摘要:文章介紹了一種車載式流量標(biāo)準(zhǔn)裝置，本裝置在某種情況下可替代車載式標(biāo)準(zhǔn)體積管。檢定、校準(zhǔn)現(xiàn)場各類原油腰輪流量計、橢圓齒輪流量計、刮板流量計以及雙轉(zhuǎn)子流量計等。通過配置不同規(guī)格的高精度標(biāo)準(zhǔn)表，實現(xiàn)在不同的流量范圍下，自動對被檢表光電脈沖器發(fā)出的數(shù)字信號進行數(shù)據(jù)處理，從而達到檢定、校準(zhǔn)的目的。

關(guān)鍵詞:裝置;設(shè)計;校準(zhǔn);應(yīng)用

中圖分類號:TB937文獻標(biāo)識碼:A文章編號:1006-8937(2009)14-0025-03

目前，油田原油流量計的標(biāo)定，主要采用標(biāo)準(zhǔn)體積管法進行標(biāo)定，標(biāo)準(zhǔn)體積管可分為固定式和車載式兩種。我們要談?wù)摰氖菍τ吞锔鞑捎蛷S內(nèi)部、各偏遠集輸站、點原油流量計的標(biāo)定。如何設(shè)計一套計量裝置，在一定的場合能替代車載式標(biāo)準(zhǔn)體積管，完成對現(xiàn)場流量計的標(biāo)定呢?我們研制的理由有三點，一是車載式標(biāo)準(zhǔn)體積管，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、計量精度高、且價格昂貴，每一次的維修、保養(yǎng)成本較高;二是油田安裝的流量計大多分布在各數(shù)集輸站點，地處偏遠地區(qū)，工況條件差，路途的顛簸易造成車載設(shè)備中各部件的損壞;三是現(xiàn)場個別站、點原油介質(zhì)雜質(zhì)含量較高，易造成體積管缸體的磨損，嚴重影響體積管的使用壽命。所以，鑒于此因，設(shè)計一套活動式的流量校準(zhǔn)裝置，并配置高精度的標(biāo)準(zhǔn)流量計組，采用經(jīng)上級計量部門在不同流量范圍下標(biāo)定出的流量系數(shù)值，作為標(biāo)準(zhǔn)值對被校流量計進行校準(zhǔn)，這種標(biāo)定方法也被稱作標(biāo)準(zhǔn)表法。

標(biāo)準(zhǔn)表法完全能滿足油田各采油廠內(nèi)部間，廠際間精度在0.2級以下原油流量計的標(biāo)定。在國家流量檢定系統(tǒng)表中，雖列有標(biāo)準(zhǔn)表法，但由于過去國內(nèi)高精度流量計生產(chǎn)質(zhì)量不過關(guān)，難以滿足裝置對標(biāo)準(zhǔn)表的選型要求，而現(xiàn)在國內(nèi)0.1級的標(biāo)準(zhǔn)流量計生產(chǎn)技術(shù)已經(jīng)完全能滿足裝置設(shè)計的要求，所以，設(shè)計一套車載式流量校準(zhǔn)裝置技術(shù)已經(jīng)成熟。車載式流量校準(zhǔn)裝置比起標(biāo)準(zhǔn)體積管價格要低幾十倍，且流量計在線標(biāo)定可實現(xiàn)操作全程自動化，流量校準(zhǔn)裝置量值可溯源到標(biāo)準(zhǔn)體積管。如果校準(zhǔn)裝置和標(biāo)準(zhǔn)體積管配合使用，油田流量計標(biāo)定成本必然大為降低，經(jīng)濟效益十分顯著。

1總體設(shè)計思路

標(biāo)準(zhǔn)裝置整個檢定系統(tǒng)設(shè)計符合國家JJG667-1997計量檢定規(guī)程要求，工作原理是采用容量值比較法連續(xù)測定，實現(xiàn)操作控制及標(biāo)定數(shù)據(jù)自動處理、打印。檢定時，將裝置與被檢流量計檢定管匯聯(lián)接，當(dāng)流量運行平穩(wěn)后，在同一時間間隔內(nèi)，接收標(biāo)準(zhǔn)流量計和被檢流量計輸出的數(shù)字(或模擬)信號，通過接口轉(zhuǎn)換箱對信號進行預(yù)處理后輸入計算機進行計算和比較，最后得出被檢流量計的基本誤差、重復(fù)性誤差等數(shù)值。裝置在設(shè)計上，除軟管為低壓(<2.5 MPa)外，均按6.3 MPa的耐壓強度(以下提到的高壓力均指此壓力)設(shè)計，以滿足油田最高輸油壓力(5.5 MPa)的工況條件。

裝置標(biāo)準(zhǔn)表組選擇開封儀表廠生產(chǎn)的三臺0.1級腰輪流量計，口徑分別是50 mm、100 mm、150 mm。流量范圍為10～250 m3/h，如果想增加流量范圍可選取更大口徑的流量計。其它配套設(shè)備如過濾器、底座、聯(lián)接管匯、計算機數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、JZXZ—1流量計接口箱及相應(yīng)配件等均自行設(shè)計完成。裝置整體可分為標(biāo)定部分和計算機數(shù)據(jù)采集兩部分。

1.1標(biāo)定裝置部分

整套標(biāo)定裝置全部固定在一塊底座2.3×1.7 m的加固鋼板上，便于客貨車載，組成一套車載活動式流量標(biāo)定裝置。

標(biāo)定裝置的流體方向如圖1所示:從被檢流量計來的油經(jīng)過濾器流向標(biāo)準(zhǔn)流量計，過濾器安裝在標(biāo)準(zhǔn)流量計的前管線上，用于過濾管段中油品介質(zhì)中的泥沙，雜質(zhì)等。過濾器的前后安裝有壓力表，可觀察流體經(jīng)過過濾器后管段中的壓力損耗。另外，過濾器后管段的壓力值需人工輸入計算機軟件系統(tǒng)，做工況下標(biāo)準(zhǔn)流量計的壓力補償值修正。同樣，流量計的后管段安裝有溫度計，溫度計的數(shù)值輸入計算機軟件系統(tǒng)，做工況條件下的溫度補償值修正。

流量計的出口及裝置的進口各安裝一個閥門，裝置在標(biāo)定中，該閥門開啟。流量調(diào)節(jié)在被檢流量計進口處設(shè)有旁通閥門調(diào)節(jié)流量大小，達到各流量點標(biāo)定值。該裝置中選用的腰輪流量計精度為0.1級，經(jīng)上級計量部門量值標(biāo)定，確定出在不同流量范圍下的流量系數(shù)，以保證裝置整套系統(tǒng)綜合不確定度為0.1%以下。

1.2數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)部分

計算機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)部分由一臺PC機和一臺流量接口箱構(gòu)成。

流量接口箱將采集到的標(biāo)準(zhǔn)流量計及被檢流量計輸出脈沖數(shù)字信號(或4～20 MA模擬信號、頻率信號)，通過AD 模塊轉(zhuǎn)換，將信息上傳至上位PC機，PC機系統(tǒng)自動啟動實時數(shù)據(jù)(包括實時標(biāo)定數(shù)據(jù)和定時功能)分析，計算機通過該監(jiān)控應(yīng)用程序進行標(biāo)定過程中的實時監(jiān)控，標(biāo)定數(shù)據(jù)的采集、處理、保存，查詢和打印，實現(xiàn)人機的交互功能。

流量接口箱設(shè)計為模塊式結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)采集模塊為弘格集團的“ICP”系列模塊，該系列模塊具有高可靠性、高穩(wěn)定性。裝置采用了數(shù)字量采集模塊ICP-7080、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊ICP-7520等。ICP-7080為兩通道計數(shù)器/頻率輸入模塊。ICP-7520為數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊，把模塊采集的現(xiàn)場數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為計算機可識別的數(shù)據(jù)。ICP系列是通用傳感器到計算機的便攜式接口模塊，專為惡劣環(huán)境下可靠操作而設(shè)計。它具有內(nèi)置微處理器，堅固的工業(yè)級塑料外殼，使其可以獨立提供智能信號處理、模擬量I/O、數(shù)字量I/O、RS485等通訊功能。

1.3計算計界面功能介紹

參數(shù)設(shè)定窗口:該窗口用于記錄流量計標(biāo)定時標(biāo)準(zhǔn)和被校流量計的基本信息。

1.3.1基本數(shù)據(jù)輸入窗口

①信息欄。測量信息:輸入該處流量標(biāo)定點的膨脹、壓縮系數(shù)及流量計工況下的壓力、溫度值;流量脈沖及修正系統(tǒng):修正儀表的系統(tǒng)及轉(zhuǎn)換單位;測量時間及次數(shù):流量標(biāo)定時，決定要測量的次數(shù)及每組測量時間的長短;通訊設(shè)備、通信端口、設(shè)備號:連接流量接口箱使用，該流量接口箱使用USB2.0接口，內(nèi)部使用智能模塊組成。該處用于選擇設(shè)備連接的計算機的端口，地址。②按鈕欄。保存:保存被檢流量的使用單位及型號、參數(shù)等一些基本信息;測試端口:測試流量接口箱是否正常;退出:退出當(dāng)前參數(shù)設(shè)定窗口，返回主窗體。

1.3.2流量計標(biāo)定窗口

該窗口顯示標(biāo)準(zhǔn)與被校流量的測量數(shù)據(jù)，同時對比，計算得到工況下被校流量計的累積值及被校流量計的誤差、重復(fù)性。

①信息欄。選擇流量計編號:在參數(shù)設(shè)定中輸入的流量計系統(tǒng)及自動給出一個唯一的編號。

剩余時間、測量次數(shù):狀態(tài)顯示每組的測量所剩時間及測量的次數(shù);當(dāng)前流量信息:脈沖數(shù)，累積流量、瞬時流量、流量標(biāo)定中實時顯示管段中的標(biāo)準(zhǔn)、被校流量計流量參數(shù);工況測量參數(shù):每組的溫度、壓力系統(tǒng)自動讀取并參與到流量計補償計算中;報表窗口:流量標(biāo)定的最終結(jié)果在報表中實現(xiàn)查看、打印。報表業(yè)務(wù)自動對標(biāo)定過的流量計生成校驗表、證書、基本信息等信息;系統(tǒng)標(biāo)定時默認最大三組測量，其中每組測量三次，每次測量時間的長度由窗口中輸入的時間確定(最大支持1h)。

②按鈕欄。第一至第三組:分別執(zhí)行三組不同流量點下的操作;保存:保存三組不同流量下被校流量計基本誤差、重復(fù)性及流量計系數(shù)等信息;退出:退出當(dāng)前參數(shù)設(shè)定窗口，返回上頁窗體。

1.3.3報表窗口

流量標(biāo)定的最終結(jié)果在報表業(yè)務(wù)中實現(xiàn)查看、打印、生成校驗表、證書等信息。

2裝置標(biāo)定原理

將車載標(biāo)定裝置與被檢流量計一同串接到管匯上，讓流經(jīng)被檢流量計的液體完全通過標(biāo)準(zhǔn)流量計。將標(biāo)準(zhǔn)流量計和被檢流量計表頭上的脈沖信號發(fā)訊器端口與流量接口箱連接，將信號通過接口箱傳入計算機系統(tǒng)進行處理計算。

在一定的時間間隔內(nèi)(應(yīng)設(shè)為標(biāo)定時間足夠大，以保證標(biāo)定精度)，計算機系統(tǒng)實時的采集由被校表和標(biāo)準(zhǔn)表同時發(fā)出的脈沖數(shù)，計算出相應(yīng)的累積流量，從而確定出被校表的計量誤差。

考慮在工況條件下，將標(biāo)定時的溫度、壓力值補償由人工輸入，做計算機系統(tǒng)的累積流量修正。同樣，影響流量的液體膨脹系數(shù)，壓縮系統(tǒng)等也全部考慮在內(nèi)。

基本誤差的確定，通常檢定時應(yīng)在最大流量、最大流量的40%和最小流量三點進行。每點重復(fù)測量三次。流量計各點的示值誤差按下式計算:

δ指= (Q指- Q標(biāo))×100%/ Q標(biāo)

式中:δ指—— 流量計各點的示值誤差;Q指——被檢流量計的指示值;Q標(biāo)——標(biāo)準(zhǔn)流量計測得值。

其中，Q標(biāo) 標(biāo)準(zhǔn)流量計測得值為:將標(biāo)準(zhǔn)流量計指示值換算到流量計檢定條件下的累積流量實際值，該值通過下式來計算:

Q標(biāo) = V[1+β(tM-ts)][1-k(PM-Ps)]

式中:V =Q標(biāo)指C;C——標(biāo)準(zhǔn)流量計修正系數(shù);Q標(biāo)指為標(biāo)準(zhǔn)流量計指示值;β—— 液體膨脹系數(shù);k——液體

壓縮系數(shù);tm、ts——被檢流量計和標(biāo)準(zhǔn)流量計處液體溫度值;Pm、Ps——被檢流量計和標(biāo)準(zhǔn)流量計處液體表壓值。

在其影響可以被忽略(影響量小于被檢流量計基本誤差限的1/10)的情況下式中修正因子可以簡化，即β=0，C=1。

流量計系數(shù)由下式來計算:

ξ= Q標(biāo)/ Q指

式中:ξ——流量計系數(shù)。

流量計的基本誤差按下式計算:

δ=√(δ指)MAi2 +δ2指

式中:(δ指)MAi——各檢定點各次檢定示值誤差的最大值;δ指——裝置的誤差(δ指值不超出被檢流量計基本誤差限的1/3，可忽略不計)。

根據(jù)示值誤差的檢定結(jié)果，流量計各檢定點的重復(fù)性誤差(δr)i按下式算:

(δr)i= {[(δ指)i]max-[(δ指)i]min}/dn

式中:[(δ指)i]max、[(δ指)i]min——流量計第i檢定點的最大及最小示值誤差;dn——極差法系數(shù)。

流量計的重復(fù)性誤差按下式計算:

δr = [(δ指)i]max

式中:[(δ指)i]max——流量計各檢定點重復(fù)性誤差中的最大值。

總之，活動式流量標(biāo)定裝置具有工作可靠、使用范圍廣、測量精度高、車載方便易于現(xiàn)場測量、抗干擾能力強、操作簡單方便、軟件拓展性強等特點，非常適應(yīng)于油田流量計現(xiàn)場標(biāo)定中使用。

3系統(tǒng)軟件編程

計算機軟件設(shè)計框如圖2:

本裝置數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)軟件設(shè)計采用Visual Basic 6.0設(shè)計，由于Visual Basic是一種可視化的、面向?qū)ο蠛筒捎檬录?qū)動方式的結(jié)構(gòu)化高級程序設(shè)計語言，可用于開發(fā)Windows環(huán)境下的各類應(yīng)用程序。在Visual Basic環(huán)境下，我們采用事件驅(qū)動的編程機制及新穎易用的可視化設(shè)計工具，使用Windows內(nèi)部的應(yīng)用程序接口(API)函數(shù)，以及動態(tài)鏈接庫(DLL)、數(shù)據(jù)通訊(COM)，動態(tài)數(shù)據(jù)交換(DDE)、對象的鏈接與嵌入(OLE)、開放式數(shù)據(jù)鏈接(ODBC)等先進技術(shù)，高效、快速地開發(fā)出Windows環(huán)境下功能強大、圖形界面豐富的應(yīng)用軟件系統(tǒng)。另外，系統(tǒng)軟件具有強大的數(shù)據(jù)庫功能，能夠最大限度的滿足現(xiàn)場測量數(shù)據(jù)的保存和調(diào)用打印，數(shù)據(jù)庫的備份庫則解決了由于誤操作引起的數(shù)據(jù)丟失。

系統(tǒng)軟件具有極強的可拓展性，在這里可以完成兩路數(shù)字信號，完成目前現(xiàn)場的校驗要求。如果需要增加數(shù)字信號或模擬信號的測量，在增加測量模塊的基礎(chǔ)上軟件只需要作小小的改動即可完成要求。軟件只需對程序作小許改動即可完成對其他裝置的校驗。另外，的軟件在增加控制模塊和現(xiàn)場控制裝置的基礎(chǔ)上可以完成對流量計校驗的自動調(diào)節(jié)。

4結(jié)語

活動式流量校準(zhǔn)裝置的開發(fā)成功，使油田現(xiàn)場流量計標(biāo)定(校準(zhǔn))過程更加快捷、簡便、直觀、準(zhǔn)確。尤其適用于油田內(nèi)部及廠際間的流量計標(biāo)定，最重要的是在某種程度上可替代車載式標(biāo)準(zhǔn)體積管，減少了體積管的頻繁使用，保護了車載體積管，降低了維修保養(yǎng)成本。從另一方面講，活動式流量校準(zhǔn)裝置因本身的特點決定了其維護及計量成本非常低廉，對計量部門提高經(jīng)濟效益意義非常重大?；顒邮搅髁啃?zhǔn)裝置設(shè)計上具有開創(chuàng)性、各項技術(shù)指標(biāo)顯示，已達到國內(nèi)同行業(yè)先進水平，如再經(jīng)過一定時間的具體實踐及改進，完全具備在全國各大油田推廣應(yīng)用，市場前景十分看好。

參考文獻:

[1] JJG 667-1997，腰輪流量計計量檢定規(guī)程[S].