汪楚堯

摘? ? ? 要： 液體石油物料測量分布于石油勘探、加工、運(yùn)輸、銷售過程中的各個(gè)環(huán)節(jié)，是石油化工企業(yè)成本核算、原料互供、商務(wù)結(jié)算的重要手段。在企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營過程中，通常使用各樣各式的流量計(jì)，來開展液體石油物料流量測量，進(jìn)而獲取交接數(shù)據(jù)。流量計(jì)在長時(shí)間工作負(fù)荷下，經(jīng)常會(huì)發(fā)生超差現(xiàn)象，此時(shí)就要進(jìn)行量值溯源，因?yàn)槭艿焦に嚵鞒?、環(huán)境條件、設(shè)備性能、實(shí)驗(yàn)方法不同的影響，校準(zhǔn)的結(jié)果也會(huì)存在很大差別。本文介紹了如何建立科學(xué)有效的仿實(shí)流校準(zhǔn)系統(tǒng)，來保證流量測量的準(zhǔn)確性、可靠性、穩(wěn)定性。

關(guān)? 鍵? 詞：標(biāo)準(zhǔn)器;流量;動(dòng)態(tài);靜態(tài)

中圖分類號：TQ 016.1? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A? ? ? ?文章編號： 1671-0460（2020）09-1945-04

Abstract： The measurement of liquid petroleum materials is distributed in various links in the process of petroleum exploration， processing， transportation， and sales. It is an important method for cost accounting， mutual supply of raw materials， and business settlement of petrochemical enterprises. In the production and operation of an enterprise， various types of flow meters are usually used to measure the flow of liquid petroleum materials to obtain the transfer data. Flow meters often have out-of-tolerance under long-term working load. At this time， the value traceability is necessary. Because of the different influences of process flow， environmental conditions， equipment performance， and experimental methods， the results of calibration will also have very large differences. In this article， how to establish a scientific and effective simulation flow calibration system to ensure the accuracy， reliability， and stability of flow measurement was described.

Key words： Standard; Flow; Dynamic; Static

液體石油物料實(shí)流校準(zhǔn)，是石油化工行業(yè)在測量領(lǐng)域中不可或缺的一項(xiàng)量值保障舉措。只有量值得到保障，才能憑數(shù)據(jù)指揮生產(chǎn)、監(jiān)控工藝、完成生產(chǎn)任務(wù)，實(shí)現(xiàn)經(jīng)營收益。

使用流量計(jì)對液體石油物料流量進(jìn)行測量，是當(dāng)前石油化工行業(yè)慣用做法。流量即單位時(shí)間內(nèi)過封閉管道或明渠有效截面的量，它與生產(chǎn)加工數(shù)據(jù)是否準(zhǔn)確、可靠有著密切的關(guān)系。而如何保證流量計(jì)測量值準(zhǔn)確、可靠及找尋測量值與被測真值之間的關(guān)系，則是本文主要探討的一項(xiàng)課題。

流量計(jì)是我國依法規(guī)定被列入實(shí)施強(qiáng)制管理范疇內(nèi)的計(jì)量器具，企業(yè)在使用過程中，若要保證流量計(jì)數(shù)值準(zhǔn)確可靠，就必須要依據(jù)法規(guī)技術(shù)文件支持的實(shí)驗(yàn)方法，科學(xué)合理地開展測量結(jié)果評價(jià)。校準(zhǔn)是能夠?qū)α髁坑?jì)測量結(jié)果進(jìn)行全面判定、驗(yàn)證的一種實(shí)驗(yàn)方法，校準(zhǔn)即確定由測量標(biāo)準(zhǔn)提供的量值與相應(yīng)示值之間的關(guān)系，也是國際互認(rèn)的一種必要舉措[1]。本文針對液體石油物料仿實(shí)流校準(zhǔn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)與預(yù)期效果，提出基本思路，建立了科學(xué)應(yīng)用方法。

1? 校準(zhǔn)方法比較

1.1? 動(dòng)態(tài)法

動(dòng)態(tài)法通?？梢苑譃閮深悾阂皇且詷?biāo)準(zhǔn)體積管作為主標(biāo)準(zhǔn)器的體積管法流量校準(zhǔn)法，二是以標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)作為主標(biāo)準(zhǔn)器的稱量法流量校準(zhǔn)法[2]。

1.1.1? 原理分析

以標(biāo)準(zhǔn)體積管作為主標(biāo)準(zhǔn)器的體積管法流量校準(zhǔn)法，是利用內(nèi)徑均勻的一段不銹鋼管材作為標(biāo)準(zhǔn)量器，管內(nèi)放入與實(shí)流液體共同運(yùn)行的球體或活塞，對球體或活塞在兩個(gè)檢測開關(guān)之間運(yùn)動(dòng)的時(shí)間進(jìn)行測量。因?yàn)閮蓚€(gè)檢測開關(guān)之間不銹鋼管材的容積已經(jīng)標(biāo)定，其體積為已知，所以將體積管測量值與被測流量計(jì)比較計(jì)算，得出校準(zhǔn)結(jié)果。

以標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)作為主標(biāo)準(zhǔn)器的比較法流量校準(zhǔn)法，是利用準(zhǔn)確度等級較高的流量計(jì)作為標(biāo)準(zhǔn)器與被測流量計(jì)串聯(lián)，在實(shí)流液體通過標(biāo)準(zhǔn)器與被測流量計(jì)期間，利用流量計(jì)輸出信號建立流量曲線，按照時(shí)間節(jié)點(diǎn)對流量曲線進(jìn)行切割，保證兩臺流量計(jì)的曲線在同時(shí)間段內(nèi)進(jìn)行比較，得出校準(zhǔn)結(jié)果。

1.1.2? 方法比較與選擇

將兩種動(dòng)態(tài)法的特點(diǎn)進(jìn)行比較，以此選擇適合實(shí)流校準(zhǔn)最優(yōu)的一種動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)方法。

從表1中可見，相對于標(biāo)準(zhǔn)體積管法，校準(zhǔn)流量計(jì)法在動(dòng)態(tài)法中的準(zhǔn)確度、適應(yīng)性、構(gòu)造性更優(yōu)，因此，選擇以標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)作為主標(biāo)準(zhǔn)器的比較法流量校準(zhǔn)法作為動(dòng)態(tài)法實(shí)流校準(zhǔn)。

1.2? 靜態(tài)法

靜態(tài)法通?？梢苑譃閮深悾阂皇且詷?biāo)準(zhǔn)量器作為主標(biāo)準(zhǔn)器的容積法流量校準(zhǔn)法，二是以標(biāo)準(zhǔn)秤作為主標(biāo)準(zhǔn)器的稱量法流量校準(zhǔn)方法[2]。

1.2.1? 建立原理

以標(biāo)準(zhǔn)量器作為主標(biāo)準(zhǔn)器的容積法流量校準(zhǔn)法，是將實(shí)流液體經(jīng)被測流量計(jì)后，進(jìn)入標(biāo)準(zhǔn)量器，測量在設(shè)計(jì)時(shí)間段內(nèi)流入測量流量計(jì)與標(biāo)準(zhǔn)量器的體積，將兩種測量值進(jìn)行比較，得出校準(zhǔn)結(jié)果。

以標(biāo)準(zhǔn)秤作為主標(biāo)準(zhǔn)器的稱量法流量校準(zhǔn)法，是將實(shí)流液體經(jīng)被測流量計(jì)后，進(jìn)入標(biāo)準(zhǔn)秤，測量在設(shè)計(jì)時(shí)間段內(nèi)流入測量流量計(jì)與標(biāo)準(zhǔn)秤的體積，將兩種測量值進(jìn)行比較，得出校準(zhǔn)結(jié)果。

1.2.2? 方法比較與選擇

將兩種靜態(tài)法的特點(diǎn)進(jìn)行比較，以此選擇適合實(shí)流校準(zhǔn)最優(yōu)的一種靜態(tài)校準(zhǔn)方法。

從表2中可見，相對于標(biāo)準(zhǔn)量器法，標(biāo)準(zhǔn)秤法在靜態(tài)法中的準(zhǔn)確度、適應(yīng)性、構(gòu)造性更優(yōu)，因此，選擇以標(biāo)準(zhǔn)秤作為主標(biāo)準(zhǔn)器的稱量法流量校準(zhǔn)法作為靜態(tài)法實(shí)流校準(zhǔn)。

2? 校準(zhǔn)系統(tǒng)建立

2.1? 校準(zhǔn)目標(biāo)確定

通過實(shí)流校準(zhǔn)，根據(jù)使用需要，來測試流量計(jì)量程的5%、10%、20%、25%、30%、50%、60%、70%、80%、90%、100%流量數(shù)據(jù)情況（如有生產(chǎn)特定需要，也可以指定量程的百分比）。通過改變測量條件，包括溫度（每個(gè)調(diào)整間隔為5 ℃）、壓力（每個(gè)調(diào)整間隔為0.05 MPa）、實(shí)流密度（每個(gè)調(diào)整間隔為10 kg·m-3）、兩相流體（每個(gè)調(diào)整間隔為5%的氣體、1%的固體），依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)器來校準(zhǔn)被測試流量計(jì)的誤差值、重復(fù)性、不確定度以及改變測量條件后的數(shù)據(jù)偏差值，進(jìn)而達(dá)到仿實(shí)流校準(zhǔn)目的。

2.2? 環(huán)境與特性

2.2.1? 校準(zhǔn)環(huán)境

流量系統(tǒng)在不同的環(huán)境條件下使用，會(huì)展現(xiàn)出不同的運(yùn)行特性。具體包括：氣候環(huán)境（溫度、濕度、氣壓、沙塵、雨雪、輻射源）、機(jī)械環(huán)境（振動(dòng)、沖擊、碰撞、摩擦）、干擾環(huán)境（電磁、脈沖、電源）、安全環(huán)境（防爆、防水、靜電）。在建立校準(zhǔn)系統(tǒng)的同時(shí)，應(yīng)提前做好以上各種環(huán)境的保證與控制，可控的操作環(huán)境可以用來建立流量系統(tǒng)的工況數(shù)據(jù)庫，不可控的操作環(huán)境盡可能屏蔽掉，或者保持在一個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)。

2.2.2? 流體特性

從微觀分子狀態(tài)看，實(shí)踐中流體不是均勻連續(xù)的，從物理、化學(xué)性質(zhì)看講，每種聚集狀態(tài)內(nèi)部的均勻部分為相，當(dāng)一個(gè)相內(nèi)部達(dá)到平衡時(shí)，這個(gè)相的物理、化學(xué)性質(zhì)就是均勻一致的。流體在實(shí)踐與校準(zhǔn)過程中，有可能會(huì)出現(xiàn)相變過程，如管道流體壓力過低時(shí)，容易出現(xiàn)空蝕現(xiàn)象，而由此產(chǎn)生的數(shù)據(jù)偏差是需要考慮的。

2.3? 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

仿實(shí)流校準(zhǔn)系統(tǒng)總體由以下幾部分構(gòu)成：實(shí)流源（液態(tài)石油物料、機(jī)泵、貯存池、穩(wěn)壓容器、變頻調(diào)節(jié)等設(shè)備組成）、數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)（由工業(yè)控制微機(jī)、數(shù)據(jù)采集與過程控制站、輸出等設(shè)備組成）、標(biāo)準(zhǔn)器（標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)秤）、試驗(yàn)管道及流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)（變頻調(diào)整系統(tǒng)、穩(wěn)壓容器、消氣過濾器等設(shè)備組成）。校準(zhǔn)原理為靜態(tài)稱重法+動(dòng)態(tài)標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)法。

2.3.1? 工藝管徑分布

校準(zhǔn)系統(tǒng)的流量跨度較大，為了保證因地制宜地對不同區(qū)間的流量進(jìn)行科學(xué)合理的校準(zhǔn)，考慮操作實(shí)際情況，該校準(zhǔn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)了9 條工藝管徑不同的校準(zhǔn)線路，這樣可以保證在校準(zhǔn)系統(tǒng)量程范圍內(nèi)，完成每個(gè)區(qū)間的流量校準(zhǔn)工作任務(wù)。

2.3.2? 技術(shù)指標(biāo)

1） 標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)準(zhǔn)確度等級為0.05/0.1。

2） 標(biāo)準(zhǔn)秤擴(kuò)展不確定度0.02%（k=2），檢定分度值優(yōu)于1/6 000。

3） 壓力變送器測量準(zhǔn)確度等級0.05%，測量范圍0～1.0 MPa。

4） 溫度變送器測量準(zhǔn)確度等級為0.1級，測量范圍0～50 ℃。

5） 計(jì)時(shí)器的晶振采用溫被晶振，其8 h的晶振穩(wěn)定度≤1×10-6。計(jì)時(shí)器最小讀數(shù)優(yōu)于0.000 1 s（液體流入稱重容器的時(shí)間通常用內(nèi)部帶有一個(gè)石英晶體電子計(jì)數(shù)器來測量，計(jì)時(shí)器應(yīng)由換向器本身的運(yùn)動(dòng)通過固定在換向器上的開關(guān)來驅(qū)動(dòng)[3]）。

6） 系統(tǒng)壓力波動(dòng)≤0.2%。

7） 流體穩(wěn)定性：0.2%。

8） 換向時(shí)間差≤10 ms（系統(tǒng)換向器的正反行程差可以通過自身附帶的光電檢出裝置自動(dòng)測出，便于測試者校準(zhǔn)換向器的正反行程差，同時(shí)也考慮在需要高精度計(jì)量時(shí)，精確測量出換入和換出的時(shí)間差，補(bǔ)償因換向器的換入和換出時(shí)間差帶來的附加誤差）。

9） 校準(zhǔn)量程0～1 500 m?·h-1。

10） 校準(zhǔn)系統(tǒng)總不確定度：動(dòng)態(tài)法系統(tǒng)擴(kuò)展不確定度（k=2）， 0.3%;靜態(tài)法系統(tǒng)擴(kuò)展不確定度（k=2），0.05%（動(dòng)態(tài)法與靜態(tài)法校準(zhǔn)系統(tǒng)不確定度的高低取決于所使用標(biāo)準(zhǔn)器的準(zhǔn)確度等級，這是由標(biāo)準(zhǔn)器特性所決定的）。

2.3.3? 校準(zhǔn)能力

可開展校準(zhǔn)的流量計(jì)包括（DN15至DN300之間）：質(zhì)量流量計(jì)、渦輪流量計(jì)、渦街流量計(jì)、超聲流量計(jì)、電磁流量計(jì)、差壓式流量計(jì)、冷水水表等。通訊信號包括：脈沖信號、電流信號、電壓信號、頻率、數(shù)字通訊。校準(zhǔn)參數(shù)主要包括流量計(jì)MF系數(shù)、K系數(shù)等[4]。

2.3.4? 實(shí)流校準(zhǔn)

企業(yè)測量的最終目的，是為了得到被測量液體石油物料的實(shí)際流量，待校流量計(jì)與標(biāo)準(zhǔn)器處于實(shí)流下的同等使用條件進(jìn)行校準(zhǔn)，避免了因油品的溫度、黏度、壓力等差異而造成的誤差[5]。

2.3.5? 控制方式

控制系統(tǒng)以工業(yè)計(jì)算機(jī)進(jìn)行人機(jī)對話控制，完成對現(xiàn)場泵、變頻器、閥門、標(biāo)準(zhǔn)器等設(shè)備的實(shí)時(shí)控制、數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)程操作等功能，實(shí)現(xiàn)控制和數(shù)據(jù)處理的自動(dòng)化。系統(tǒng)校準(zhǔn)控制與動(dòng)力控制獨(dú)立，在校準(zhǔn)界面設(shè)有緊急停車鍵，保證設(shè)備及人員安全。

3? 實(shí)踐應(yīng)用

3.1? 以標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)作為主標(biāo)準(zhǔn)器的比較法應(yīng)用

液體石油物料在油輪裝卸、不間斷式管線輸送過程中，長時(shí)間的高強(qiáng)度、高負(fù)荷運(yùn)行加上工藝環(huán)境改變，流量測量難免會(huì)出現(xiàn)偏差，這時(shí)如果采用傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)秤法，標(biāo)準(zhǔn)秤無法滿足長時(shí)間大流量累積值的測量，主要缺點(diǎn)是稱量容器與標(biāo)準(zhǔn)秤的量程是在校準(zhǔn)系統(tǒng)建設(shè)初期確定的，一旦投入使用，累積量程會(huì)受容器裝載限制，無法超限使用。因此，推薦使用標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)法，主要優(yōu)點(diǎn)是，標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)在對待校流量計(jì)進(jìn)行校準(zhǔn)時(shí)，管道液體實(shí)流不需要停止，且不需要進(jìn)入固定容器進(jìn)行稱量，而是與工藝流程同步運(yùn)行，校準(zhǔn)時(shí)效性較為靈活，周期也較長，可以根據(jù)校準(zhǔn)時(shí)間，最大限度對流量計(jì)的各類參數(shù)進(jìn)行測量、分析、校對、調(diào)試。

3.2? 以標(biāo)準(zhǔn)秤作為主標(biāo)準(zhǔn)器的稱量法應(yīng)用

液體石油物料在汽槽裝卸、火槽裝卸、間歇式管線輸送時(shí)，推薦采用標(biāo)準(zhǔn)秤法進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)。主要優(yōu)點(diǎn)是，流量常用值（0～1 500 m-3·h-1）均在傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)秤法（DN15-300）設(shè)計(jì)量程內(nèi)，可以滿足日常小容量裝載各測量區(qū)間需求。其次，準(zhǔn)確度等級相對標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)法要更高（動(dòng)態(tài)法系統(tǒng)擴(kuò)展不確定度k=2， 0.3%;靜態(tài)法系統(tǒng)擴(kuò)展不確定度k=2，0.05%。），因此在商務(wù)交接使用時(shí)，優(yōu)勢更為明顯，既能夠最大限度提升計(jì)量準(zhǔn)確度，保證效益不流失，又滿足客戶足量需求。當(dāng)然，標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)法也可以應(yīng)用于此類校準(zhǔn)，只是相對于標(biāo)準(zhǔn)秤法而言，準(zhǔn)確度等級相對要低，校準(zhǔn)結(jié)果不如前者更加理想。

3.3? 兩種方法相結(jié)合應(yīng)用

隨著信息化時(shí)代的到來，大多數(shù)石油化工企業(yè)在對液體石油物料的流量測量管理上給予高度期望，對大數(shù)據(jù)化、時(shí)效化、高標(biāo)準(zhǔn)化的需求越來越強(qiáng)烈，相對于使用傳統(tǒng)、單一的校準(zhǔn)方式已經(jīng)無法勝任日益苛刻的校準(zhǔn)任務(wù)及工作需要。在這類企業(yè)中，既有港口貿(mào)易的大流量校準(zhǔn)需求，又有零付散裝的小流量校準(zhǔn)需求，更有多種工藝狀態(tài)流量測量分析需求。因此，本文以校準(zhǔn)系統(tǒng)之間的優(yōu)勢互補(bǔ)、相互比對、計(jì)量監(jiān)督為出發(fā)點(diǎn)，將以標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)作為主標(biāo)準(zhǔn)器的比較法與以標(biāo)準(zhǔn)秤作為主標(biāo)準(zhǔn)器的稱量法，進(jìn)行組合處理，來建立液體石油物料仿實(shí)流校準(zhǔn)系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)多工況、多任務(wù)、高標(biāo)準(zhǔn)的校準(zhǔn)工作目標(biāo)。

4? 結(jié)束語

國際計(jì)量組織提出校準(zhǔn)流量系統(tǒng)的準(zhǔn)確度應(yīng)比待校流量計(jì)的準(zhǔn)確度高5倍以上，即應(yīng)優(yōu)于被校流量計(jì)基本誤差的1/5。我國計(jì)量組織提出流量標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)的準(zhǔn)確度應(yīng)比待校流量計(jì)的準(zhǔn)確度高3倍以上，即系統(tǒng)的質(zhì)量流量擴(kuò)展不確定度應(yīng)不大于流量計(jì)最大允許誤差值的1/3[6]。通過大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)證明，這些流量設(shè)施按照誤差傳遞公式認(rèn)定對校準(zhǔn)后流量計(jì)示值影響程度較小。目前國內(nèi)石油化工企業(yè)在對液體石油物料進(jìn)行仿實(shí)流校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)時(shí)，正如本文開篇所提到的校準(zhǔn)方法，這4種方法均滿足實(shí)驗(yàn)理論要求，但是基于各種校準(zhǔn)方法之間的優(yōu)缺比較與實(shí)踐研究，可以篩選出準(zhǔn)確性、適應(yīng)性、時(shí)效性最優(yōu)的校準(zhǔn)方法，并可以通過組合系統(tǒng)建標(biāo)的方式，來提升企業(yè)校準(zhǔn)管理的工作標(biāo)準(zhǔn)。

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