劉亮，陸地

(中國石油集團(tuán)工程設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司 北京分公司，北京100085)

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交接計(jì)量儀表及體積管的標(biāo)定

劉亮，陸地

(中國石油集團(tuán)工程設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司 北京分公司，北京100085)

介紹了原油外輸計(jì)量標(biāo)定系統(tǒng)中流量計(jì)以及標(biāo)定裝置的選型，并對(duì)交接計(jì)量撬、體積管、活塞式體積管的標(biāo)定進(jìn)行了分析。針對(duì)油田產(chǎn)量高、外輸管線直徑較大的特點(diǎn)，選擇液體超聲波流量計(jì)用于貿(mào)易交接計(jì)量。在液體超聲波流量計(jì)標(biāo)定裝置的選擇上，結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際，可以考慮球式體積管或活塞式體積管進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)流標(biāo)定，需要對(duì)介質(zhì)的溫度、密度、壓力等參數(shù)進(jìn)行修訂。

液體超聲波流量計(jì) 交接計(jì)量撬 固定體積管 活塞式體積管 水標(biāo)撬

根據(jù)API規(guī)范的規(guī)定，可以用于交接計(jì)量的流量計(jì)包括：渦輪流量計(jì)、容積式流量計(jì)、質(zhì)量流量計(jì)、超聲波流量計(jì)。由于渦輪流量計(jì)、容積式流量計(jì)可動(dòng)部件較多，容易出現(xiàn)故障。海外油田可依托的工業(yè)基礎(chǔ)較差，沒有能力做到現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)保養(yǎng)更換，渦輪流量計(jì)、容積式流量計(jì)不適合海外油田交接計(jì)量。而質(zhì)量流量計(jì)的口徑無法做的太大，這就要求外輸管線要分成多列才能滿足交接計(jì)量的要求。從經(jīng)濟(jì)性角度來看，質(zhì)量流量計(jì)不適合大口徑外輸管線的交接計(jì)量。

1 交接計(jì)量撬的選擇

筆者所做的西非某項(xiàng)目，原油為高凝油，凝點(diǎn)為41℃，也就是說當(dāng)溫度低于41℃時(shí)，原油就可能凝結(jié)在管線內(nèi)，對(duì)原油外輸造成很大的困難。原油外輸管線為300km，原油通過6個(gè)加熱閥室的接力，將原油送到煉油廠。交接計(jì)量撬位于喂油泵與外輸泵之間，由于喂油泵對(duì)交接計(jì)量撬的壓損要求較高，在正常計(jì)量時(shí)壓損不得大于0.1MPa，在交接計(jì)量撬標(biāo)定時(shí)，其壓損不得大于1.6MPa。同時(shí)要考慮反輸計(jì)量，當(dāng)外輸原油質(zhì)量不合格被打回，或煉油廠的原油儲(chǔ)罐已滿，不能繼續(xù)外輸時(shí)，需要反向計(jì)量。通過對(duì)多種流量計(jì)的比選，最終選定采用液體超聲波流量計(jì)，外輸管線為DN250，外輸流量計(jì)的測(cè)量范圍為0～250m3/h。該項(xiàng)目同時(shí)采用了1套DN300的標(biāo)準(zhǔn)體積管，用于標(biāo)定液體超聲波流量計(jì)，再用4×400m3的標(biāo)定罐標(biāo)定體積管。按照API規(guī)范的規(guī)定：標(biāo)定溫度為15℃，而國內(nèi)的計(jì)量法規(guī)定：標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)定溫度為20℃。

2 交接計(jì)量撬的標(biāo)定

西非白天的溫度高達(dá)42℃，為避免過大溫差，標(biāo)定時(shí)間從24：00開始。溫度偏差可以依據(jù)API MPMS 7中的公式來修正。但依據(jù)API MPMS 7第8.4的規(guī)定：交接計(jì)量撬的標(biāo)定的溫度差不得大于0.1℃，體積管的標(biāo)定的溫度差不得大于0.05℃。

標(biāo)定計(jì)量撬的體積管可分為球式體積管和活塞式體積管。

2.1 采用球式體積管標(biāo)定計(jì)量撬

球式體積管控制器應(yīng)具有脈沖插入技術(shù)，球式體積管標(biāo)定計(jì)量撬的過程如下：

1) 首先標(biāo)定流量值為100%時(shí)的流量計(jì)的輸出，打開位于流量計(jì)與球式體積管間的手動(dòng)閥門，此時(shí)的流體通過球式體積管，將位移器推動(dòng)移位，當(dāng)位移器從初始段的檢測(cè)開關(guān)D1經(jīng)過時(shí)，開始記錄脈沖。D1為第一檢測(cè)開關(guān)，D2為第二檢測(cè)開關(guān)。

2) 當(dāng)位移器到達(dá)球式體積管末端的檢測(cè)開關(guān)D2時(shí)，計(jì)數(shù)結(jié)束，并保證上位機(jī)記錄至少1×104個(gè)脈沖。

3) 打開四通閥，在流體的流向不變的情況下，讓位移器從球式體積管末端流回到初始端，位移器觸發(fā)到D2時(shí)開始計(jì)數(shù)，當(dāng)位移器觸發(fā)到D1時(shí)，計(jì)數(shù)結(jié)束，并保證上位機(jī)記錄至少1×104個(gè)脈沖。

4) 當(dāng)100%流量標(biāo)定完后，打開流量計(jì)后的調(diào)節(jié)閥，使標(biāo)定流量計(jì)所在管線的流量值為滿量程的75%，并把備用管線上的調(diào)節(jié)閥同時(shí)開25%。重復(fù)上述過程，在位移器運(yùn)行12圈后，在每圈的重復(fù)度低于0.14%的情況下，根據(jù)API MPMS 5.8的規(guī)定，此時(shí)不確定度為0.027%。

5) 當(dāng)75%流量標(biāo)定完后，再標(biāo)定50%和25%的流量值。當(dāng)都滿足API MPMS 5.8的要求后就可以認(rèn)為標(biāo)定成功。將該標(biāo)定表所在管線的流量回復(fù)到100%流量。

6) 標(biāo)定完畢后，關(guān)閉位于流量計(jì)與球式體積管間的手動(dòng)閥門，然后用柴油清洗球式體積管，將清洗液用泵打到閉式排放罐內(nèi)。

根據(jù)筆者的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，一定要采用1套交接計(jì)量撬專用的上位機(jī)，用于控制計(jì)量時(shí)切換流程，不能將切換流程的控制交給DCS來完成，因?yàn)镈CS控制功能難以符合工程及計(jì)量撬廠家的要求。

上位機(jī)選用工控機(jī)或便攜機(jī)，具有中文操作界面及中文輸出，應(yīng)配有必需的應(yīng)用軟件。上位機(jī)應(yīng)能夠顯示計(jì)量系統(tǒng)的工藝流程圖以及標(biāo)定過程中的動(dòng)態(tài)流程，接收流量計(jì)算機(jī)采集的脈沖值，并按照用戶要求對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，計(jì)算結(jié)果以表格形式進(jìn)行打印輸出。

每次標(biāo)定完流量計(jì)后，必須清洗球式體積管，可采用柴油進(jìn)行清洗，洗后的柴油可以直接排到現(xiàn)場(chǎng)的閉式排放罐內(nèi)，然后再通過閉式排放罐打回到三相分離器內(nèi)重新分離，這樣既可節(jié)約工程費(fèi)用，又可以廢物利用，提高效益。

2.2 采用活塞式體積管標(biāo)定計(jì)量撬

采用活塞式體積管標(biāo)定具有占地面積小、檢定時(shí)間短、投資費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，在交接計(jì)量撬的標(biāo)定中得到廣泛應(yīng)用。但是根據(jù)API MPMS 5.8的規(guī)定，液體超聲波流量計(jì)不宜直接應(yīng)用活塞式體積管進(jìn)行標(biāo)定。

在交接計(jì)量撬安裝面積有限的場(chǎng)所，可以選用渦輪流量計(jì)作為主表標(biāo)定交接計(jì)量撬中的液體超聲波流量計(jì)，然后應(yīng)用活塞式體積管標(biāo)定渦輪流量計(jì)。該方案發(fā)揮了活塞式體積管標(biāo)定的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)能夠滿足API設(shè)計(jì)規(guī)范的要求，作為一種可選方案，在實(shí)際項(xiàng)目中得到了驗(yàn)證。

3 體積管檢定

體積管檢定可以采用容積法和質(zhì)量法。容積法的標(biāo)準(zhǔn)器為標(biāo)準(zhǔn)金屬量器，檢定由一套水標(biāo)定系統(tǒng)組成；質(zhì)量法的標(biāo)準(zhǔn)器為秤。該項(xiàng)目采用容積法進(jìn)行檢定，水標(biāo)定系統(tǒng)包括：二等標(biāo)準(zhǔn)金屬量器、換向器或電磁閥、水箱或水池、水泵、閥門及連接管線等。

采用容積法檢定體積管時(shí)，體積管的入口直接與水泵連接，出口與檢定裝置相連。根據(jù)體積管的標(biāo)準(zhǔn)容積選定并分配標(biāo)準(zhǔn)器，選用1臺(tái)或幾臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)器，并確定使用次數(shù)。檢定過程如下：

1) 排氣。啟動(dòng)水泵，向體積管內(nèi)注水，打開各個(gè)排氣閥，使水流經(jīng)體積管、換向器和標(biāo)準(zhǔn)器流回水池。經(jīng)過一段時(shí)間的水循環(huán)，確認(rèn)排氣閥已無氣體排出時(shí)，關(guān)閉排氣閥。

2) 在進(jìn)行水循環(huán)的過程中，測(cè)量體積管入口、出口、標(biāo)準(zhǔn)器及水池的水溫，確認(rèn)整個(gè)水循環(huán)系統(tǒng)的水溫基本達(dá)到恒定時(shí)，即可進(jìn)行檢定。

3) 用調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)流量，以確認(rèn)置換器通過檢測(cè)開關(guān)D1和D2時(shí)的流量。為保證置換器能夠以同一速度經(jīng)過D1和D2，在檢定過程中調(diào)節(jié)閥的開度應(yīng)保持一致。置換器在D1和D2間運(yùn)行時(shí)，可以適當(dāng)加大流量，流量大小應(yīng)以所用標(biāo)準(zhǔn)器能連續(xù)倒換為準(zhǔn)。

4) 初始位置時(shí)換向器將水流導(dǎo)向旁通側(cè)，啟動(dòng)置換器運(yùn)行。

5) 當(dāng)置換器按一定的流量觸發(fā)檢測(cè)開關(guān)D1時(shí)，啟動(dòng)換向器運(yùn)行，換向器將水流從旁通側(cè)切換至標(biāo)準(zhǔn)器側(cè)，開始計(jì)量。讀取體積管出口的壓力值，作為該次檢定時(shí)體積管的壓力，并讀取體積管進(jìn)、出口處的溫度。

6) 置換器在2個(gè)檢測(cè)開關(guān)間運(yùn)行時(shí)間應(yīng)小于5min，按以上程序進(jìn)行檢定，檢定次數(shù)不少于3次。

用標(biāo)準(zhǔn)水標(biāo)罐標(biāo)定體積管，應(yīng)進(jìn)行連續(xù)的標(biāo)定，只有連續(xù)5次標(biāo)定結(jié)果的重復(fù)性在0.02%的范圍內(nèi)，檢定數(shù)據(jù)才有效。

體積管檢定通常采用水作為檢定介質(zhì)，要求水質(zhì)清潔、無氣泡雜質(zhì)。檢定應(yīng)使用循環(huán)水，要求有足夠的水量，水量應(yīng)該大于體積管設(shè)計(jì)容量的2～3倍。在檢定過程中水溫應(yīng)保持穩(wěn)定，一次試驗(yàn)中，溫度變化應(yīng)小于1℃。

從被檢體積管出口到標(biāo)準(zhǔn)器間的輔助管線應(yīng)盡可能短，彎頭應(yīng)盡可能少。其容積與體積管標(biāo)準(zhǔn)容積之比應(yīng)小于10%，并要求泵的吸入口遠(yuǎn)離回水管的出口，回水管的出口應(yīng)浸入水中。在標(biāo)定前應(yīng)檢查體積管連接處的密封性，要求在檢定壓力下能持續(xù)工作10min。

4 交接計(jì)量儀表的送檢

交接計(jì)量儀表也可以送到歐洲或北美去標(biāo)定，但費(fèi)用較高。目前國際上具有檢定資格的機(jī)構(gòu)主要有以下幾個(gè)：

1) 荷蘭鹿特丹NMI有檢定裝置?？梢詷?biāo)定DN300～DN750的流量計(jì)，流量范圍：65～3×104m3/h，壓力：0.9～6.1MPa，不確定度：0.22%。

2) 德國PIGSAR有實(shí)流標(biāo)定裝置?？梢杂糜跇?biāo)定0～DN500的流量計(jì)，流量范圍：8.0～6.5×103m3/h，壓力：1.6～5.0MPa，不確定度：0.16%。

3) 美國CEESI IOWA?？梢詷?biāo)定DN100～DN900的流量計(jì)，流量范圍：10～3.398×104m3/h，壓力：0～7.2MPa，不確定度：0.23%。

4) 加拿大TCC。可以標(biāo)定DN80～DN750的流量計(jì)，流量范圍：20.0～5.5×104m3/h，壓力：0～7MPa，不確定度：0.19%。

5 結(jié)束語

交接計(jì)量撬的選擇以及標(biāo)定受多種因素的影響，在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際，選擇適合項(xiàng)目要求的解決方案。

1) 所選交接計(jì)量撬應(yīng)符合相關(guān)國際規(guī)范或所在國計(jì)量規(guī)范的要求。

2) 根據(jù)項(xiàng)目投資以及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，所選交接計(jì)量撬的標(biāo)定裝置應(yīng)符合經(jīng)濟(jì)實(shí)用、易于維護(hù)、便于標(biāo)定的要求。

3) 由于交接計(jì)量儀表在出廠前標(biāo)定時(shí)都使用水來完成，但在現(xiàn)場(chǎng)都是用實(shí)流來標(biāo)定，而原油的物性千差萬別，對(duì)流量計(jì)的標(biāo)定需要進(jìn)行各種參數(shù)的修訂，尤其是溫度、密度及壓力的修訂。

[1] 徐英華，王自和，孟濤，等.JJG 209—2010中華人民共和國國家計(jì)量檢定規(guī)程—體積管[S].北京：國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，2010.

[2] 崔驪水，朱永宏，楊有濤，等.JJG 667—2010中華人民共和國國家計(jì)量檢定規(guī)程—液體容積式流量計(jì)檢定規(guī)程[S].北京：國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，2010.

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Calibration of Custody Transfer Metering Instrument and Volume Prover

Liu Liang， Lu Di

(Beijing Branch Company, China Petroleum Engineering Co. Ltd., Beijing ,100085, China)

s：Type selection of flowmeter and calibration equipment for crude oil custody transfer metering system are introduced. The calibration for custody interfix metering skid, volume piping prover skid, compact piping prover skid is investigated. Aiming at characteristics of high output, large diameter of external pipeline, liquid ultrasonic flowmeter is recommended to be used for commercial metering. Concerning on selection of liquid ultrasonic flowmeter calibration device, spherical volume tube or piston volume tube can be used for on-site calibration with combining actual condition. The parameters of temperature, pressure and density need to be amended when carrying out actual calibration on site.

liquid ultrasonic flowmeter; custody interfix metering skid; volume piping prover skid; compact piping prover skid; water drawing skid

劉亮(1970—)，男，現(xiàn)工作于中國石油集團(tuán)工程設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司北京分公司，主要從事石化工程設(shè)計(jì)工作，任高級(jí)工程師。

TP202

B

1007-7324(2016)05-0058-03

稿件收到日期：2016-06-28，修改稿收到日期：2016-07-28。