流量计体积管检定系统改造分析

杨小燕

摘 要：本文分析了体积管检定流量计的原理和检定过程中的干扰因素及其产生的计量误差，针对存在的问题，将体积管标准装置升级改造为静态质量法液体流量标准装置，并分析该套改造装置的优势。

关键词：体积管；检定误差；静态质量法液体流量标准装置

中图分类号：TH814 文献标识码：A 文章编号：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

体积管作为准确度较高的流量校验基准器，是中国石化每个企业必备的标准装置，多数用于原油流量计的在线检定。中国石油化工股份有限公司洛阳分公司（以下简称“中国石化洛阳分公司”）原油体积管标准装置建于1996年，是公司流量计检定的最高计量标准，准确度等级为0.05级。

体积管是准确度等级较高的流量校验基准器，若体积管失准，则会通过量值传递影响流量计的准确性。因此，笔者从体积管的原理及构造对该类型标准装的优缺点进行分析。

1 标定体积管与体积管检定流量计

体积管主要由管体、标准容积段、置换器、检测开关、阀和密封转换机构及控制系统等组成。体积管管体内表面要具有良好的耐磨、耐油和耐腐蚀性。标准容积段的管件和弯头要求是圆截面的、等直径的、光滑的，管段连接部分应同心、平滑无台阶，所有焊接处平整光洁。

1.1 体积管检定流量计的基本原理

当流体稳定地流经体积管和被检流量计时，置换器（弹性球）在管内被液体推动，触发起始和终止检测开关，记录被检流量计此时的脉冲数。对置换器置换出2个检测开关之间的流体体积和流量计脉冲数所对应的体积进行比较，确定流量计的系数，进而确定流量计的示值误差。

1.2 标定体积管程序

①初始位置为转向器将水流导向旁通侧，启动置换器；②当置换器按一定的流量触发检测开关1时，启动转向器将水流从旁通测切换至标准量器侧，开始计量，同时读取体积管进出口平均温度；③置换器在两个检测开关之间运行时间不小于5min，减少换向造成的误差；④以稳定的流量触发检测开关2，同时将水流换至旁通侧，完成一次检定；⑤以上检定程序连续进行，检定次数不少于3次[1]。通过标准量器来标定体积管的标准容积。从以上步骤可看出，体积管的标定是以一固定流量来进行的。

2 体积管检定的误差分析

2.1 檢测开关对标准体积管基准容积的影响

检测开关安装在标准管的进口及出口，需具备足够的发讯灵敏度和可靠性才能控制电子脉冲计数器，因此，检测开关的灵敏度及分辨力对标准体积管的准确度具有直接影响。

2.2 流量大小对标定体积管的影响

标定体积管时是在一个固定的流量点下进行的。而体积管检定流量计则根据流量计的测量范围，在多个流量点下进行检定。体积管在自身材料（不锈钢或碳钢）、流量、温度及压力的影响下，材料的膨胀系数较小，在静止状态下标准体积的变化可忽略不计。但是，标准体积的测量涉及密封，是一个动态的过程，无法保证不同流量下置换器的泄露率完全一样，且在不同流量下，置换器运行速度不同，触发检测开关也速度不同。在相同体积下，在大流量下，检定时间短，换向时间与检定时间的比值较大，由此导致不确定度增大。

2.3 置换器对检定过程的影响

置换器在标准体积管工作过程中起到置换、发讯、密封和清管的作用，必须始终和体积管壁保持良好的密封状态。若密封出现泄漏，当检定单行程时，体积管内的部分液体会在置换器碰触检测开关前滑过置换器，被检定的流量计反而会修正标准管的体积。因此，要求置换器的直径比体积管内径大2%～4%，不圆度不得超过1mm，并在工作条件下保持良好的机械性能。

2.4 温度对检定数据的影响

在原油计量交接过程中，温度（包括室温和油温）时常变化，直接影响体积管内壁的结蜡量及原油的黏度，使流量计系数发生变化。油温的变化会影响流量计和标准体积管内壁结蜡量，从而改变流量计系数。在油温一定的情况下，体积管的壁温随着室温同时升高，室温升高时，结蜡量减小，流量计系数减小；体积管的壁温随着室温同时降低，室温降低时，结蜡量增加，流量计系数增大。

3 流量计检定比对系统升级改造

体积管标准装置在计量特性方面具有准确度等级高、重复性好、操作方便和效率高等特点。但上述4个方面也会对体积管检定数据的准确性产生一定影响。加之分公司体积管的使用年限已达21年，体积管管体、液压系统已严重老化。因此，分公司决定在原有设备基础上对流量计检定比对系统进行升级改造，将体积管标准装置改造为静态质量法液体流量标准装置。

3.1 静态质量法液体流量标准装置

静态质量法是在静止状态下，称量一段时间内容器中的液体质量，从而计算出流量。分公司在现有计量站厂房内的合适位置设置该套标准装置，其主要包含电子秤、称量罐、换向器、缓冲水槽、放水阀和落水管等。

3.1.1 静态质量法液体流量标准装置运转方式。整套装置中的介质为新鲜水。检定流量计时，整套设备内的介质通过泵从计量站南侧罐内抽出，介质通过换向器从落水管流入称重罐内，称重结束后，换向阀关闭，新鲜水进入原来的循环系统。称重罐内的水经过罐底部的球阀进入缓冲水槽内，经DN150管道进入压送罐，由净化风送至水罐，循环使用。

3.1.2 标定静态质量法液体流量标准装置。根据《质量法液体流量标准装置检定规程》（JJG 164—2000）[2]之5.2.5衡器检定规定，在使用量限范围内至少取10个均匀分布点（[j=1，2，…m，m10]）。用标准砝码从[j=1]逐步加载到[j=m]，完成第一次检定；再从[j=m]逐步卸载到[j=1]，完成第二次检定。分别记录各点的加载质量、卸载质量和衡器读数。重复进行n（n≥10）次检定。由此得出，标定衡器是在其测量范围内不同点进行的。使用静态质量法液体流量标准装置检定流量计时，在静止状态下，在衡器的称量范围以内，可以针对流量计的不同流量进行多次检定。

3.2 两套检定装置比较分析

两套装置准装置的准确度一般都可达到0.05%。都可以检定介质为水、油的流量计。但是，从上述标定的过程可以看出，标定体积管是在某一流量点下进行的，标定液体流量标准装置是在不同质量点下进行。而检定流量计则需要在流量范围内选择不同的流量点进行。因此，液体流量标准装置会更接近流量计实际情况。

3.3 改造升级后的优点

①分公司内部现使用的质量流量计（A、B级）为380台，约占总流量计37%，使用静态质量法流量检定系统则能够直接得出质量流量，大大提高了检定工作效率。

②此前大部分质量流量计，检定费用高，且检定周期较长，对装置流量计的正常使用有较大影响。现升级改造后，可在分公司内部每年进行约300台质量流量计的检定及数据校准，年节省检定费用约50万元，且大大缩短流量计外送检定周期。

③静态质量法液体流量标准装置自身准确度较高，运行稳定性较好，与体积管标准装置相比，不存在检测开关灵敏度低、分辨能力弱，置换器变形，体积管内壁因结蜡、腐蚀、磨损因素导致标准容积改变等诸多不稳定因素。

④静态质量法液体流量标准装置，还可以对电磁流量计、涡街流量计等速度式流量計进行检定比对。

4 结语

此套标准装置改造完成后准确度等级达到0.05，在厂内进行B级、C级流量计的检定、校准及期间核查的资质。分公司在今后的计量检定工作中将不断提高流量计的检定质量，凭数据指挥生产，监控工艺，检验成品，为管理和决策提供有力可靠的计量依据。

参考文献：

[1]中华人民共和国石油工业部.原油动态计量用标准体积管检定容积式流量计的操作规程：GB 9109.4—1988[S].北京：中国保准出版社，1988.

[2]中国计量科学研究院.液体流量标准装置检定规程：JJG 164—2000[S].北京：中国保准出版社，2000.