陳文琳，王華杰，丁昭

1.新疆維吾爾自治區(qū)計(jì)量測(cè)試研究院 （新疆 烏魯木齊830011）

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

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)全球化水平不斷發(fā)展，原油作為一種商品已經(jīng)越來(lái)越多地參與到國(guó)際貿(mào)易市場(chǎng)中。作為原油交接貿(mào)易中的重要環(huán)節(jié)，原油的計(jì)量交接也被大家越來(lái)越重視[1]。原油貿(mào)易交接計(jì)量的準(zhǔn)確性，影響著供、銷、運(yùn)輸?shù)榷喾降慕?jīng)濟(jì)效益。刮板流量計(jì)是常用的原油計(jì)量交接器具[2]。刮板流量計(jì)利用機(jī)械測(cè)量元件把流動(dòng)的液體連續(xù)不斷地分割成單個(gè)體積部分，以計(jì)量液體總體積量，目前廣泛應(yīng)用于我國(guó)石油類產(chǎn)品的計(jì)量。刮板流量計(jì)的核心結(jié)構(gòu)組成包括上蓋、計(jì)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(jì)數(shù)器、表頭等。刮板流量計(jì)經(jīng)過(guò)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(jì)量腔。滾珠軸承上的轉(zhuǎn)子帶著刮板轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中，會(huì)有固定體積的原油介質(zhì)排出，齒輪組會(huì)將刮板轉(zhuǎn)動(dòng)的次數(shù)輸送到表頭，而表頭的計(jì)數(shù)器則根據(jù)齒輪組與體積的換算，再將轉(zhuǎn)動(dòng)的次數(shù)轉(zhuǎn)換為實(shí)際測(cè)量的體積，完成對(duì)原油介質(zhì)的體積計(jì)量[3]。帶有遠(yuǎn)傳脈沖輸出的流量計(jì)則進(jìn)一步通過(guò)磁電感應(yīng)方式將機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成脈沖信號(hào)，通過(guò)流量計(jì)輸出脈沖數(shù)及對(duì)應(yīng)的儀表系數(shù)，來(lái)獲取其所傳輸?shù)囊后w體積。刮板流量計(jì)具有測(cè)量準(zhǔn)確度高、計(jì)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(jì)精度的因素大致有介質(zhì)溫度[5-7]、介質(zhì)黏度、儀表振動(dòng)和計(jì)量腔室磨損等[8]。當(dāng)溫度越高時(shí)，黏度越小，泄漏量越大；當(dāng)溫度越低時(shí)，黏度越大，泄漏量越小[9]。而計(jì)量腔室的磨損會(huì)導(dǎo)致刮板流量計(jì)的漏失量變大[10]，進(jìn)而使得測(cè)量誤差產(chǎn)生“負(fù)”向變化。用體積管對(duì)刮板流量計(jì)進(jìn)行在線檢定[11]，既能準(zhǔn)確完成刮板流量計(jì)的實(shí)時(shí)檢定，同時(shí)也不會(huì)影響原油的交接計(jì)量結(jié)果，還可以降低刮板流量計(jì)在拆裝、運(yùn)輸過(guò)程中存在的成本，避免可能會(huì)產(chǎn)生的破壞，將企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益最大化[12-13]。

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

1 刮板流量計(jì)檢定過(guò)程

此次檢定對(duì)象是1臺(tái)美國(guó)Smith的DN200的刮板流量計(jì)，型號(hào)為L(zhǎng)H8-S3，準(zhǔn)確度等級(jí)為0.2級(jí)，流量范圍為73~365 m3/h，流量計(jì)儀表系數(shù)K為10 L-1。體積管檢定流量計(jì)的過(guò)程中，首先將被檢流量計(jì)與標(biāo)準(zhǔn)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(jì)在大流量下運(yùn)行1~5 min后再進(jìn)行檢定。根據(jù)貿(mào)易交接雙方流量計(jì)實(shí)際使用情況，選擇了100、150、220 m3/h 3個(gè)檢定點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)檢定3次。

檢定過(guò)程中經(jīng)過(guò)刮板流量計(jì)的原油介質(zhì)會(huì)全部通過(guò)體積管，推動(dòng)體積管內(nèi)的置換器沿著原油介質(zhì)流動(dòng)的方向運(yùn)動(dòng)，觸發(fā)2個(gè)檢測(cè)開(kāi)關(guān)分別發(fā)出啟、停信號(hào)。檢定過(guò)程中需要準(zhǔn)確記錄被檢刮板流量計(jì)發(fā)出的脈沖數(shù)，此脈沖數(shù)經(jīng)換算可得到檢定過(guò)程中流過(guò)刮板流量計(jì)的流體體積QM，將該值與體積管處經(jīng)過(guò)溫度和壓力修正后的體積Qs比較，即可得到被檢流量計(jì)的示值誤差及修正系數(shù)。按要求對(duì)各檢定點(diǎn)依次檢定，得到各點(diǎn)的示值誤差及重復(fù)性。

其中，體積管處的實(shí)際體積V按式（1）計(jì)算：

式中：VS為體積管的標(biāo)準(zhǔn)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(shí)際體積V按照式（2）換算到流量計(jì)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(jì)原油介質(zhì)平均溫度，℃；Pm為流量計(jì)液體平均表壓力，Pa。

流量計(jì)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(duì)流量計(jì)示值進(jìn)行修正的系數(shù)通常稱為MF系數(shù)，其值為體積管處的標(biāo)準(zhǔn)體積與被檢流量計(jì)示值之比[14]：

流量計(jì)各檢定點(diǎn)各次檢定的示值誤差(Em)i按照式（5）進(jìn)行計(jì)算：

根據(jù)示值誤差的檢定結(jié)果，刮板流量計(jì)各檢定點(diǎn)的重復(fù)性(Er)i通過(guò)極差法按照式（6）計(jì)算：

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

2 刮板流量計(jì)檢定結(jié)果比較

檢定過(guò)程中，原油介質(zhì)的密度為823.3 kg/m3。檢定系統(tǒng)經(jīng)過(guò)預(yù)熱后，將流量調(diào)到規(guī)定的流量點(diǎn)，運(yùn)行5 min，開(kāi)始檢定。第1次檢定時(shí)的相關(guān)實(shí)驗(yàn)參數(shù)及檢定結(jié)果見(jiàn)表1。

從表1可以看出，測(cè)量結(jié)果的重復(fù)性良好，不超過(guò)0.02%，且不同流量點(diǎn)測(cè)量結(jié)果的線性度也滿足要求。但可能刮板流量計(jì)在使用過(guò)程中由于內(nèi)部部件與流量計(jì)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(jì)呈現(xiàn)負(fù)誤差偏移[15]。該刮板流量計(jì)誤差超出±0.20%的范圍，需要對(duì)流量計(jì)進(jìn)行誤差修正。

針對(duì)學(xué)生群體特點(diǎn)和個(gè)體差距，制定職業(yè)素養(yǎng)相應(yīng)的戰(zhàn)略方案和計(jì)劃，依據(jù)高職院校的生源情況，調(diào)查學(xué)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(mén)課程在開(kāi)設(shè)之前，制定教學(xué)計(jì)劃、課程授課標(biāo)準(zhǔn)、課本內(nèi)容選定等方面都需要做詳細(xì)的安排。

表1 流量計(jì)首次檢定相關(guān)實(shí)驗(yàn)參數(shù)及檢定結(jié)果

如圖1所示，刮板流量計(jì)的轉(zhuǎn)子與器差調(diào)整器通過(guò)齒輪組形成聯(lián)動(dòng)，器差調(diào)整器可將轉(zhuǎn)子的機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為計(jì)數(shù)器的體積數(shù)，并進(jìn)一步通過(guò)磁電信號(hào)將機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成脈沖信號(hào)，發(fā)送至遠(yuǎn)傳系統(tǒng)。當(dāng)刮板流量計(jì)需要進(jìn)行誤差修正時(shí)，可通過(guò)調(diào)整齒輪組的嚙合間隙來(lái)調(diào)整齒輪轉(zhuǎn)速，從而調(diào)整轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成機(jī)械數(shù)輪的體積數(shù)，實(shí)現(xiàn)流量計(jì)的示值誤差調(diào)整。

圖1 刮板流量計(jì)齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)

誤差調(diào)整的過(guò)程中，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)器差調(diào)整器的轉(zhuǎn)盤(pán)來(lái)手動(dòng)調(diào)整誤差，Smith刮板流量計(jì)的器差調(diào)整器每格調(diào)整量大約為0.05%，轉(zhuǎn)盤(pán)上標(biāo)有“＋－”，逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)器差調(diào)整器，即按照“－”的方向進(jìn)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(jì)表頭的指示值，可以修正流量計(jì)顯示的負(fù)誤差；而順時(shí)針?lè)较蛘{(diào)整時(shí)結(jié)果相反。該誤差修正方法對(duì)于具備器差調(diào)整器的刮板流量計(jì)是通用的，但調(diào)整結(jié)果的準(zhǔn)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(zhǔn)確。

該流量計(jì)器差調(diào)整器每調(diào)一格，對(duì)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(shí)針調(diào)整5格，測(cè)量結(jié)果增加0.25%，則流量計(jì)示值誤差理論上接近于0。調(diào)整后再次對(duì)流量計(jì)進(jìn)行檢定，檢定結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 流量計(jì)檢定調(diào)整誤差后相關(guān)實(shí)驗(yàn)參數(shù)及檢定結(jié)果

從檢定結(jié)果可以看出，刮板流量計(jì)經(jīng)過(guò)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(shuō)明器差調(diào)整器的實(shí)際精度修正與理論值存在差距，這是檢定人員在實(shí)際工作中需要注意的地方。流量計(jì)檢定結(jié)果的重復(fù)性反應(yīng)了流量計(jì)運(yùn)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(jì)運(yùn)行狀態(tài)也越穩(wěn)定。從圖2可以看出，刮板流量計(jì)經(jīng)過(guò)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(shí)對(duì)刮板流量計(jì)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(rèn)識(shí)

為了保證原油計(jì)量交接的準(zhǔn)確性，刮板流量計(jì)需定期進(jìn)行檢定及核查，通常使用體積管對(duì)刮板流量計(jì)進(jìn)行在線檢定，若檢定結(jié)果超差，需及時(shí)對(duì)刮板流量計(jì)進(jìn)行誤差修正。JJG 667—2010《液體容積式流量計(jì)檢定規(guī)程》中規(guī)定，對(duì)準(zhǔn)確度等級(jí)不低于0.5級(jí)的流量計(jì)，檢定周期為半年，其他為1年。

刮板流量計(jì)在誤差修正的過(guò)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(jì)量結(jié)果的公平性。同時(shí)也需要注意修正前后流量計(jì)測(cè)量誤差的重復(fù)性，以保證流量計(jì)不會(huì)因修正產(chǎn)生大的波動(dòng)，以平穩(wěn)狀態(tài)運(yùn)行，進(jìn)一步保證測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。首次檢定結(jié)果顯示，刮板流量計(jì)的誤差為-0.27%，重復(fù)性為0.02%，呈現(xiàn)負(fù)誤差偏移。使用器差調(diào)整器對(duì)流量計(jì)示值誤差進(jìn)行修正，預(yù)計(jì)修正值為0.25%，但實(shí)際修正值為0.33%左右，預(yù)計(jì)修正值與實(shí)際修正結(jié)果存在明顯差異。同時(shí)經(jīng)過(guò)誤差修正后，檢定結(jié)果的重復(fù)性增大至0.05%，檢測(cè)結(jié)果變得比較分散。

通過(guò)器差調(diào)整器調(diào)整刮板流量計(jì)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(huì)影響刮板流量計(jì)的測(cè)量結(jié)果[17]。JJG 667—2010《液體容積式流量計(jì)檢定規(guī)程》中進(jìn)一步明確了“K系數(shù)”和“流量計(jì)系數(shù)”，可以通過(guò)修正“K系數(shù)”或者“流量計(jì)系數(shù)”，來(lái)達(dá)到調(diào)整示值誤差。

從相關(guān)計(jì)算公式中可以看出修正系數(shù)與體積管材質(zhì)、標(biāo)準(zhǔn)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(cè)量值的準(zhǔn)確性會(huì)影響到刮板流量計(jì)檢定結(jié)果的準(zhǔn)確性。此外，原油在管壁上結(jié)蠟，流量計(jì)計(jì)數(shù)部件磨損等，也會(huì)在一定程度上影響原油計(jì)量結(jié)果的準(zhǔn)確程度?？梢酝ㄟ^(guò)定期日常維護(hù)，比如每月一次給刮板流量計(jì)加注潤(rùn)滑油、清洗過(guò)濾網(wǎng)等，來(lái)保證刮板流量計(jì)穩(wěn)定運(yùn)行。此外還應(yīng)定期巡檢，保證刮板流量計(jì)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。在做好現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行維護(hù)的前提下，進(jìn)一步通過(guò)定期檢定的方式，提高原油計(jì)量結(jié)果的準(zhǔn)確性，保證企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。