車載式標準體積管的設計與加工

龔中偉，王云嶺，張勁東

1.中國石化江蘇油田分公司采油一廠 （江蘇 揚州 225265）

2.中國石化江蘇油田分公司安全環保處 （江蘇 揚州 225200）

0 引言

車載式體積管是原油外輸流量計重要的量值溯源標準器。通過實施在線實流檢定，避免流量計離線檢定因裝卸、運輸產生的震動和損壞風險，消除溫度、壓力、流量、黏度和密度等介質差異產生的系統誤差，確保流量計準確度優于±0.2%。

江蘇油田雖然產量規模小，但地處水網地區，地域分散，輸油管網無法連片，生產原油就近處置銷售。在揚、泰、淮等3市5縣分布8個原油集輸站共18臺外輸流量計，按照GB/T 9109.1—2010《原油動態計量 一般原則》［1］，配備一臺車載式體積管（以下簡稱體積管）實施實流檢定。2015年由于一臺體積管出現四通閥故障和標準管段涂層脫落，重復性超過0.02%，且接近資產報廢。為實施流量計在線檢定，對外租賃體積管費用40萬元/年，為節省裝備投資，因此決定訂制新體積管，以滿足生產需要。

1 整體設計和加工

經過市場調研，依據符合標準、工藝先進，經濟合理、質量可靠的原則，編制了《車載式雙向體積管技術規格書》，以指導新體積管的建造和采購。

1）按照GB/T 17286.2—2016《液態烴動態測量體積計量流量計檢定系統 第2部分：體積管》［2］規定的一組檢定脈沖數不少于10 000個，置換球運行速度≤3 m/s要求；依據檢定介質為原油，最大流量＜200 m3/h，壓力＜2.5 MPa等運行參數，最終確定體積管標準管段長度為20 m，容積0.98 m3，直徑250 mm。體積管結構示意圖如圖1所示。

圖1 體積管結構示意圖

2）整體制作撬裝折疊式，尺寸符合車輛運輸要求，在聯盟莊集輸站庫房建造一個軌道式活動平臺（圖2），通過牽引裝置移動，再用吊車對體積管實施裝卸作業。雖然工作量較大，但節省了車輛配置和維護費用。

圖2 軌道式移動平臺

2 關鍵部件工藝和檢定方案選型設計

1）四通換向閥和檢測開關。換向閥是體積管的核心部件，不僅要消除閥芯換向坐標偏移和漏失，還要避免換向時產生水擊、壓降和震動。根據之前電動換向閥存在密封時間不好控制、閥芯密封圈與閥體容易擠壓損壞、換向機構復雜、出現換向停滯等問題，采用配備自鎖功能ROTORK電動執行器的將軍換向閥，確保換向準確，密封可靠。其原理是電動執行器根據換向指令，帶動燕尾狀閥芯完成提升、90°旋轉和下降3個動作，與閥芯一體的2個C型密封滑片同步完成收縮、換向和擴張動作，滑片上氟化橡膠圈在閥芯擠壓下與閥體密封，形成2個互不相通的密封腔，實現流體的換向功能。圖3為換向閥結構簡圖。

圖3 換向閥結構簡圖

通過與閥腔連通的壓力表，檢驗密封腔與閥腔的密封效果。換向停止后閥腔壓力為0，或閥腔壓力低于管網壓力且穩定時，2個密封腔密封正常，電動執行器也顯示密封到位（圖4）。檢測開關選用機械式光電轉換結構，防爆等級ExdIIBT4，配套置換器為充甘油的氯丁橡球，過盈量≤3%。

圖4 換向閥密封效果示意圖

2）標準管段加工工藝。標準管段加工及涂層質量，將影響體積管的使用壽命。根據GB/T 17286.2—2016［2］對標準管段的技術要求，選用20#鋼的無縫鋼管，內徑圓度≤1 mm，彎頭與直管采用法蘭連接，避免產生隱形焊瘤損壞置換器。內壁涂層采用粉沫燒結工藝，較之前的化學劑涂敷，不僅增強了強度、韌度、光潔度和耐摩系數，也提高了對酸堿的耐腐蝕度。

3）體積管的殘留原油掃線工藝設計。流量計檢定須在外輸狀態下實施，受油船、航道、庫存和銷售計劃等因素影響，運銷部門檢定前精心編排檢定計劃,每天須完成1個集輸站檢定,否則影響計劃實施。檢定后體積管內殘留原油迅速安全環保排放，能夠提高檢定效率。江蘇油田原油平均凝固點≥40℃，如不迅速排放，會凝結在管段內。為此，配備安裝了小型空氣壓縮機和氮氣掃線裝置，一般用壓縮空氣通過排污管線將殘油排放到污油池內。在不具備排放條件時，則用攜帶氮氣瓶將用氮氣將殘油吹掃入管網系統。

4）采用TN-S安全供電模式，PLC控制系統、溫度壓力傳感器和調節閥均采用穩定成熟產品，確保換向控制，溫度、壓力數據和脈沖信號的采集、顯示和傳輸準確可靠。

5）體積管檢定方案。根據JJG 209—2010《體積管檢定規程》［3］檢定規程，為保障首次和后續周期檢定，配備500 L標準容器、水泵等設備，和水池、管線等水電工藝配套。上述資產基本3年使用一次，使用前需投入設備維護、標準器送檢和體積管清洗等工作。經過調研協商，委托勝利油田檢測中心承擔體積管清洗、維護與檢定，該單位也是國家原油天然氣大流量計量站東營分站（以下簡稱東營分站），具有體積管檢定的資質和技術條件。蘇魯二地交通物流方便快捷，5 h內即可到達。因此，在編制技術規格書時，將工藝和電氣系統與東營分站方面檢定裝備相匹配，作為建造與驗收約定條款，2019年3月已完成了委托檢定。此舉為油田企業專業化溯源資源合作與共享，提供了一種創新與雙贏模式。

3 體積管驗收與使用

1）依據技術規格書，物資裝備部門經過招標篩選，確定技術成熟、信譽可靠的建造商中標。體積管建造期間，技術人員二次駐廠參與建造監督，確保符合技術和質量要求。

2）2018 年初，按照 GB/T 9109.3—2014《體積管安裝技術要求》［4］，組織相關專家對體積管制造質量和技術參數進行驗收，并經東營分站首次和后續檢定合格（表1），不再租賃體積管。以此編制了《車載式體積管操作維護規范》企業標準，作為體積管維護和流量計檢定操作指導性文件。

表1 體積管檢定數據

為確定體積管穩定性，于2019年9月，選擇了1臺編號為82-157的UF-Ⅱ螺旋轉子流量計，與江蘇油田和東營分站體積管進行核查比對，按照JJF 1033—2016《計量標準考核規范》［5］方法，計算擴展不確定度En。

式中：YL為江蘇油田檢定的準確度；YR為東營檢定站檢定的準確度；U為設定的不確定度。

經過核查比對擴展不確定度En=0.07，符合JJF 1033—2016 《計量標準考核規范》En＜0.7 的要求［5］（表 2）。

表2 UF-Ⅱ螺旋轉子流量計核查比對數據

4 結論

1）體積管價格高，使用周期長，是油田企業重點計量裝備，關系企業效益與信譽。在符合標準前提下，需結合現場實際，科學合理設計結構和型式、四通閥、檢測開關和標準管段等關鍵部件，要選用成熟可靠的產品與工藝，確保使用年限和質量周期達到設計要求。

2）要“因器施策”，打破小而全的傳統觀念，加強溯源資源的合作共享，避免資產重復投資和閑置。依托勝利油田體積管檢定資源和撬裝折疊式，可減少檢定配套設備和車輛投資120多萬元。

3）“揚、泰、淮、蘇、中”地區石油化工行業發達，但移動式流量校驗設備缺乏。下步將取得地方政府技術監督機構標準的考核授權，將體積管納入區域流量溯源網絡，為相關企業提供流量檢定服務。