車(chē)載式流量校準(zhǔn)裝置的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用

摘要:文章介紹了一種車(chē)載式流量標(biāo)準(zhǔn)裝置，本裝置在某種情況下可替代車(chē)載式標(biāo)準(zhǔn)體積管。檢定、校準(zhǔn)現(xiàn)場(chǎng)各類(lèi)原油腰輪流量計(jì)、橢圓齒輪流量計(jì)、刮板流量計(jì)以及雙轉(zhuǎn)子流量計(jì)等。通過(guò)配置不同規(guī)格的高精度標(biāo)準(zhǔn)表，實(shí)現(xiàn)在不同的流量范圍下，自動(dòng)對(duì)被檢表光電脈沖器發(fā)出的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，從而達(dá)到檢定、校準(zhǔn)的目的。

關(guān)鍵詞:裝置;設(shè)計(jì);校準(zhǔn);應(yīng)用

中圖分類(lèi)號(hào):TB937文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1006-8937(2009)14-0025-03

目前，油田原油流量計(jì)的標(biāo)定，主要采用標(biāo)準(zhǔn)體積管法進(jìn)行標(biāo)定，標(biāo)準(zhǔn)體積管可分為固定式和車(chē)載式兩種。我們要談?wù)摰氖菍?duì)油田各采油廠內(nèi)部、各偏遠(yuǎn)集輸站、點(diǎn)原油流量計(jì)的標(biāo)定。如何設(shè)計(jì)一套計(jì)量裝置，在一定的場(chǎng)合能替代車(chē)載式標(biāo)準(zhǔn)體積管，完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)流量計(jì)的標(biāo)定呢?我們研制的理由有三點(diǎn)，一是車(chē)載式標(biāo)準(zhǔn)體積管，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、計(jì)量精度高、且價(jià)格昂貴，每一次的維修、保養(yǎng)成本較高;二是油田安裝的流量計(jì)大多分布在各數(shù)集輸站點(diǎn)，地處偏遠(yuǎn)地區(qū)，工況條件差，路途的顛簸易造成車(chē)載設(shè)備中各部件的損壞;三是現(xiàn)場(chǎng)個(gè)別站、點(diǎn)原油介質(zhì)雜質(zhì)含量較高，易造成體積管缸體的磨損，嚴(yán)重影響體積管的使用壽命。所以，鑒于此因，設(shè)計(jì)一套活動(dòng)式的流量校準(zhǔn)裝置，并配置高精度的標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)組，采用經(jīng)上級(jí)計(jì)量部門(mén)在不同流量范圍下標(biāo)定出的流量系數(shù)值，作為標(biāo)準(zhǔn)值對(duì)被校流量計(jì)進(jìn)行校準(zhǔn)，這種標(biāo)定方法也被稱(chēng)作標(biāo)準(zhǔn)表法。

標(biāo)準(zhǔn)表法完全能滿(mǎn)足油田各采油廠內(nèi)部間，廠際間精度在0.2級(jí)以下原油流量計(jì)的標(biāo)定。在國(guó)家流量檢定系統(tǒng)表中，雖列有標(biāo)準(zhǔn)表法，但由于過(guò)去國(guó)內(nèi)高精度流量計(jì)生產(chǎn)質(zhì)量不過(guò)關(guān)，難以滿(mǎn)足裝置對(duì)標(biāo)準(zhǔn)表的選型要求，而現(xiàn)在國(guó)內(nèi)0.1級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)生產(chǎn)技術(shù)已經(jīng)完全能滿(mǎn)足裝置設(shè)計(jì)的要求，所以，設(shè)計(jì)一套車(chē)載式流量校準(zhǔn)裝置技術(shù)已經(jīng)成熟。車(chē)載式流量校準(zhǔn)裝置比起標(biāo)準(zhǔn)體積管價(jià)格要低幾十倍，且流量計(jì)在線(xiàn)標(biāo)定可實(shí)現(xiàn)操作全程自動(dòng)化，流量校準(zhǔn)裝置量值可溯源到標(biāo)準(zhǔn)體積管。如果校準(zhǔn)裝置和標(biāo)準(zhǔn)體積管配合使用，油田流量計(jì)標(biāo)定成本必然大為降低，經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。

1總體設(shè)計(jì)思路

標(biāo)準(zhǔn)裝置整個(gè)檢定系統(tǒng)設(shè)計(jì)符合國(guó)家JJG667-1997計(jì)量檢定規(guī)程要求，工作原理是采用容量值比較法連續(xù)測(cè)定，實(shí)現(xiàn)操作控制及標(biāo)定數(shù)據(jù)自動(dòng)處理、打印。檢定時(shí)，將裝置與被檢流量計(jì)檢定管匯聯(lián)接，當(dāng)流量運(yùn)行平穩(wěn)后，在同一時(shí)間間隔內(nèi)，接收標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)和被檢流量計(jì)輸出的數(shù)字(或模擬)信號(hào)，通過(guò)接口轉(zhuǎn)換箱對(duì)信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理后輸入計(jì)算機(jī)進(jìn)行計(jì)算和比較，最后得出被檢流量計(jì)的基本誤差、重復(fù)性誤差等數(shù)值。裝置在設(shè)計(jì)上，除軟管為低壓(<2.5 MPa)外，均按6.3 MPa的耐壓強(qiáng)度(以下提到的高壓力均指此壓力)設(shè)計(jì)，以滿(mǎn)足油田最高輸油壓力(5.5 MPa)的工況條件。

裝置標(biāo)準(zhǔn)表組選擇開(kāi)封儀表廠生產(chǎn)的三臺(tái)0.1級(jí)腰輪流量計(jì)，口徑分別是50 mm、100 mm、150 mm。流量范圍為10～250 m3/h，如果想增加流量范圍可選取更大口徑的流量計(jì)。其它配套設(shè)備如過(guò)濾器、底座、聯(lián)接管匯、計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、JZXZ—1流量計(jì)接口箱及相應(yīng)配件等均自行設(shè)計(jì)完成。裝置整體可分為標(biāo)定部分和計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集兩部分。

1.1標(biāo)定裝置部分

整套標(biāo)定裝置全部固定在一塊底座2.3×1.7 m的加固鋼板上，便于客貨車(chē)載，組成一套車(chē)載活動(dòng)式流量標(biāo)定裝置。

標(biāo)定裝置的流體方向如圖1所示:從被檢流量計(jì)來(lái)的油經(jīng)過(guò)濾器流向標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)，過(guò)濾器安裝在標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)的前管線(xiàn)上，用于過(guò)濾管段中油品介質(zhì)中的泥沙，雜質(zhì)等。過(guò)濾器的前后安裝有壓力表，可觀察流體經(jīng)過(guò)過(guò)濾器后管段中的壓力損耗。另外，過(guò)濾器后管段的壓力值需人工輸入計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)，做工況下標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)的壓力補(bǔ)償值修正。同樣，流量計(jì)的后管段安裝有溫度計(jì)，溫度計(jì)的數(shù)值輸入計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)，做工況條件下的溫度補(bǔ)償值修正。

流量計(jì)的出口及裝置的進(jìn)口各安裝一個(gè)閥門(mén)，裝置在標(biāo)定中，該閥門(mén)開(kāi)啟。流量調(diào)節(jié)在被檢流量計(jì)進(jìn)口處設(shè)有旁通閥門(mén)調(diào)節(jié)流量大小，達(dá)到各流量點(diǎn)標(biāo)定值。該裝置中選用的腰輪流量計(jì)精度為0.1級(jí)，經(jīng)上級(jí)計(jì)量部門(mén)量值標(biāo)定，確定出在不同流量范圍下的流量系數(shù)，以保證裝置整套系統(tǒng)綜合不確定度為0.1%以下。

1.2數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)部分

計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)部分由一臺(tái)PC機(jī)和一臺(tái)流量接口箱構(gòu)成。

流量接口箱將采集到的標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)及被檢流量計(jì)輸出脈沖數(shù)字信號(hào)(或4～20 MA模擬信號(hào)、頻率信號(hào))，通過(guò)AD 模塊轉(zhuǎn)換，將信息上傳至上位PC機(jī)，PC機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)(包括實(shí)時(shí)標(biāo)定數(shù)據(jù)和定時(shí)功能)分析，計(jì)算機(jī)通過(guò)該監(jiān)控應(yīng)用程序進(jìn)行標(biāo)定過(guò)程中的實(shí)時(shí)監(jiān)控，標(biāo)定數(shù)據(jù)的采集、處理、保存，查詢(xún)和打印，實(shí)現(xiàn)人機(jī)的交互功能。

流量接口箱設(shè)計(jì)為模塊式結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)采集模塊為弘格集團(tuán)的“ICP”系列模塊，該系列模塊具有高可靠性、高穩(wěn)定性。裝置采用了數(shù)字量采集模塊ICP-7080、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊ICP-7520等。ICP-7080為兩通道計(jì)數(shù)器/頻率輸入模塊。ICP-7520為數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊，把模塊采集的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)可識(shí)別的數(shù)據(jù)。ICP系列是通用傳感器到計(jì)算機(jī)的便攜式接口模塊，專(zhuān)為惡劣環(huán)境下可靠操作而設(shè)計(jì)。它具有內(nèi)置微處理器，堅(jiān)固的工業(yè)級(jí)塑料外殼，使其可以獨(dú)立提供智能信號(hào)處理、模擬量I/O、數(shù)字量I/O、RS485等通訊功能。

1.3計(jì)算計(jì)界面功能介紹

參數(shù)設(shè)定窗口:該窗口用于記錄流量計(jì)標(biāo)定時(shí)標(biāo)準(zhǔn)和被校流量計(jì)的基本信息。

1.3.1基本數(shù)據(jù)輸入窗口

①信息欄。測(cè)量信息:輸入該處流量標(biāo)定點(diǎn)的膨脹、壓縮系數(shù)及流量計(jì)工況下的壓力、溫度值;流量脈沖及修正系統(tǒng):修正儀表的系統(tǒng)及轉(zhuǎn)換單位;測(cè)量時(shí)間及次數(shù):流量標(biāo)定時(shí)，決定要測(cè)量的次數(shù)及每組測(cè)量時(shí)間的長(zhǎng)短;通訊設(shè)備、通信端口、設(shè)備號(hào):連接流量接口箱使用，該流量接口箱使用USB2.0接口，內(nèi)部使用智能模塊組成。該處用于選擇設(shè)備連接的計(jì)算機(jī)的端口，地址。②按鈕欄。保存:保存被檢流量的使用單位及型號(hào)、參數(shù)等一些基本信息;測(cè)試端口:測(cè)試流量接口箱是否正常;退出:退出當(dāng)前參數(shù)設(shè)定窗口，返回主窗體。

1.3.2流量計(jì)標(biāo)定窗口

該窗口顯示標(biāo)準(zhǔn)與被校流量的測(cè)量數(shù)據(jù)，同時(shí)對(duì)比，計(jì)算得到工況下被校流量計(jì)的累積值及被校流量計(jì)的誤差、重復(fù)性。

①信息欄。選擇流量計(jì)編號(hào):在參數(shù)設(shè)定中輸入的流量計(jì)系統(tǒng)及自動(dòng)給出一個(gè)唯一的編號(hào)。

剩余時(shí)間、測(cè)量次數(shù):狀態(tài)顯示每組的測(cè)量所剩時(shí)間及測(cè)量的次數(shù);當(dāng)前流量信息:脈沖數(shù)，累積流量、瞬時(shí)流量、流量標(biāo)定中實(shí)時(shí)顯示管段中的標(biāo)準(zhǔn)、被校流量計(jì)流量參數(shù);工況測(cè)量參數(shù):每組的溫度、壓力系統(tǒng)自動(dòng)讀取并參與到流量計(jì)補(bǔ)償計(jì)算中;報(bào)表窗口:流量標(biāo)定的最終結(jié)果在報(bào)表中實(shí)現(xiàn)查看、打印。報(bào)表業(yè)務(wù)自動(dòng)對(duì)標(biāo)定過(guò)的流量計(jì)生成校驗(yàn)表、證書(shū)、基本信息等信息;系統(tǒng)標(biāo)定時(shí)默認(rèn)最大三組測(cè)量，其中每組測(cè)量三次，每次測(cè)量時(shí)間的長(zhǎng)度由窗口中輸入的時(shí)間確定(最大支持1h)。

②按鈕欄。第一至第三組:分別執(zhí)行三組不同流量點(diǎn)下的操作;保存:保存三組不同流量下被校流量計(jì)基本誤差、重復(fù)性及流量計(jì)系數(shù)等信息;退出:退出當(dāng)前參數(shù)設(shè)定窗口，返回上頁(yè)窗體。

1.3.3報(bào)表窗口

流量標(biāo)定的最終結(jié)果在報(bào)表業(yè)務(wù)中實(shí)現(xiàn)查看、打印、生成校驗(yàn)表、證書(shū)等信息。

2裝置標(biāo)定原理

將車(chē)載標(biāo)定裝置與被檢流量計(jì)一同串接到管匯上，讓流經(jīng)被檢流量計(jì)的液體完全通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)。將標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)和被檢流量計(jì)表頭上的脈沖信號(hào)發(fā)訊器端口與流量接口箱連接，將信號(hào)通過(guò)接口箱傳入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行處理計(jì)算。

在一定的時(shí)間間隔內(nèi)(應(yīng)設(shè)為標(biāo)定時(shí)間足夠大，以保證標(biāo)定精度)，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)實(shí)時(shí)的采集由被校表和標(biāo)準(zhǔn)表同時(shí)發(fā)出的脈沖數(shù)，計(jì)算出相應(yīng)的累積流量，從而確定出被校表的計(jì)量誤差。

考慮在工況條件下，將標(biāo)定時(shí)的溫度、壓力值補(bǔ)償由人工輸入，做計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的累積流量修正。同樣，影響流量的液體膨脹系數(shù)，壓縮系統(tǒng)等也全部考慮在內(nèi)。

基本誤差的確定，通常檢定時(shí)應(yīng)在最大流量、最大流量的40%和最小流量三點(diǎn)進(jìn)行。每點(diǎn)重復(fù)測(cè)量三次。流量計(jì)各點(diǎn)的示值誤差按下式計(jì)算:

δ指= (Q指- Q標(biāo))×100%/ Q標(biāo)

式中:δ指—— 流量計(jì)各點(diǎn)的示值誤差;Q指——被檢流量計(jì)的指示值;Q標(biāo)——標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)測(cè)得值。

其中，Q標(biāo) 標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)測(cè)得值為:將標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)指示值換算到流量計(jì)檢定條件下的累積流量實(shí)際值，該值通過(guò)下式來(lái)計(jì)算:

Q標(biāo) = V[1+β(tM-ts)][1-k(PM-Ps)]

式中:V =Q標(biāo)指C;C——標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)修正系數(shù);Q標(biāo)指為標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)指示值;β—— 液體膨脹系數(shù);k——液體

壓縮系數(shù);tm、ts——被檢流量計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)處液體溫度值;Pm、Ps——被檢流量計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)處液體表壓值。

在其影響可以被忽略(影響量小于被檢流量計(jì)基本誤差限的1/10)的情況下式中修正因子可以簡(jiǎn)化，即β=0，C=1。

流量計(jì)系數(shù)由下式來(lái)計(jì)算:

ξ= Q標(biāo)/ Q指

式中:ξ——流量計(jì)系數(shù)。

流量計(jì)的基本誤差按下式計(jì)算:

δ=√(δ指)MAi2 +δ2指

式中:(δ指)MAi——各檢定點(diǎn)各次檢定示值誤差的最大值;δ指——裝置的誤差(δ指值不超出被檢流量計(jì)基本誤差限的1/3，可忽略不計(jì))。

根據(jù)示值誤差的檢定結(jié)果，流量計(jì)各檢定點(diǎn)的重復(fù)性誤差(δr)i按下式算:

(δr)i= {[(δ指)i]max-[(δ指)i]min}/dn

式中:[(δ指)i]max、[(δ指)i]min——流量計(jì)第i檢定點(diǎn)的最大及最小示值誤差;dn——極差法系數(shù)。

流量計(jì)的重復(fù)性誤差按下式計(jì)算:

δr = [(δ指)i]max

式中:[(δ指)i]max——流量計(jì)各檢定點(diǎn)重復(fù)性誤差中的最大值。

總之，活動(dòng)式流量標(biāo)定裝置具有工作可靠、使用范圍廣、測(cè)量精度高、車(chē)載方便易于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量、抗干擾能力強(qiáng)、操作簡(jiǎn)單方便、軟件拓展性強(qiáng)等特點(diǎn)，非常適應(yīng)于油田流量計(jì)現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定中使用。

3系統(tǒng)軟件編程

計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)框如圖2:

本裝置數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)采用Visual Basic 6.0設(shè)計(jì)，由于Visual Basic是一種可視化的、面向?qū)ο蠛筒捎檬录?qū)動(dòng)方式的結(jié)構(gòu)化高級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，可用于開(kāi)發(fā)Windows環(huán)境下的各類(lèi)應(yīng)用程序。在Visual Basic環(huán)境下，我們采用事件驅(qū)動(dòng)的編程機(jī)制及新穎易用的可視化設(shè)計(jì)工具，使用Windows內(nèi)部的應(yīng)用程序接口(API)函數(shù)，以及動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)(DLL)、數(shù)據(jù)通訊(COM)，動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換(DDE)、對(duì)象的鏈接與嵌入(OLE)、開(kāi)放式數(shù)據(jù)鏈接(ODBC)等先進(jìn)技術(shù)，高效、快速地開(kāi)發(fā)出Windows環(huán)境下功能強(qiáng)大、圖形界面豐富的應(yīng)用軟件系統(tǒng)。另外，系統(tǒng)軟件具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫(kù)功能，能夠最大限度的滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量數(shù)據(jù)的保存和調(diào)用打印，數(shù)據(jù)庫(kù)的備份庫(kù)則解決了由于誤操作引起的數(shù)據(jù)丟失。

系統(tǒng)軟件具有極強(qiáng)的可拓展性，在這里可以完成兩路數(shù)字信號(hào)，完成目前現(xiàn)場(chǎng)的校驗(yàn)要求。如果需要增加數(shù)字信號(hào)或模擬信號(hào)的測(cè)量，在增加測(cè)量模塊的基礎(chǔ)上軟件只需要作小小的改動(dòng)即可完成要求。軟件只需對(duì)程序作小許改動(dòng)即可完成對(duì)其他裝置的校驗(yàn)。另外，的軟件在增加控制模塊和現(xiàn)場(chǎng)控制裝置的基礎(chǔ)上可以完成對(duì)流量計(jì)校驗(yàn)的自動(dòng)調(diào)節(jié)。

4結(jié)語(yǔ)

活動(dòng)式流量校準(zhǔn)裝置的開(kāi)發(fā)成功，使油田現(xiàn)場(chǎng)流量計(jì)標(biāo)定(校準(zhǔn))過(guò)程更加快捷、簡(jiǎn)便、直觀、準(zhǔn)確。尤其適用于油田內(nèi)部及廠際間的流量計(jì)標(biāo)定，最重要的是在某種程度上可替代車(chē)載式標(biāo)準(zhǔn)體積管，減少了體積管的頻繁使用，保護(hù)了車(chē)載體積管，降低了維修保養(yǎng)成本。從另一方面講，活動(dòng)式流量校準(zhǔn)裝置因本身的特點(diǎn)決定了其維護(hù)及計(jì)量成本非常低廉，對(duì)計(jì)量部門(mén)提高經(jīng)濟(jì)效益意義非常重大?；顒?dòng)式流量校準(zhǔn)裝置設(shè)計(jì)上具有開(kāi)創(chuàng)性、各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)顯示，已達(dá)到國(guó)內(nèi)同行業(yè)先進(jìn)水平，如再經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的具體實(shí)踐及改進(jìn)，完全具備在全國(guó)各大油田推廣應(yīng)用，市場(chǎng)前景十分看好。

參考文獻(xiàn):

[1] JJG 667-1997，腰輪流量計(jì)計(jì)量檢定規(guī)程[S].