楊小燕

摘 要：本文分析了體積管檢定流量計(jì)的原理和檢定過程中的干擾因素及其產(chǎn)生的計(jì)量誤差，針對存在的問題，將體積管標(biāo)準(zhǔn)裝置升級改造為靜態(tài)質(zhì)量法液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置，并分析該套改造裝置的優(yōu)勢。

關(guān)鍵詞：體積管；檢定誤差；靜態(tài)質(zhì)量法液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置

中圖分類號：TH814 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-5168（2018）16-0051-02

Reconstruction and Analysis of the Measurement

System for Volume Tube of Flowmeter

YANG Xiaoyan

Abstract： This paper analyzed the principle of the volume tube verification flowmeter， the interference factors and the measurement errors in the verification process. In view of the existing problems， the standard device of the volume tube was upgraded to a static mass flow standard device， and the advantages of the set were analyzed.

Keywords： pipe prover ；testing error；static state to measure the liquid consumption meter

體積管作為準(zhǔn)確度較高的流量校驗(yàn)基準(zhǔn)器，是中國石化每個企業(yè)必備的標(biāo)準(zhǔn)裝置，多數(shù)用于原油流量計(jì)的在線檢定。中國石油化工股份有限公司洛陽分公司（以下簡稱“中國石化洛陽分公司”）原油體積管標(biāo)準(zhǔn)裝置建于1996年，是公司流量計(jì)檢定的最高計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)，準(zhǔn)確度等級為0.05級。

體積管是準(zhǔn)確度等級較高的流量校驗(yàn)基準(zhǔn)器，若體積管失準(zhǔn)，則會通過量值傳遞影響流量計(jì)的準(zhǔn)確性。因此，筆者從體積管的原理及構(gòu)造對該類型標(biāo)準(zhǔn)裝的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析。

1 標(biāo)定體積管與體積管檢定流量計(jì)

體積管主要由管體、標(biāo)準(zhǔn)容積段、置換器、檢測開關(guān)、閥和密封轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)及控制系統(tǒng)等組成。體積管管體內(nèi)表面要具有良好的耐磨、耐油和耐腐蝕性。標(biāo)準(zhǔn)容積段的管件和彎頭要求是圓截面的、等直徑的、光滑的，管段連接部分應(yīng)同心、平滑無臺階，所有焊接處平整光潔。

1.1 體積管檢定流量計(jì)的基本原理

當(dāng)流體穩(wěn)定地流經(jīng)體積管和被檢流量計(jì)時(shí)，置換器（彈性球）在管內(nèi)被液體推動，觸發(fā)起始和終止檢測開關(guān)，記錄被檢流量計(jì)此時(shí)的脈沖數(shù)。對置換器置換出2個檢測開關(guān)之間的流體體積和流量計(jì)脈沖數(shù)所對應(yīng)的體積進(jìn)行比較，確定流量計(jì)的系數(shù)，進(jìn)而確定流量計(jì)的示值誤差。

1.2 標(biāo)定體積管程序

①初始位置為轉(zhuǎn)向器將水流導(dǎo)向旁通側(cè)，啟動置換器；②當(dāng)置換器按一定的流量觸發(fā)檢測開關(guān)1時(shí)，啟動轉(zhuǎn)向器將水流從旁通測切換至標(biāo)準(zhǔn)量器側(cè)，開始計(jì)量，同時(shí)讀取體積管進(jìn)出口平均溫度；③置換器在兩個檢測開關(guān)之間運(yùn)行時(shí)間不小于5min，減少換向造成的誤差；④以穩(wěn)定的流量觸發(fā)檢測開關(guān)2，同時(shí)將水流換至旁通側(cè)，完成一次檢定；⑤以上檢定程序連續(xù)進(jìn)行，檢定次數(shù)不少于3次[1]。通過標(biāo)準(zhǔn)量器來標(biāo)定體積管的標(biāo)準(zhǔn)容積。從以上步驟可看出，體積管的標(biāo)定是以一固定流量來進(jìn)行的。

2 體積管檢定的誤差分析

2.1 檢測開關(guān)對標(biāo)準(zhǔn)體積管基準(zhǔn)容積的影響

檢測開關(guān)安裝在標(biāo)準(zhǔn)管的進(jìn)口及出口，需具備足夠的發(fā)訊靈敏度和可靠性才能控制電子脈沖計(jì)數(shù)器，因此，檢測開關(guān)的靈敏度及分辨力對標(biāo)準(zhǔn)體積管的準(zhǔn)確度具有直接影響。

2.2 流量大小對標(biāo)定體積管的影響

標(biāo)定體積管時(shí)是在一個固定的流量點(diǎn)下進(jìn)行的。而體積管檢定流量計(jì)則根據(jù)流量計(jì)的測量范圍，在多個流量點(diǎn)下進(jìn)行檢定。體積管在自身材料（不銹鋼或碳鋼）、流量、溫度及壓力的影響下，材料的膨脹系數(shù)較小，在靜止?fàn)顟B(tài)下標(biāo)準(zhǔn)體積的變化可忽略不計(jì)。但是，標(biāo)準(zhǔn)體積的測量涉及密封，是一個動態(tài)的過程，無法保證不同流量下置換器的泄露率完全一樣，且在不同流量下，置換器運(yùn)行速度不同，觸發(fā)檢測開關(guān)也速度不同。在相同體積下，在大流量下，檢定時(shí)間短，換向時(shí)間與檢定時(shí)間的比值較大，由此導(dǎo)致不確定度增大。

2.3 置換器對檢定過程的影響

置換器在標(biāo)準(zhǔn)體積管工作過程中起到置換、發(fā)訊、密封和清管的作用，必須始終和體積管壁保持良好的密封狀態(tài)。若密封出現(xiàn)泄漏，當(dāng)檢定單行程時(shí)，體積管內(nèi)的部分液體會在置換器碰觸檢測開關(guān)前滑過置換器，被檢定的流量計(jì)反而會修正標(biāo)準(zhǔn)管的體積。因此，要求置換器的直徑比體積管內(nèi)徑大2%～4%，不圓度不得超過1mm，并在工作條件下保持良好的機(jī)械性能。

2.4 溫度對檢定數(shù)據(jù)的影響

在原油計(jì)量交接過程中，溫度（包括室溫和油溫）時(shí)常變化，直接影響體積管內(nèi)壁的結(jié)蠟量及原油的黏度，使流量計(jì)系數(shù)發(fā)生變化。油溫的變化會影響流量計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)體積管內(nèi)壁結(jié)蠟量，從而改變流量計(jì)系數(shù)。在油溫一定的情況下，體積管的壁溫隨著室溫同時(shí)升高，室溫升高時(shí)，結(jié)蠟量減小，流量計(jì)系數(shù)減??；體積管的壁溫隨著室溫同時(shí)降低，室溫降低時(shí)，結(jié)蠟量增加，流量計(jì)系數(shù)增大。

3 流量計(jì)檢定比對系統(tǒng)升級改造

體積管標(biāo)準(zhǔn)裝置在計(jì)量特性方面具有準(zhǔn)確度等級高、重復(fù)性好、操作方便和效率高等特點(diǎn)。但上述4個方面也會對體積管檢定數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性產(chǎn)生一定影響。加之分公司體積管的使用年限已達(dá)21年，體積管管體、液壓系統(tǒng)已嚴(yán)重老化。因此，分公司決定在原有設(shè)備基礎(chǔ)上對流量計(jì)檢定比對系統(tǒng)進(jìn)行升級改造，將體積管標(biāo)準(zhǔn)裝置改造為靜態(tài)質(zhì)量法液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置。

3.1 靜態(tài)質(zhì)量法液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置

靜態(tài)質(zhì)量法是在靜止?fàn)顟B(tài)下，稱量一段時(shí)間內(nèi)容器中的液體質(zhì)量，從而計(jì)算出流量。分公司在現(xiàn)有計(jì)量站廠房內(nèi)的合適位置設(shè)置該套標(biāo)準(zhǔn)裝置，其主要包含電子秤、稱量罐、換向器、緩沖水槽、放水閥和落水管等。

3.1.1 靜態(tài)質(zhì)量法液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置運(yùn)轉(zhuǎn)方式。整套裝置中的介質(zhì)為新鮮水。檢定流量計(jì)時(shí)，整套設(shè)備內(nèi)的介質(zhì)通過泵從計(jì)量站南側(cè)罐內(nèi)抽出，介質(zhì)通過換向器從落水管流入稱重罐內(nèi)，稱重結(jié)束后，換向閥關(guān)閉，新鮮水進(jìn)入原來的循環(huán)系統(tǒng)。稱重罐內(nèi)的水經(jīng)過罐底部的球閥進(jìn)入緩沖水槽內(nèi)，經(jīng)DN150管道進(jìn)入壓送罐，由凈化風(fēng)送至水罐，循環(huán)使用。

3.1.2 標(biāo)定靜態(tài)質(zhì)量法液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置。根據(jù)《質(zhì)量法液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置檢定規(guī)程》（JJG 164—2000）[2]之5.2.5衡器檢定規(guī)定，在使用量限范圍內(nèi)至少取10個均勻分布點(diǎn)（[j=1，2，…m，m10]）。用標(biāo)準(zhǔn)砝碼從[j=1]逐步加載到[j=m]，完成第一次檢定；再從[j=m]逐步卸載到[j=1]，完成第二次檢定。分別記錄各點(diǎn)的加載質(zhì)量、卸載質(zhì)量和衡器讀數(shù)。重復(fù)進(jìn)行n（n≥10）次檢定。由此得出，標(biāo)定衡器是在其測量范圍內(nèi)不同點(diǎn)進(jìn)行的。使用靜態(tài)質(zhì)量法液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置檢定流量計(jì)時(shí)，在靜止?fàn)顟B(tài)下，在衡器的稱量范圍以內(nèi)，可以針對流量計(jì)的不同流量進(jìn)行多次檢定。

3.2 兩套檢定裝置比較分析

兩套裝置準(zhǔn)裝置的準(zhǔn)確度一般都可達(dá)到0.05%。都可以檢定介質(zhì)為水、油的流量計(jì)。但是，從上述標(biāo)定的過程可以看出，標(biāo)定體積管是在某一流量點(diǎn)下進(jìn)行的，標(biāo)定液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置是在不同質(zhì)量點(diǎn)下進(jìn)行。而檢定流量計(jì)則需要在流量范圍內(nèi)選擇不同的流量點(diǎn)進(jìn)行。因此，液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置會更接近流量計(jì)實(shí)際情況。

3.3 改造升級后的優(yōu)點(diǎn)

①分公司內(nèi)部現(xiàn)使用的質(zhì)量流量計(jì)（A、B級）為380臺，約占總流量計(jì)37%，使用靜態(tài)質(zhì)量法流量檢定系統(tǒng)則能夠直接得出質(zhì)量流量，大大提高了檢定工作效率。

②此前大部分質(zhì)量流量計(jì)，檢定費(fèi)用高，且檢定周期較長，對裝置流量計(jì)的正常使用有較大影響?，F(xiàn)升級改造后，可在分公司內(nèi)部每年進(jìn)行約300臺質(zhì)量流量計(jì)的檢定及數(shù)據(jù)校準(zhǔn)，年節(jié)省檢定費(fèi)用約50萬元，且大大縮短流量計(jì)外送檢定周期。

③靜態(tài)質(zhì)量法液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置自身準(zhǔn)確度較高，運(yùn)行穩(wěn)定性較好，與體積管標(biāo)準(zhǔn)裝置相比，不存在檢測開關(guān)靈敏度低、分辨能力弱，置換器變形，體積管內(nèi)壁因結(jié)蠟、腐蝕、磨損因素導(dǎo)致標(biāo)準(zhǔn)容積改變等諸多不穩(wěn)定因素。

④靜態(tài)質(zhì)量法液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置，還可以對電磁流量計(jì)、渦街流量計(jì)等速度式流量計(jì)進(jìn)行檢定比對。

4 結(jié)語

此套標(biāo)準(zhǔn)裝置改造完成后準(zhǔn)確度等級達(dá)到0.05，在廠內(nèi)進(jìn)行B級、C級流量計(jì)的檢定、校準(zhǔn)及期間核查的資質(zhì)。分公司在今后的計(jì)量檢定工作中將不斷提高流量計(jì)的檢定質(zhì)量，憑數(shù)據(jù)指揮生產(chǎn)，監(jiān)控工藝，檢驗(yàn)成品，為管理和決策提供有力可靠的計(jì)量依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]中華人民共和國石油工業(yè)部.原油動態(tài)計(jì)量用標(biāo)準(zhǔn)體積管檢定容積式流量計(jì)的操作規(guī)程：GB 9109.4—1988[S].北京：中國保準(zhǔn)出版社，1988.

[2]中國計(jì)量科學(xué)研究院.液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置檢定規(guī)程：JJG 164—2000[S].北京：中國保準(zhǔn)出版社，2000.