腰轮流量计是目前油田和管道原油输送中使用较广且使用时间较长的一种流量计量器具, 其设计技术和制造工艺已相对成熟, 为之配套的检定、安装、维护服务也已达到一定水准, 其精度可达±0.2%(甚至±0.1%), 符合国家标准对外输计量器具的精度要求, 可以实现各种油品的公正、准确计量, 是买卖双方普遍接受的一种计量器具。目前江苏油田年产120×10⁴t以上的原油均通过分散在8个外输站中的19台腰轮流量计计量后输往各炼厂, 其工作性能、运行状况直接关系到企业和用户的经济利益。因此, 正确地使用、检定和维护腰轮流量计是原油计量工作者的重要职责。

一.   腰轮流量计的使用与检定

腰轮流量计主要由壳体、腰轮、机械传动和数据显示(信号远传)等部分组成。其原理是流量计在流体压差作用下推动一对表面光滑的腰轮转动, 由于两腰轮通过一对导向齿轮啮合保持相对位置, 并与壳体形成计量腔, 腰轮转动时流经的原油经计量腔连续不断地排出, 并通过传动机构将体积量显示在屏幕上, 也可通过并联的脉冲发讯器进行信号远传。其特点如下。

(l) 计量精度高, 重复性好;

(2) 腰轮无接触旋转震动且噪音小, 工作不受流体流动状态的影响, 前后不需很长的直管段, 压差小于0.05MPa, 适应介质粘度的范围广^〔1〕；

(3) 积木式结构, 维修简便。

其缺点主要有两点:

(1) 体积大, 笨重;

(2) 对计量介质纯净度要求较高, 计量含砂粒介质要配过滤装置。

随着各种电磁、电子式计量仪表不断的开发、生产, 腰轮流量计的应用领域相对缩小。但由于其生产、制造技术已相对成熟, 使用检定标准、规程已成体系, 以及合理的性价比, 在今后仍将是各种油品尤其是原油外输比较理想的计量器具之一。

为了保持腰轮流量计良好的工作状态, 在日常使用中要严格按要求操作和维护, 定期加注润滑油, 严禁超极限使用, 定期检查更换滤网, 防止杂质卡死腰轮, 加强流量计的比对和检定工作, 防止出现计量差错。

作为一种机械仪表, 腰轮流量计在使用一段时间后由于止推轴承、石墨轴承、驱动齿轮的磨损, 腰轮间隙发生变化(标准为0.05mm), 精度将降低。尤其是运行时间超过5a的流量计在国家强检器具半年周期内一般会出现超差现象。针对此问题, 一方面要开展维护工作, 另一方面要加强与储油罐数据比对和体积管加密测试, 及时掌握流量计运行动态并采取措施, 以维护买卖双方的经济利益。由于外输点多面广, 受油船、库存等因素制约, 逐台检测一遍需10d左右, 因此只能在周期中间进行一次加密测试, 以掌握流量计系数变化情况, 其他时间由外输站做好每次外输时流量计与储油罐的数据比对工作。因为流量计与储油罐属同精度计量器具, 而储油罐的容积值在常态下相对稳定, 在单位时间内两者比对的差值应是一个常数, 由差值的变化可以判断流量计的系数变化。

因此, 控制腰轮流量计误差最有效的办法是进行检定, 即通过标准器的量值传递进行精度修正, 将误差控制在规程允许范围内。目前可以使用的检定方法有标准秤法、标准罐法、标准流量计法和标准体积管法等4种, 而标准体积管法在国内使用较广, 其特点如下:

(1) 检定不影响流量计正常工作, 不产生油品蒸发, 流量计脉冲发讯器分辨率为0.1%、体积管复现性在0.02%以上, 系统精度高;

(2) 操作简便, 自动化程度高, 可实现计算机管理。

二.   检定流程对流量计检定的影响

在线检定就是对正常工作状态下的流量计进行现场检定。影响检定结果的关健因素有介质的温度、压力、密度, 此外就是工作点的选择。对检定流程的要求是必须使体积管检定流量与被检流量计工作流量相匹配, 只有这样才能准确掌握流量计各流量点的误差特性曲线, 真实了解流量计的工作状态, 否则检定就失去了意义。现举一例说明流量法检定与工作流程不匹配的问题。某外输站流程见图 1。

图  1  外输站工作流程示意图

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该站正常外输时流量计工作流量为120m³/h, 原油由两条DN100mm管道外输。受口径和背压限制, 单根管道只占总外输量的50%, 而检定流程建在其中一条管道上, 这样体积管最大检定流量只有流量计工作流量的一半, 检定结果无法说明流量计的真实计量精度。解决办法是将检定流程上移到A点或将流量计送到检定站检定。

三.   换向阀漏失对检定的影响

用体积管检定流量计的原理是利用两检测开关间标准容积(三年检定一次)作为标准, 检定介质在泵压作用下推动弹性橡胶球在标准管段内移动, 分别触发检测开关, 向频率计数器发出开、关门信号, 使被检流量计在此区间内所发出的脉冲信号得到累计, 将标准状态下的容积值经过温度、压力修正后得到VftP了, 通过公式可求出流量计系数MF。

式中  MF—流量计系数;

V_tfpf—现场温度、压力下的标准容积值, L;

N—被检流量计体积脉冲数;

K—脉冲系数, 一般取1。

从式(1)中看出, 在温度、压力不变的情况下, 影响系数MF的主要因素是流量计脉冲数N。N的取值取决于走球时间和关门信号控制时间, 一般弹性橡胶球与标准管段内径相比有2%~4%的过盈量, 检定介质在其前后的漏失量小于总体积的0.006%, 即1000L的标准管段只有0.06个脉冲数误差, 因此关键取决于换向阀柱塞密封程度。如果单侧阀体产生漏失, 将使走球时间延长, 造成累计脉冲数增多, 使流量计特性曲线下移。以现场一台DN150mm, 编号971213流量计为例, 该流量计刚使用不久, 在与储油罐数据比对中, 每外输1000m³原油, 流量计与储油罐相比总有4~5m³的差量, 其它流量计也相应出现负误差。对此, 请有关人员到现场检定, 得出该流量计系数为0.9994。检查流程无误后, 对脉冲数进行分解, 结果是正程比反程多7~ 10个脉冲数(LJG-22型体积以正反程为一组数), 经检查, 发现正程阀体漏失。对体积管扫线后拆开阀腔检查, 发现密套缸“0”型密封圈损坏, 造成原油申流。经更换密封圈并对阀体进行清洗、保养, 重新安装, 通油检定得出流量计实际系数为1.0052, 经精度修正器调整合格后, 流量计在使用中与油罐比对差值减小到正常范围。检定结果见表 1。

表  1  流量计对比差值检定结果

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因此, 在腰轮流量计检定中要随时监测体积管正、反程脉冲变化, 尤其在流量大于150m³/h时要密切注意四通阀双侧柱塞连杆是否到位, 双向行程差小于3个脉冲数。此外, 换向阀正常工作是液压和电气系统综合作用的结果, 要对三位四通电磁阀、齿轮油泵、滋流阀等关键部件进行维护保养, 定期更换柱塞密封胶皮堑和液压油, 防止产生液压冲击和气穴现象, 使整个换向密封系统处于良好的工作状态。

四.   介质粘度变化对检定结果的影响

腰轮流量计作为容积计量仪表能适应粘度范围较宽的油品计量。由于两副腰轮间有微小间隙, 在工作时会有一定体积的漏失量(精度允许范围), 漏失量与介质粘度成反比, 故不同介质粘度会造成腰轮流量计误差特性曲线移动而产生系统误差。对此曾对某一厂家的流量计进行了粘度的对比试验, 该厂采用30号机油兑少量柴油的办法, 配制成一种动力粘度为30Pa·s的检定液, 而油田联盟庄外输站采用55℃下动力粘度为0.061Pa·s的原油作为检定介质。现假设流量计系数为1.0020, 分别以DN100mm、编号为9302、041两台流量计在联盟庄外输站的检定系数作对比, 检定结果见表 2。

表  2  检定系数对比结果

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从表 2中可得出两台流量计系数最小变化量为0.0032和0.0019, 流量特性曲线下移, 由此可见, 对新购流量计进行人厂检定十分必要。

油田内部由于开发构造、区块、层系的不同也将造成原油物性差异而导致粘度变化。对粘度变化大的离线检定流量计可参考《JJG232-81腰轮流量计检定规程》附录3的粘度修正公式进行粘度修正。此外油品粘度对温度变化很敏感, 它们之间成反比关系, 因此在外输计量中控制好原油温度也是保证流量计精度的一个重要措施。此外, 还应加强新购置腰轮流量计在人厂检定后磨合期内的系数监测工作。作为一种机械仪表, 其传动齿轮、止推和石墨轴承、精度调节器都有装配后经磨合达到最佳配合的过渡期, 在此期间流量计系数不稳定且变化幅度大, 误差曲线一般向负方向移动, 运转一个时间周期左右后才能使特性曲线达到稳定状态。两台DN150mm, 编号分别为971205、971005的腰轮流量计在间隔3个月检定对比后, 绘出了特性曲线, 见图 2。

图  2  流量计两次检定对比特性曲线.

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编号971005流量计初检时误差特性曲线曲率较陡, 极值流量点几乎超差, 经磨合后特性曲线日渐平滑, 流量点调节范围扩大。

五.   建议

在原油外输工作中, 计量工作直接关系到买卖双方的经济利益, 流量计的数据是贸易结算凭证, 因此必须加强管理。建议如下。

(l) 流量计型号应与现场流程、泵的排量相匹配, 工作流量应为最大值的70%左右。

(2) 流量计前后压差应小于0.05MPa, 在计量流态不稳定、含气量较大的介质时要安装整流器和消气器。

(3) 检定中要监测四通阀密封情况, 定期检查弹性橡胶球的过盈量。

(4) 加强周期中间的加密测试和数据比对, 条件许可时应安装标准流量计作为标准器。

(5) 新购置流量计要经过人厂检定才能使用, 同时要监测磨合期内的系数变化, 要求厂家提供流量计出厂原始记录。由于目前某些流量计生产质量有所下降, 必要时可派人参加出厂检定, 并严格按“三点”法检定, 挑选复现性稳定、质量好的流量计。力求严格按规程操作、维护、检定腰轮流量计, 保证流量计处于良好的工作状态, 为企业生产和销售服务。