油品物性對刮板式流量計計量精度影響的研究

摘 要：通過建立實驗環道，模擬現場，研究油品物性和環境溫度對刮板式流量計計量精度的影響，實驗研究發現油品物性和結蠟對流量計誤差影響的綜合影響規律，并提出了解決誤差的有效措施。

關鍵詞：油品物性；刮板流量計；誤差

引言

隨著市場經濟的深入發展，計量工作已成為企業現代化管理的重要基礎之一。原油管道輸送過程中由于計量誤差造成的損失也加大原油輸送成本，因此如何降低原油計量誤差，有效控制原油損失，已成管道企業計量工作的關鍵部分。

長輸原油管道目前交接計量站較多，輸送的多為單一油品。而我公司新建管線塘燕線，計量站身處北方，輸送的原油多為國外進口油品，2010年輸送原油的種類達到37種，其中根據船方數據顯示最大粘度的油品幫嘎（189mm2/s，50℃），最小粘度的油品韋杜里（0.96mm2/s，50℃）。環境溫度、輸送原油粘度變化大對刮板流量計的誤差影響還沒有文獻進行闡述，且實際生產運行涉及到交接雙方的計量，因此本文主要通過實驗方法進行相關研究。研究對象主要是美國Smith刮板式流量計。

1 油品物性參數的測量

本實驗對我公司2010年輸送的油品物性參數進行測量，包括：杰諾、普魯托尼、卡賓達、黑獅、曼吉、艾斯西德爾、渤南、芒都、阿曼、沙中、烏拉爾、榮卡多、錫爾提加、科威特、庫圖布、撒哈拉、東西伯利亞、吉拉索、伊輕。

1.1 測量方法

按照中國石油天然氣行業標準SY/T0541-94《原油凝點測定法》、SY/T7550-2004《原油含蠟量膠質瀝青質測定方法》、SY/T0520-2008《原油粘度測定-旋轉粘度計平衡法》規定，對影響油品計量的主要物性參數凝點、含蠟量、膠質、瀝青質含量、粘度進行實驗室測量。

1.2 測量結果

具有代表性的油品物性參數的測量結果如表1。

表1 各油品凝點及含蠟量

1.3 油品分類

2010年現場輸送的油品近37種，而且還存在混輸，將來還有新油品輸送，顯然不可能根據每一種油品的變化確定計量誤差，因此有必要根據油品的主要物性參數將油品進行分類。

油品分類的方法：首先根據凝點將油品分為凝點在0℃以下、0℃～15℃、15℃～25℃和25℃以上幾個區間；將每一組油品的粘溫曲線繪制在同一坐標圖中，去除粘度誤差在30%以上的油品；比較同一組油品的含蠟量和析蠟點，如果相差太大則把油品單獨歸為一類；對每一組油品只擬合一個粘溫曲線和公式，用此粘溫方程代表一類油品。為了能代表現場計量的油品種類，本實驗一共采樣了22種原油，對其進行了分類。

根據油品的各項物性參數，將22種油品分成4組。由于這22種油品有比較廣的代表性，因此現場計量的所有油品基本都可以劃分到這4組中。以這22種油品為基礎，建立所有油品物性的數據庫。

各組油品的種類如下：

第一組油品凝點低于-10℃，粘度非常小，含蠟量較低，粘溫曲線變化平緩，在正常輸油溫度下性質好、粘度小。

第二組油品凝點普遍低于0℃，粘度比較低，含蠟量較低，粘溫曲線變化平緩，在正常輸油溫度下油品性質比較好。

第三組油品凝點在10℃左右，粘度偏大，含蠟量中等，溫度在20℃以下時粘溫曲線變化較大，正常輸油溫度下油品有可能會發生粘度變化較大的情況。

第四組油品凝點比較高，含蠟量比較大，粘度變化劇烈，容易結蠟，只有在高溫下才能輸送和計量，雖然油品凝點比較高，但是在高溫輸送時粘度并不大。

2 油品物性和環境溫度對刮板流量計誤差的影響研究

2.1 實驗內容

本實驗是在室內建立環道，模擬現場流量計計量油品的流程、油品溫度和刮板流量計的環境溫度，用刮板流量計計量不同油溫和環境溫度下油品的流量，并與標準流量計示數相比較，得到計量油品時的油溫、環境溫度與計量誤差的關系。

同時本實驗還要選取另一種粘度差別比較大的油品，在計量一種油品時，按照不同的比例混入另一種油品，即通過模擬現場切換輸送油品時的計量過程，研究切換油品輸送時油品粘度對刮板流量計誤差的影響。

2.2 實驗結果和分析

分別對沙輕和普魯托尼油品做實驗，穩定運行后，記錄刮板流量計的累積流量。可得出結論：

（1）在沙輕油品的輸油溫度范圍10℃-20℃內，流量計計量值變化不大，誤差基本一致，這是因為在10℃-20℃之間沙輕的粘度變化并不大，因此流量計測量流量變化不大，誤差在-0.1左右。

（2）在油溫不變時，流量計測量流量隨刮板流量計的環境溫度下降而上升，說明環境溫度的下降會通過流量計外殼降低通過油品的粘度，從而減少漏流量，流量計誤差向正方向改變。

（3）對于沙輕油品，刮板流量計的環境溫度在4℃以上時，流量計示數的變化幅度幾乎不變化，到-10℃計量誤差才稍有變化，原因是沙輕的粘度比較小，粘度變化平緩，所以溫度的變化對流量計計量的影響不大。

2.3 小結

通過環道實驗，可以發現刮板流量計的計量誤差有以下規律。

2.3.1 流量計計量誤差隨油溫和環境溫度變化，但環境溫度對誤差的影響更大。

2.3.2 油品的粘溫曲線越陡、粘溫關系變化越劇烈，流量計誤差隨溫度的改變越大。

2.3.3 影響流量計誤差的一個主要因素是粘度，而且誤差和粘度有一對應關系。在環境溫度15℃時：粘度在20mPa.s以下時誤差為負，在-0.1左右；粘度20mPa.s-40mPa.s時誤差變化劇烈，從負值變為0左右；粘度在40mPa.s以上時，誤差開始變正，且隨粘度變化緩慢。

2.3.4 當環境溫度小于15℃時，流量計誤差在本身誤差上向正方向偏移，偏離值與油品自身粘度有關。對于普魯托尼油品，誤差約偏離到0.2左右；對于沙輕油品，誤差偏離到-0.06左右。

3 流量計腔室結蠟規律研究

3.1 室內結蠟實驗

3.1.1 實驗內容

外界環境溫度比較低時，當油品經過刮板流量計腔室，容易在腔室內壁及刮板上結蠟。但由于結蠟現象發生在內部，拆開流量計外殼也不能確認結蠟確實存在。所以本實驗的目的是確認含蠟量一定時油品確實能夠在不銹鋼上結蠟，同時研究發生結蠟的溫度區間。

本實驗在室內建立旋轉結蠟裝置，選取20種油品，通過保持油品和環境溫度，經過一段時間后，看內壁是否有結蠟發生，并稱量每一種油品的結蠟量。

3.1.2 實驗方法

先將油品倒入油槽，通過電加熱把油溫維持在凝點以上8～9℃。開啟水浴，維持外壁溫度恒定。實驗過程中降低油溫，運行10小時后，若沒有結蠟發生，繼續降溫，直到有結蠟發生。改變油槽外壁溫度，可發現結蠟現象有所不同。用棉花擦拭掉蠟沉積物，用電子天枰進行稱量。

3.1.3 實驗結果和分析

（1）環境溫度在凝點、油溫在凝點3℃以上左右時就已經有明顯的結蠟現象。

（2）當油溫和環境溫度的變化量一樣時，環境溫度對結蠟的影響要大。

（3）即使油品含蠟量差不多時，各個油品在同樣的溫度區間時結蠟量卻相差很大，因此油品的結蠟是一種較為復雜的現象，除了溫度和含蠟量，還受一些操作條件的影響。

（4）當油品含蠟量大于6wt%時，實驗中就已經可以觀察到結蠟現象。

所以從本實驗可以看出，在合適的條件下，油品確實會結蠟，而結蠟的影響因素主要是環境溫度和油溫，且環境溫度影響更為劇烈。