> 客户服务技术资料

浅谈刮板流量计在线检定中的误差分析

发布时间:2019-09-15 16:04:33 浏览:

容积式刮板流量计受计量介质物性、流态的影响较小, 具有计量准确度高、运转平稳、噪音低、使用寿命长、黏度适应性强等优点, 易实现就地指示和远传, 从而广泛地应用于石油及其液体产品的贸易动态计量中[1]。原油贸易交接的准确性, 直接影响着企业的经济效益, 用标准体积管直接进行流量计的在线检定, 既方便了刮板流量计的检定, 又不影响原油的收、销贸易交接计量, 避免了流量计在拆卸、安装、运输过程中所造成的破坏。在减轻岗位操作人员劳动强度的同时, 有力地保障了计量交接的准确性, 使企业实现经济效益最大化。

1 刮板流量计的结构及工作原理

1.1 现场设备配备情况

某原油贸易计量站位于长输管道的终端, 收销的重质原油是典型的“三高原油”, 即黏度高、密度高、胶质沥青含量高。计量站配备了4台LH8-S3型0.2级刮板流量计, 检定装置配套为固定式双向球型标准体积管。根据JJG 667—2010《液体容积式流量计检定规程》的规定, 对于准确度等级不低于0.5级的流量计, 检定周期为0.5 a, 其他为1 a。

1.2 结构及工作原理

刮板流量计由转子、凸轮、凸轮轴、刮板、连杆、滚柱、盖板、壳体、齿轮组、器差调整器和表头等组成。在精密加工的刮板流量计壳体内, 转子带着刮板转动。原油流过刮板流量计时, 刮板沿着固定的凸轮轨迹向转子外伸出或缩回, 从而推动转子和刮板沿转子轴旋转。刮板连续不断地运动, 在2个刮板、转子、内壳体和上盖间形成了1个精确容积的计量腔。对于具有2对刮板的刮板流量计, 转子每转1圈会形成4个封闭的计量腔 (3对刮板的刮板流量计转子每转1圈形成6个封闭的计量腔) 。转子和刮板在转动运行过程中, 不与内壳体或上盖接触, 而是通过齿轮组将转动的次数输送到表头, 表头的计数器根据齿轮组与体积的换算再将转动的次数转换为实际测量的体积, 从而达到对原油进行计量的目的。

2 刮板流量计在线检定

2.1 检定原理

固定式双向球型标准体积管的置换器是弹性球, 它是通过1台四通阀内隔板的位置来改变体积管液体的流向, 而体积管进出的液体流向保持不变。当流体稳定地流经被检刮板流量计和体积管时, 正向行程由位移器经过第1只检测开关时触动刮板流量计脉冲计数器开始计数;当位移器经过第2只检测开关时, 停止刮板流量计脉冲计数器计数。反向行程由位移器经过第2只检测开关时触动刮板流量计脉冲计数器开始计数;当位移器经过第1只检测开关时, 停止刮板流量计脉冲计数器计数。位移器从2只检测开关之间的正反计量段所置换出来的流体体积, 与刮板流量计的视值相比较, 进而可以确定被检刮板流量计的视值误差[2]。刮板流量计检定示意如图1所示。

图1 刮板流量计检定示意

图1 刮板流量计检定示意   下载原图

2.2 检定数据处理

依据JJG 667—2010《液体容积式流量计检定规程》7.3.4.2 款规定“除7.3.4.1款中规定的情况外, 刮板流量计检定点不少于3个, 均匀分布, 其中含最小流量和最大流量”的要求, 被检刮板流量计至少应在最大流量、常用流量、最小流量3个点进行检定, 每点重复检定不少于3次, 若出现粗差, 可以剔除[2]。检定时, 准确地取全刮板流量计和标准体积管的温度、压力数据, 以及刮板流量计的脉冲数。

刮板流量计系数MF的计算公式为

MF=Vs(1+Cpsp)(1+Ctsp)(1+Ctlp)(1−Cplp)N⋅KΜF=Vs(1+Cpsp)(1+Ctsp)(1+Ctlp)(1-Cplp)Ν⋅Κ (1)

式中: Vs——标准装置读出的容积, L;Cpsp——标准体积管基准管段壳壁的压力修正系数;Ctsp——标准体积管基准管段壳壁的温度修正系数;Ctlp——标准体积管基准管段中捡定液体的温度修正系数;Cplp——标准体积管基准管段中检定液体的压力修正系数;N——在工作温度、压力下对单向标准体积管1个行程或双向标准体积管上、下行程刮板流量计发出的脉冲数;K——刮板流量计的仪表系数, 即刮板流量计的脉冲发生器在工作条件下发生的每个脉冲所代表的容积值。

3 影响刮板流量计在线检定的因素

通过分析检定过程及刮板流量计系数的计算公式, 归纳出检定过程中导致计量误差的影响因素包括: 工艺阀门密封性的影响、脉冲计数的影响、工艺参数的影响、刮板流量计自身特性的影响。

3.1 工艺阀门密封性的影响

为了实现刮板流量计的在线检定, 在工艺流程上设计了刮板流量计检定流程, 检定流程与生产流程的切换通过阀门完成。由于在线检定过程中无法给工艺流程阀门加盲板, 阀门如有泄漏也无从所知。四通阀是双向球型标准体积管的重要部件, 用于控制流体的方向, 并且可使体积管进、出口的液体完全隔离, 通过四通阀的换向实现刮板流量计的双向检定, 因此工艺流程上各阀门和四通阀的密封性将直接影响到刮板流量计检定的可靠性和计量设备的安全性。而实际操作过程中, 往往忽略了这些影响, 特别是阀门的泄漏问题, 通常都是按照阀门无泄漏直接开展检定工作, 并没有进行相关的检查和试验。

3.2 脉冲计数的影响

当位移器经过检测开关时触动刮板流量计脉冲计数器计数, 发射的脉冲是有宽度的, 计数方式为上升沿或下降沿触发, 实际计数中可能会丢失不完整的脉冲, 取其极限, 相当于丢失1个脉冲, 脉冲计数的准确性直接影响检定结果的准确性。

3.3 工艺参数的影响

由式 (1) 的分解可知[2], 工艺参数对MF值的影响是多方面的。

Cpsp=DEsepsCpsp=DEseps (2)

式中: D——标准体积管基准管段的内径, mm;Es——标准体积管基准管段材质的弹性模量, Pa;e——标准体积管基准管段的壁厚, mm;ps——标准体积管的工作压力 (表压) , Pa。

Ctsp= (ts-20) βs (3)

式中: ts——标准体积管的工作温度, ℃;βs——标准体积管的温度体膨胀系数, ℃-1

Cptp= (pm-psκ (4)

式中: pm——刮板流量计的工作压力 (表压) , kPa;κ——检定液体压缩系数, Pa-1

Ctlp= (tm-tsβ (5)

式中: tm——刮板流量计的工作温度, ℃;β——检定液体的膨胀系数, ℃-1

由式 (2) ~式 (5) 可以看出, 修正系数与温度、压力、体积管材质、标准体积管内径等参数有着密切的关系, 其值准确与否也直接影响到刮板流量计检定结果的可靠程度。

3.3.1 温度的影响

温度在刮板流量计检定过程中是影响较大的参数之一, 温度的变化会影响一系列参数的变化, 如液体黏度、结蜡量、泄漏量的变化, 会直接影响刮板流量计计量误差曲线的改变[3]。当作为一种固有偏差存在时, 随着运行时间的持续, 误差量逐渐累加, 其绝对影响量将不可忽视。

1) 温度对原油的黏度有着十分重要的影响。一般来讲, 油温升高, 油品黏度下降;油温降低, 油品黏度上升。

2) 油温对含蜡油品结蜡的影响。被计量液体本身和计量设备的温度以及外部环境的温度对结蜡都有直接影响, 当油温高于刮板流量计壳体或管壁温度时, 产生结蜡现象;而当刮板流量计壳体或管壁温度高于油温时, 几乎不结蜡。管壁温度的高低决定于环境温度及保温措施, 对于刮板流量计及其配套的标准体积管和其他附属设备的温度主要决定于室内温度。因此, 在刮板流量计检定过程中, 决不能忽视刮板流量计间、体积管间的室内温度控制, 在寒冷的冬天尤其重要。

3) 温度对刮板流量计泄漏量的影响[4]。从刮板流量计的工作原理得知, 计量腔的容积是当作定值来计算的, 而计量腔是活动腔体, 其密封由可活动的刮板与壳体的无缝接触来实现, 由于加工精度的限制, 以及刮板转动所必须的间隙, 决定了刮板与壳体之间不同黏度的液体将有不同程度的泄漏, 泄漏量的大小与原油的流量、温度、黏度、压力有密切的关系, 影响最显著的是温度和黏度。当温度越高时, 黏度越小, 泄漏量就越大;当温度越低时, 黏度越大, 泄漏量就会越小。正常情况下, 泄漏量对刮板流量计准确度的影响是在误差的允许范围内。

3.3.2 压力的影响

在实际输油计量过程中, 由于末站原油压力一般不超过4 MPa, 因此压力对刮板流量计的影响可忽略不计。但是, 压力还影响原油的密度, 当压力升高时, 密度会增大。由于原油分子间距较小, 内部压力很大, 因而在外部压力变化时, 原油密度变化很小, 特别在压力变化不大时, 密度变化很微小;然而在高压下, 当刮板流量计进出口压力差达到0.304 MPa以上时, 其产生的误差已超过了刮板流量计计量系统误差的5%, 要得到准确的计量结果, 就必须考虑压力对密度的影响[5]

3.4 刮板流量计自身特性的影响

任何计量设备在长期运行过程中, 其性能都将产生一定程度的偏移, 特别是可动部件多的情况下。刮板流量计的刮板、凸轮、计数齿轮等, 在长期运转过程中也会产生一定程度的磨损, 刮板的磨损除正常运转的磨损外, 当原油中杂质或固体颗粒较多时, 磨损更严重, 最终结果表现在刮板流量计的误差曲线将发生严重漂移。

以某站刮板流量计检定为例, 不同工况下的刮板流量计误差见表1所列。

表1 不同工况下某站的刮板流量计误差统计 导出到EXCEL


编 号
流量/
(m3·h-1)

检定时间
温差/ ℃ 误差
变化量, %

2018年3月13日
2018年3月13日

检定
温度/ ℃
检定
压力/ MPa
MF 检定
温度/ ℃
检定
压力/ MPa
MF


1号
100 57.1 0.218 0.999 97 57.73 0.364 1.000 25 0.63 0.028

2号
100 57.1 0.218 1.001 11 57.73 0.364 1.000 62 0.63 -0.049

3号
100 57.1 0.218 0.998 66 57.73 0.364 0.998 96 0.63 0.030

4号
100 57.1 0.218 1.000 22 57.73 0.364 1.000 06 0.63 -0.016


4 改进措施

4.1 密封性试验

在刮板流量计进行检定前, 需进行系统密封性和四通阀密封性试验。

1) 系统密封性实验。即关闭刮板流量计进口阀门、标准体积管出口阀门、刮板流量计进口阀门到标准体积管出口阀门之间所有可能产生泄漏的阀门, 对这段密封系统加压, 直到该系统内的压力比刮板流量计进口阀前的压力高0.5 MPa, 观测30 min, 压力下降不大于0.15 MPa为密封性合格。

2) 四通阀密封性试验。即操纵控制台, 使四通阀换向, 当密封指示灯亮时, 打开四通阀上的检漏针阀, 如果原油流出一定量后停流, 证明膨胀密封圈密封良好[6]

4.2 脉冲计数取值

脉冲插入法是以检定运行期间体积流量稳定为前提的。为保证液体的稳定性, 体积管标定球运行期间, 体积流量瞬时的波动应小于平均流量的±2%。采用双计时脉冲插入技术, 实现对刮板流量计脉冲信号完整记录, 避免由此给刮板流量计带来的误差[7]。双计时脉冲插入法示意操作原理如图2所示, 插入的脉冲数按式 (6) 进行计算:

n′=nT2T1(I)n′=nΤ2Τ1(Ι) (6)

在检定运行期间, 计数器需收集刮板流量计发出的完整脉冲总数n, 并测量2个时间间隔T1T2, 单位为s。

图2 双计时脉冲插入法示意

图2 双计时脉冲插入法示意   下载原图

图2中: T1 (Ⅰ) 是指第1只检测开关触发后刮板流量计发出的第1个脉冲与第2只检测开关触发后刮板流量计发出的第1个脉冲之间的时间间隔;T1 (Ⅱ) 是指第1只检测开关触发之前刮板流量计发出的最后1个脉冲与第2只检测开关触发之前刮板流量计发出的最后1个脉冲之间的时间间隔;T2为第1只与第2只检测开关触发信号之间的时间间隔。

4.3 参数录取

工艺参数对检定结果的影响是多方面的, 只能力求将其对检定结果的影响程度尽量降到最低。为此, 在检定工作中, 必须做到下面几点:

1) 选择检定合格的测温仪表和测压仪表, 精度等级应符合GB/T 9109.3—2014《石油和液体石油产品动态计量 第3部分: 体积管安装计数要求》中4.2条中相关要求[8]

2) 检定前必须预热恒温, 使刮板流量计进出口温度、体积管进出温度恒定, 体积管和被检刮板流量计之间的温差变化不应超过±0.5 ℃。

3) 读数时, 应由两位检定人员同时读取温度计和压力表的示值, 如若差异, 应重新读数, 以保证读数无误。读取温度、压力值时, 必须保证检定球在检测开关之间的基准管段中运行时读数, 此时所读的温度、压力示值, 才是体积管标准体积进行温度、压力修正时所需的值。

4) 在线检定尽量选择在原油黏度、密度、温度、压力、流量与通常运行时尽量一致的情况下进行, 刮板流量计检定时的液体流量应能覆盖被检刮板流量计的检定流量范围, 以最大限度地减少工艺参数对刮板流量计准确度的影响[9]

5) 体积管露天安装时, 不应在雨雪、高温天气下开展检定工作, 避免因油品结蜡或温场变化导致的计量误差[10]

6) 刮板流量计检定后, 应及时对刮板流量计本体的器差调整器及体积管触发器加铅封, 直至下一次检定前不得解封。

4.4 维护保养

可动部件的磨损是不可避免的, 为提高计量的准确性, 只能减少磨损的程度。通过定期给刮板流量计加注润油, 定期清洗过滤网等日常维护保养等, 以尽可能地保证刮板流量计长期稳定的运行。

5 结束语

刮板流量计检定计量准确性的影响因素并不仅限于本文所述, 比如原油在管壁内的结蜡问题, 刮板流量计计数部件的磨损问题等, 也将在一定程度上影响原油计量的准确度。在严格的检定程序前提下, 应做好维护、保养工作, 比如定时巡检, 检查刮板流量计的工作温度、压损、流量大小、运行声音、定期维护保养等。只有做好细致的现场运行, 才可能通过计量手段, 提高计量的准确性, 降低企业的运行成本, 为企业的可持续发展作出贡献。