刮板流量計檢定結(jié)果修正研究

陳文琳，王華杰，丁昭

1.新疆維吾爾自治區(qū)計量測試研究院 （新疆 烏魯木齊830011）

2.中國石油吐哈油田分公司 技術(shù)監(jiān)測中心 （新疆 鄯善838200）

0 引言

隨著經(jīng)濟全球化水平不斷發(fā)展，原油作為一種商品已經(jīng)越來越多地參與到國際貿(mào)易市場中。作為原油交接貿(mào)易中的重要環(huán)節(jié)，原油的計量交接也被大家越來越重視[1]。原油貿(mào)易交接計量的準確性，影響著供、銷、運輸?shù)榷喾降慕?jīng)濟效益。刮板流量計是常用的原油計量交接器具[2]。刮板流量計利用機械測量元件把流動的液體連續(xù)不斷地分割成單個體積部分，以計量液體總體積量，目前廣泛應(yīng)用于我國石油類產(chǎn)品的計量。刮板流量計的核心結(jié)構(gòu)組成包括上蓋、計量體、凸輪、滾子、內(nèi)殼體、轉(zhuǎn)子體、刮板、軸承、齒輪組、器差調(diào)整器（精度修正器）、計數(shù)器、表頭等。刮板流量計經(jīng)過精密加工后，上蓋、內(nèi)殼體和刮板、轉(zhuǎn)子間可形成具有精確容積的計量腔。滾珠軸承上的轉(zhuǎn)子帶著刮板轉(zhuǎn)動的過程中，會有固定體積的原油介質(zhì)排出，齒輪組會將刮板轉(zhuǎn)動的次數(shù)輸送到表頭，而表頭的計數(shù)器則根據(jù)齒輪組與體積的換算，再將轉(zhuǎn)動的次數(shù)轉(zhuǎn)換為實際測量的體積，完成對原油介質(zhì)的體積計量[3]。帶有遠傳脈沖輸出的流量計則進一步通過磁電感應(yīng)方式將機械轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換成脈沖信號，通過流量計輸出脈沖數(shù)及對應(yīng)的儀表系數(shù)，來獲取其所傳輸?shù)囊后w體積。刮板流量計具有測量準確度高、計量特性一般不受流體狀態(tài)的影響，也不受雷諾數(shù)大小的限制，軸承和刮板耐磨、防腐、防砂、穩(wěn)定性好等特性[4]。

影響刮板流量計精度的因素大致有介質(zhì)溫度[5-7]、介質(zhì)黏度、儀表振動和計量腔室磨損等[8]。當溫度越高時，黏度越小，泄漏量越大；當溫度越低時，黏度越大，泄漏量越小[9]。而計量腔室的磨損會導(dǎo)致刮板流量計的漏失量變大[10]，進而使得測量誤差產(chǎn)生“負”向變化。用體積管對刮板流量計進行在線檢定[11]，既能準確完成刮板流量計的實時檢定，同時也不會影響原油的交接計量結(jié)果，還可以降低刮板流量計在拆裝、運輸過程中存在的成本，避免可能會產(chǎn)生的破壞，將企業(yè)經(jīng)濟效益最大化[12-13]。

吐哈油田某計量站依據(jù)JJG 667—2010《液體容積式流量計檢定規(guī)程》，用體積管檢定一臺用于原油計量交接刮板流量計。由于首次檢定結(jié)果超出了流量計本身所允許的最大測量誤差，因此對流量計的示值誤差進行修正后再次檢定，比較了誤差修正前后刮板流量計測量結(jié)果的變化情況。

1 刮板流量計檢定過程

此次檢定對象是1臺美國Smith的DN200的刮板流量計，型號為LH8-S3，準確度等級為0.2級，流量范圍為73~365 m3/h，流量計儀表系數(shù)K為10 L-1。體積管檢定流量計的過程中，首先將被檢流量計與標準體積管串聯(lián)安裝，檢查設(shè)備連接情況及儀表參數(shù)設(shè)置，將流量計在大流量下運行1~5 min后再進行檢定。根據(jù)貿(mào)易交接雙方流量計實際使用情況，選擇了100、150、220 m3/h 3個檢定點，每個點檢定3次。

檢定過程中經(jīng)過刮板流量計的原油介質(zhì)會全部通過體積管，推動體積管內(nèi)的置換器沿著原油介質(zhì)流動的方向運動，觸發(fā)2個檢測開關(guān)分別發(fā)出啟、停信號。檢定過程中需要準確記錄被檢刮板流量計發(fā)出的脈沖數(shù)，此脈沖數(shù)經(jīng)換算可得到檢定過程中流過刮板流量計的流體體積QM，將該值與體積管處經(jīng)過溫度和壓力修正后的體積Qs比較，即可得到被檢流量計的示值誤差及修正系數(shù)。按要求對各檢定點依次檢定，得到各點的示值誤差及重復(fù)性。

其中，體積管處的實際體積V按式（1）計算：

式中：VS為體積管的標準容積，此處為2 012.007 9 L；D為體積管內(nèi)徑，此處為257 mm；ES為體積管材料的彈性模量，此處為2.06×1011Pa；e為體積管壁厚，此處為8 mm；PS為體積管處的液體平均表壓力，Pa；βS為體積管的膨脹系數(shù)，此處為3.3×10-5℃-1；tS為體積管處原油介質(zhì)平均溫度，℃。

將體積管處的實際體積V按照式（2）換算到流量計檢定條件下的累積流量QS：

式中：QS為被檢表處的累積流量，L；β為原油介質(zhì)膨脹系數(shù)，℃-1；k為原油介質(zhì)壓縮系數(shù)，Pa-1；tm為流量計原油介質(zhì)平均溫度，℃；Pm為流量計液體平均表壓力，Pa。

流量計處的累積流量Qm則由采集到的脈沖數(shù)N除以儀表系數(shù)K得到：

檢定后對流量計示值進行修正的系數(shù)通常稱為MF系數(shù)，其值為體積管處的標準體積與被檢流量計示值之比[14]：

流量計各檢定點各次檢定的示值誤差(Em)i按照式（5）進行計算：

根據(jù)示值誤差的檢定結(jié)果，刮板流量計各檢定點的重復(fù)性(Er)i通過極差法按照式（6）計算：

式中：[(Em)]imax為流量計第i檢定點的最大示值誤差；[(Em)i]min為流量計第i檢定點的最小示值誤差；dn為極差系數(shù)，檢定次數(shù)為3次時，極差系數(shù)為1.69。

2 刮板流量計檢定結(jié)果比較

檢定過程中，原油介質(zhì)的密度為823.3 kg/m3。檢定系統(tǒng)經(jīng)過預(yù)熱后，將流量調(diào)到規(guī)定的流量點，運行5 min，開始檢定。第1次檢定時的相關(guān)實驗參數(shù)及檢定結(jié)果見表1。

從表1可以看出，測量結(jié)果的重復(fù)性良好，不超過0.02%，且不同流量點測量結(jié)果的線性度也滿足要求。但可能刮板流量計在使用過程中由于內(nèi)部部件與流量計殼體之間的縫隙發(fā)生不同程度的改變，使漏油量增大，導(dǎo)致流量計呈現(xiàn)負誤差偏移[15]。該刮板流量計誤差超出±0.20%的范圍，需要對流量計進行誤差修正。

針對學生群體特點和個體差距，制定職業(yè)素養(yǎng)相應(yīng)的戰(zhàn)略方案和計劃，依據(jù)高職院校的生源情況，調(diào)查學生職業(yè)素養(yǎng)的程度，由此制定相應(yīng)的職業(yè)規(guī)劃。每一門課程在開設(shè)之前，制定教學計劃、課程授課標準、課本內(nèi)容選定等方面都需要做詳細的安排。

表1 流量計首次檢定相關(guān)實驗參數(shù)及檢定結(jié)果

如圖1所示，刮板流量計的轉(zhuǎn)子與器差調(diào)整器通過齒輪組形成聯(lián)動，器差調(diào)整器可將轉(zhuǎn)子的機械轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換為計數(shù)器的體積數(shù)，并進一步通過磁電信號將機械轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換成脈沖信號，發(fā)送至遠傳系統(tǒng)。當刮板流量計需要進行誤差修正時，可通過調(diào)整齒輪組的嚙合間隙來調(diào)整齒輪轉(zhuǎn)速，從而調(diào)整轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成機械數(shù)輪的體積數(shù)，實現(xiàn)流量計的示值誤差調(diào)整。

圖1 刮板流量計齒輪傳動機構(gòu)

誤差調(diào)整的過程中，通過轉(zhuǎn)動器差調(diào)整器的轉(zhuǎn)盤來手動調(diào)整誤差，Smith刮板流量計的器差調(diào)整器每格調(diào)整量大約為0.05%，轉(zhuǎn)盤上標有“＋－”，逆時針轉(zhuǎn)動器差調(diào)整器，即按照“－”的方向進行調(diào)整，可以減小齒輪嚙合間隙，增大器差調(diào)整器的轉(zhuǎn)速，從而增加流量計表頭的指示值，可以修正流量計顯示的負誤差；而順時針方向調(diào)整時結(jié)果相反。該誤差修正方法對于具備器差調(diào)整器的刮板流量計是通用的，但調(diào)整結(jié)果的準確性取決于齒輪組的加工精度，加工精度越高，每格0.05%的調(diào)整量越準確。

該流量計器差調(diào)整器每調(diào)一格，對應(yīng)的理論誤差變化為0.05%，根據(jù)示值誤差，將器差調(diào)整器逆時針調(diào)整5格，測量結(jié)果增加0.25%，則流量計示值誤差理論上接近于0。調(diào)整后再次對流量計進行檢定，檢定結(jié)果見表2。

表2 流量計檢定調(diào)整誤差后相關(guān)實驗參數(shù)及檢定結(jié)果

從檢定結(jié)果可以看出，刮板流量計經(jīng)過修正以后，誤差增大了約0.33%，與修正前預(yù)期的0.25%的誤差有一定差距，如圖2所示，說明器差調(diào)整器的實際精度修正與理論值存在差距，這是檢定人員在實際工作中需要注意的地方。流量計檢定結(jié)果的重復(fù)性反應(yīng)了流量計運行的穩(wěn)定情況以及數(shù)據(jù)的分散性，重復(fù)性越小，數(shù)據(jù)越集中，流量計運行狀態(tài)也越穩(wěn)定。從圖2可以看出，刮板流量計經(jīng)過精度修正后，數(shù)據(jù)變得比較分散，重復(fù)性明顯降低[16-17]。檢定結(jié)束后，應(yīng)及時對刮板流量計的器差調(diào)整器及相關(guān)部件加鉛封，再次檢定前不應(yīng)解封。

圖2 修正前后檢定結(jié)果的比較

3 結(jié)論與認識

為了保證原油計量交接的準確性，刮板流量計需定期進行檢定及核查，通常使用體積管對刮板流量計進行在線檢定，若檢定結(jié)果超差，需及時對刮板流量計進行誤差修正。JJG 667—2010《液體容積式流量計檢定規(guī)程》中規(guī)定，對準確度等級不低于0.5級的流量計，檢定周期為半年，其他為1年。

刮板流量計在誤差修正的過程中，應(yīng)盡量保證修正后的誤差接近于0，這樣才能最大程度地保證計量結(jié)果的公平性。同時也需要注意修正前后流量計測量誤差的重復(fù)性，以保證流量計不會因修正產(chǎn)生大的波動，以平穩(wěn)狀態(tài)運行，進一步保證測量結(jié)果的準確性。首次檢定結(jié)果顯示，刮板流量計的誤差為-0.27%，重復(fù)性為0.02%，呈現(xiàn)負誤差偏移。使用器差調(diào)整器對流量計示值誤差進行修正，預(yù)計修正值為0.25%，但實際修正值為0.33%左右，預(yù)計修正值與實際修正結(jié)果存在明顯差異。同時經(jīng)過誤差修正后，檢定結(jié)果的重復(fù)性增大至0.05%，檢測結(jié)果變得比較分散。

通過器差調(diào)整器調(diào)整刮板流量計的示值誤差，是比較傳統(tǒng)的修正方式，有關(guān)研究表明器差調(diào)整器的存在會影響刮板流量計的測量結(jié)果[17]。JJG 667—2010《液體容積式流量計檢定規(guī)程》中進一步明確了“K系數(shù)”和“流量計系數(shù)”，可以通過修正“K系數(shù)”或者“流量計系數(shù)”，來達到調(diào)整示值誤差。

從相關(guān)計算公式中可以看出修正系數(shù)與體積管材質(zhì)、標準體積管內(nèi)徑、檢定介質(zhì)相關(guān)參數(shù)、管道內(nèi)的溫度、壓力等參數(shù)有著密切的關(guān)系，這些參數(shù)或?qū)嶋H測量值的準確性會影響到刮板流量計檢定結(jié)果的準確性。此外，原油在管壁上結(jié)蠟，流量計計數(shù)部件磨損等，也會在一定程度上影響原油計量結(jié)果的準確程度。可以通過定期日常維護，比如每月一次給刮板流量計加注潤滑油、清洗過濾網(wǎng)等，來保證刮板流量計穩(wěn)定運行。此外還應(yīng)定期巡檢，保證刮板流量計的正常運轉(zhuǎn)。在做好現(xiàn)場運行維護的前提下，進一步通過定期檢定的方式，提高原油計量結(jié)果的準確性，保證企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。