原油流量计检定技术研究

乔文旗

一、概述

在目前国内原油贸易交接计量中，使用容积式流量计进行动态计量原油的体积量，再换算成质量的计算方式是主流，在油田与管道局、管道局与炼油厂和外贸进出口中大量运用。容积式流量计的种类有腰轮流量计、螺杆流量计、刮板流量计和双转子流量计，不同的类型主要是针对不同介质和使用条件来研制的，具有误差小、重复性好、计量介质物性和流态影响小、价格低等优点。

容积式流量计的误差等级主要有0.1级、0.2级、0.5级、1.0级和1.5级五类，计量误差分别为±0.1%，±0.2%、±0.5%、±1.0%、±1.5%。0.1级和0.2级流量计广泛地用于国内原油贸易计量的外输计量站中，0.5级及以下的流量计主要用于企业的内部分产和过程监控计量。

二、流量计检定的方式

流量计作为一种计量器具，需要定期地进行检定。根据JJG667-2010《液体容积式流量计检定规程》中规定，用于贸易计量交接的流量计的检定周期为6个月。流量计的检定方法分为质量法和容积法两类。

（一）质量法

1、原理

以秤作为主标准器，称量通过流量计的液体的质量与流量计计量体积换算量进行对比，从而得出其误差。

2、特点

（1）优点：准确度高、性能稳定，适用于检定各种液体，尤其是高粘度的液体。

（2）缺点：因为要从体积换算到质量，因此要测定液体的密度，不适合检定挥发性较大的液体，不适合大流量的流量计。由于间歇式工作，不如直接接入流程的检定系统方便。

（二）容积法

1、原理

容积法主要有标准量器，即金属罐、体积管和标准流量计作为主标准器，通过被检流量计与标准器的容积的对比来得出误差。

3、特点

（1）体积小，流量测量范围大，检定时间短，效率高，易实现自动化操作，可减少人员观测误差，可较方便地接入实液系统，进行实液检定，消除介质、使用条件不同带来的误差。金属罐和体积管还可车载移动，便于服务不同地点的流量计，减少计量器具的配备。

三、流量计的误差来源

（一）流量计制造质量

流量计在制造过程中，各个部件都存在差异或误差，造成了同一误差等级的流量计的误差曲线的线性有所不同。下图5中两条曲线分别是两台0.2级流量计出厂检定的流量计系数曲线图。曲线1近似一条直线，曲线2斜率较大。尽管在使用中流量计各个部件相互磨合后曲线会有所改变，但曲线形态基本固定，斜率大的和呈折线型的流量计更容易超出其标称的误差范围，自带的误差调整机构无法调整，从而造成报废，无法使用。

（二）流量计的安装使用条件

新流量计在安装时，上游必须安装过滤器和消气器，防止气体和固体颗粒进入计量腔。固体颗粒易卡死流量计的转子（腰轮）或划伤转子（腰轮），造成较大的误差。因此流量计检定时一定要观察流量计运转情况，倾听转子的声音，在检定前要对检定系统进行排气。

（三）流量计的检定误差

用于原油及石油产品计量用的流量计，由于油品种类繁多，物理性质差异大，流量计运行的工况较为复杂多变，因此流量计检定中介质的种类、温度、压力和检定环境等都将对流量计的误差造成影响。我们针对以上四个方面，从理论计算进行探讨，并设计试验进行验证，从而得出其对检定的影响趋势或数量。试验所使用的计量器具有5种，其性能、准确度等重要参数见表1。

四、流量计误差来源的理论分析和试验

（一）介质粘度与流量计漏失量的关系

1、理论分析：由于流量计运动着的零部件之间、零部件和壳壁之间均有一定的间隙，因此介质流体通过流量计时将产生泄漏，亦称漏失量或漏流量。根据漏失量公式：

式中：q：液体的漏失量;

Wc：是转子与超额分配之间的间隙宽度;

Lc：是转子与超额分配之间的间隙长度

液体的动力粘度

：流量计前后的压力差

C：常数。该常数是转子高度、转子对壳休的偏心率和表面形状的函数，一般取值为0.0833。

从式1可看出，漏失量与粘度成反比关系。高粘度液体通过流量计时，漏失量较小，低粘度液体（如水），漏失量特别严重。

2、试验：

我们使用粘度不同的柴油和原油两种介质进行了试验。试验共选取了5台流量计，先后分别安装在柴油流程和原油流程，使用同一台体积管进行检定，每台流量计检定了三个流量点，所获得的流量计系数进行对比。

数据共做了5组15对数据，在柴油系统中检定的流量计系数全部大于在原油系统中获得的数据。最小的数据相差0.01%，最大的数据相差0.61%。趋势与理论分析的相符，但要想定量地获得柴油与原油检定的数据差，仍需要更多试验和数据支持。

（二）介质温度对流量计的影响

1、理论分析：介质温度和环境温度对流量计的检定和运行有一定的影響。尤其是介质温度，它改变介质的粘度、流量计运动件之间的间隙，对于含蜡油品将影响体积管等计量检定设施的结蜡量等，将直接改变流量计系数曲线。

（1）温度对粘度的影响

油田混合原油的反常点在37℃。温度高于反常点时，南阳原油为牛顿流体，其粘度随温度升高而逐渐减小，70℃时粘度为40 mPa·s。温度低于反常点时，南阳原油为非牛顿流体，其粘度随温度的降低而增大，30℃时粘度为1485.2 mPa·s。

（2）温度对流量计计量室的容积和转子与壳体间隙的影响

流量计在运行时，计量室内的部件浸泡在介质液体中，与介质的温度相等。但流量计壳体的温度由介质温度与环境温度决定。人们得出近似壳体温度的计算公式：

式中：t壳：是流量计壳体的温度

：是流量计运行时的环境温度

（3）针对温度对粘度和流量计计量室的影响，我们选用3台流量计，在柴油和原油两种介质，和三个不同温度进行了试验。

（1）数据分析

无论在以柴油或原油为介质，均表现出相似的趋势，当温度相差5时，流量计系数相差较小，最大相差0.07%，而相差10以上，流量计系数相差较大，普遍相关0.10%以上，最大相差0.25%。

（三）介质和环境温度对含蜡油品结蜡量的影响

1、理论分析

图7是利用差示扫描量热仪测试了油田混合油的析蜡点、析蜡高峰点和平均析蜡潜热等析蜡特性。介质温度和管壁温差与结蜡量的关系图。从图中可看出，当管壁温度高于油温时，管线几乎不结蜡，当油温高于管壁温度时，结蜡开始，且温差越大，结蜡越多。

体积管一般不作为日常输送流程使用，因此在检定流量计时，原油倒入体积管中运行，体积管管壁与原油存在温差，易造成结蜡。当油温高于管壁温度时，管壁结蜡回事，而当管壁温度高于油温时，几乎不结蜡。因此正确预防体积管、流量计结蜡非常重要。

七、结论和建议

1、流量计作为原油贸易计量的主要计量器具，其准确度要求高。而影响其检定准确度的因素也比较多。因此为了减少检定误差，首先要尽量保证检定状态与运行状态的一致性。即做到检定规程中规定的量实液下检定，从而消除介质变化和使用条件的不同所带来的误差。