油品物性對(duì)刮板式流量計(jì)計(jì)量精度影響的研究

摘 要：通過建立實(shí)驗(yàn)環(huán)道，模擬現(xiàn)場，研究油品物性和環(huán)境溫度對(duì)刮板式流量計(jì)計(jì)量精度的影響，實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)油品物性和結(jié)蠟對(duì)流量計(jì)誤差影響的綜合影響規(guī)律，并提出了解決誤差的有效措施。

關(guān)鍵詞：油品物性；刮板流量計(jì)；誤差

引言

隨著市場經(jīng)濟(jì)的深入發(fā)展，計(jì)量工作已成為企業(yè)現(xiàn)代化管理的重要基礎(chǔ)之一。原油管道輸送過程中由于計(jì)量誤差造成的損失也加大原油輸送成本，因此如何降低原油計(jì)量誤差，有效控制原油損失，已成管道企業(yè)計(jì)量工作的關(guān)鍵部分。

長輸原油管道目前交接計(jì)量站較多，輸送的多為單一油品。而我公司新建管線塘燕線，計(jì)量站身處北方，輸送的原油多為國外進(jìn)口油品，2010年輸送原油的種類達(dá)到37種，其中根據(jù)船方數(shù)據(jù)顯示最大粘度的油品幫嘎（189mm2/s，50℃），最小粘度的油品韋杜里（0.96mm2/s，50℃）。環(huán)境溫度、輸送原油粘度變化大對(duì)刮板流量計(jì)的誤差影響還沒有文獻(xiàn)進(jìn)行闡述，且實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行涉及到交接雙方的計(jì)量，因此本文主要通過實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行相關(guān)研究。研究對(duì)象主要是美國Smith刮板式流量計(jì)。

1 油品物性參數(shù)的測量

本實(shí)驗(yàn)對(duì)我公司2010年輸送的油品物性參數(shù)進(jìn)行測量，包括：杰諾、普魯托尼、卡賓達(dá)、黑獅、曼吉、艾斯西德爾、渤南、芒都、阿曼、沙中、烏拉爾、榮卡多、錫爾提加、科威特、庫圖布、撒哈拉、東西伯利亞、吉拉索、伊輕。

1.1 測量方法

按照中國石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T0541-94《原油凝點(diǎn)測定法》、SY/T7550-2004《原油含蠟量膠質(zhì)瀝青質(zhì)測定方法》、SY/T0520-2008《原油粘度測定-旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)平衡法》規(guī)定，對(duì)影響油品計(jì)量的主要物性參數(shù)凝點(diǎn)、含蠟量、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)含量、粘度進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室測量。

1.2 測量結(jié)果

具有代表性的油品物性參數(shù)的測量結(jié)果如表1。

表1 各油品凝點(diǎn)及含蠟量

1.3 油品分類

2010年現(xiàn)場輸送的油品近37種，而且還存在混輸，將來還有新油品輸送，顯然不可能根據(jù)每一種油品的變化確定計(jì)量誤差，因此有必要根據(jù)油品的主要物性參數(shù)將油品進(jìn)行分類。

油品分類的方法：首先根據(jù)凝點(diǎn)將油品分為凝點(diǎn)在0℃以下、0℃～15℃、15℃～25℃和25℃以上幾個(gè)區(qū)間；將每一組油品的粘溫曲線繪制在同一坐標(biāo)圖中，去除粘度誤差在30%以上的油品；比較同一組油品的含蠟量和析蠟點(diǎn)，如果相差太大則把油品單獨(dú)歸為一類；對(duì)每一組油品只擬合一個(gè)粘溫曲線和公式，用此粘溫方程代表一類油品。為了能代表現(xiàn)場計(jì)量的油品種類，本實(shí)驗(yàn)一共采樣了22種原油，對(duì)其進(jìn)行了分類。

根據(jù)油品的各項(xiàng)物性參數(shù)，將22種油品分成4組。由于這22種油品有比較廣的代表性，因此現(xiàn)場計(jì)量的所有油品基本都可以劃分到這4組中。以這22種油品為基礎(chǔ)，建立所有油品物性的數(shù)據(jù)庫。

各組油品的種類如下：

第一組油品凝點(diǎn)低于-10℃，粘度非常小，含蠟量較低，粘溫曲線變化平緩，在正常輸油溫度下性質(zhì)好、粘度小。

第二組油品凝點(diǎn)普遍低于0℃，粘度比較低，含蠟量較低，粘溫曲線變化平緩，在正常輸油溫度下油品性質(zhì)比較好。

第三組油品凝點(diǎn)在10℃左右，粘度偏大，含蠟量中等，溫度在20℃以下時(shí)粘溫曲線變化較大，正常輸油溫度下油品有可能會(huì)發(fā)生粘度變化較大的情況。

第四組油品凝點(diǎn)比較高，含蠟量比較大，粘度變化劇烈，容易結(jié)蠟，只有在高溫下才能輸送和計(jì)量，雖然油品凝點(diǎn)比較高，但是在高溫輸送時(shí)粘度并不大。

2 油品物性和環(huán)境溫度對(duì)刮板流量計(jì)誤差的影響研究

2.1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

本實(shí)驗(yàn)是在室內(nèi)建立環(huán)道，模擬現(xiàn)場流量計(jì)計(jì)量油品的流程、油品溫度和刮板流量計(jì)的環(huán)境溫度，用刮板流量計(jì)計(jì)量不同油溫和環(huán)境溫度下油品的流量，并與標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)示數(shù)相比較，得到計(jì)量油品時(shí)的油溫、環(huán)境溫度與計(jì)量誤差的關(guān)系。

同時(shí)本實(shí)驗(yàn)還要選取另一種粘度差別比較大的油品，在計(jì)量一種油品時(shí)，按照不同的比例混入另一種油品，即通過模擬現(xiàn)場切換輸送油品時(shí)的計(jì)量過程，研究切換油品輸送時(shí)油品粘度對(duì)刮板流量計(jì)誤差的影響。

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果和分析

分別對(duì)沙輕和普魯托尼油品做實(shí)驗(yàn)，穩(wěn)定運(yùn)行后，記錄刮板流量計(jì)的累積流量。可得出結(jié)論：

（1）在沙輕油品的輸油溫度范圍10℃-20℃內(nèi)，流量計(jì)計(jì)量值變化不大，誤差基本一致，這是因?yàn)樵?0℃-20℃之間沙輕的粘度變化并不大，因此流量計(jì)測量流量變化不大，誤差在-0.1左右。

（2）在油溫不變時(shí)，流量計(jì)測量流量隨刮板流量計(jì)的環(huán)境溫度下降而上升，說明環(huán)境溫度的下降會(huì)通過流量計(jì)外殼降低通過油品的粘度，從而減少漏流量，流量計(jì)誤差向正方向改變。

（3）對(duì)于沙輕油品，刮板流量計(jì)的環(huán)境溫度在4℃以上時(shí)，流量計(jì)示數(shù)的變化幅度幾乎不變化，到-10℃計(jì)量誤差才稍有變化，原因是沙輕的粘度比較小，粘度變化平緩，所以溫度的變化對(duì)流量計(jì)計(jì)量的影響不大。

2.3 小結(jié)

通過環(huán)道實(shí)驗(yàn)，可以發(fā)現(xiàn)刮板流量計(jì)的計(jì)量誤差有以下規(guī)律。

2.3.1 流量計(jì)計(jì)量誤差隨油溫和環(huán)境溫度變化，但環(huán)境溫度對(duì)誤差的影響更大。

2.3.2 油品的粘溫曲線越陡、粘溫關(guān)系變化越劇烈，流量計(jì)誤差隨溫度的改變越大。

2.3.3 影響流量計(jì)誤差的一個(gè)主要因素是粘度，而且誤差和粘度有一對(duì)應(yīng)關(guān)系。在環(huán)境溫度15℃時(shí)：粘度在20mPa.s以下時(shí)誤差為負(fù)，在-0.1左右；粘度20mPa.s-40mPa.s時(shí)誤差變化劇烈，從負(fù)值變?yōu)?左右；粘度在40mPa.s以上時(shí)，誤差開始變正，且隨粘度變化緩慢。

2.3.4 當(dāng)環(huán)境溫度小于15℃時(shí)，流量計(jì)誤差在本身誤差上向正方向偏移，偏離值與油品自身粘度有關(guān)。對(duì)于普魯托尼油品，誤差約偏離到0.2左右；對(duì)于沙輕油品，誤差偏離到-0.06左右。

3 流量計(jì)腔室結(jié)蠟規(guī)律研究

3.1 室內(nèi)結(jié)蠟實(shí)驗(yàn)

3.1.1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

外界環(huán)境溫度比較低時(shí)，當(dāng)油品經(jīng)過刮板流量計(jì)腔室，容易在腔室內(nèi)壁及刮板上結(jié)蠟。但由于結(jié)蠟現(xiàn)象發(fā)生在內(nèi)部，拆開流量計(jì)外殼也不能確認(rèn)結(jié)蠟確實(shí)存在。所以本實(shí)驗(yàn)的目的是確認(rèn)含蠟量一定時(shí)油品確實(shí)能夠在不銹鋼上結(jié)蠟，同時(shí)研究發(fā)生結(jié)蠟的溫度區(qū)間。

本實(shí)驗(yàn)在室內(nèi)建立旋轉(zhuǎn)結(jié)蠟裝置，選取20種油品，通過保持油品和環(huán)境溫度，經(jīng)過一段時(shí)間后，看內(nèi)壁是否有結(jié)蠟發(fā)生，并稱量每一種油品的結(jié)蠟量。

3.1.2 實(shí)驗(yàn)方法

先將油品倒入油槽，通過電加熱把油溫維持在凝點(diǎn)以上8～9℃。開啟水浴，維持外壁溫度恒定。實(shí)驗(yàn)過程中降低油溫，運(yùn)行10小時(shí)后，若沒有結(jié)蠟發(fā)生，繼續(xù)降溫，直到有結(jié)蠟發(fā)生。改變油槽外壁溫度，可發(fā)現(xiàn)結(jié)蠟現(xiàn)象有所不同。用棉花擦拭掉蠟沉積物，用電子天枰進(jìn)行稱量。

3.1.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果和分析

（1）環(huán)境溫度在凝點(diǎn)、油溫在凝點(diǎn)3℃以上左右時(shí)就已經(jīng)有明顯的結(jié)蠟現(xiàn)象。

（2）當(dāng)油溫和環(huán)境溫度的變化量一樣時(shí)，環(huán)境溫度對(duì)結(jié)蠟的影響要大。

（3）即使油品含蠟量差不多時(shí)，各個(gè)油品在同樣的溫度區(qū)間時(shí)結(jié)蠟量卻相差很大，因此油品的結(jié)蠟是一種較為復(fù)雜的現(xiàn)象，除了溫度和含蠟量，還受一些操作條件的影響。

（4）當(dāng)油品含蠟量大于6wt%時(shí)，實(shí)驗(yàn)中就已經(jīng)可以觀察到結(jié)蠟現(xiàn)象。

所以從本實(shí)驗(yàn)可以看出，在合適的條件下，油品確實(shí)會(huì)結(jié)蠟，而結(jié)蠟的影響因素主要是環(huán)境溫度和油溫，且環(huán)境溫度影響更為劇烈。