流量計體積管檢定系統(tǒng)改造分析

楊小燕

摘 要：本文分析了體積管檢定流量計的原理和檢定過程中的干擾因素及其產(chǎn)生的計量誤差，針對存在的問題，將體積管標準裝置升級改造為靜態(tài)質(zhì)量法液體流量標準裝置，并分析該套改造裝置的優(yōu)勢。

關(guān)鍵詞：體積管；檢定誤差；靜態(tài)質(zhì)量法液體流量標準裝置

中圖分類號：TH814 文獻標識碼：A 文章編號：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

體積管作為準確度較高的流量校驗基準器，是中國石化每個企業(yè)必備的標準裝置，多數(shù)用于原油流量計的在線檢定。中國石油化工股份有限公司洛陽分公司（以下簡稱“中國石化洛陽分公司”）原油體積管標準裝置建于1996年，是公司流量計檢定的最高計量標準，準確度等級為0.05級。

體積管是準確度等級較高的流量校驗基準器，若體積管失準，則會通過量值傳遞影響流量計的準確性。因此，筆者從體積管的原理及構(gòu)造對該類型標準裝的優(yōu)缺點進行分析。

1 標定體積管與體積管檢定流量計

體積管主要由管體、標準容積段、置換器、檢測開關(guān)、閥和密封轉(zhuǎn)換機構(gòu)及控制系統(tǒng)等組成。體積管管體內(nèi)表面要具有良好的耐磨、耐油和耐腐蝕性。標準容積段的管件和彎頭要求是圓截面的、等直徑的、光滑的，管段連接部分應同心、平滑無臺階，所有焊接處平整光潔。

1.1 體積管檢定流量計的基本原理

當流體穩(wěn)定地流經(jīng)體積管和被檢流量計時，置換器（彈性球）在管內(nèi)被液體推動，觸發(fā)起始和終止檢測開關(guān)，記錄被檢流量計此時的脈沖數(shù)。對置換器置換出2個檢測開關(guān)之間的流體體積和流量計脈沖數(shù)所對應的體積進行比較，確定流量計的系數(shù)，進而確定流量計的示值誤差。

1.2 標定體積管程序

①初始位置為轉(zhuǎn)向器將水流導向旁通側(cè)，啟動置換器；②當置換器按一定的流量觸發(fā)檢測開關(guān)1時，啟動轉(zhuǎn)向器將水流從旁通測切換至標準量器側(cè)，開始計量，同時讀取體積管進出口平均溫度；③置換器在兩個檢測開關(guān)之間運行時間不小于5min，減少換向造成的誤差；④以穩(wěn)定的流量觸發(fā)檢測開關(guān)2，同時將水流換至旁通側(cè)，完成一次檢定；⑤以上檢定程序連續(xù)進行，檢定次數(shù)不少于3次[1]。通過標準量器來標定體積管的標準容積。從以上步驟可看出，體積管的標定是以一固定流量來進行的。

2 體積管檢定的誤差分析

2.1 檢測開關(guān)對標準體積管基準容積的影響

檢測開關(guān)安裝在標準管的進口及出口，需具備足夠的發(fā)訊靈敏度和可靠性才能控制電子脈沖計數(shù)器，因此，檢測開關(guān)的靈敏度及分辨力對標準體積管的準確度具有直接影響。

2.2 流量大小對標定體積管的影響

標定體積管時是在一個固定的流量點下進行的。而體積管檢定流量計則根據(jù)流量計的測量范圍，在多個流量點下進行檢定。體積管在自身材料（不銹鋼或碳鋼）、流量、溫度及壓力的影響下，材料的膨脹系數(shù)較小，在靜止狀態(tài)下標準體積的變化可忽略不計。但是，標準體積的測量涉及密封，是一個動態(tài)的過程，無法保證不同流量下置換器的泄露率完全一樣，且在不同流量下，置換器運行速度不同，觸發(fā)檢測開關(guān)也速度不同。在相同體積下，在大流量下，檢定時間短，換向時間與檢定時間的比值較大，由此導致不確定度增大。

2.3 置換器對檢定過程的影響

置換器在標準體積管工作過程中起到置換、發(fā)訊、密封和清管的作用，必須始終和體積管壁保持良好的密封狀態(tài)。若密封出現(xiàn)泄漏，當檢定單行程時，體積管內(nèi)的部分液體會在置換器碰觸檢測開關(guān)前滑過置換器，被檢定的流量計反而會修正標準管的體積。因此，要求置換器的直徑比體積管內(nèi)徑大2%～4%，不圓度不得超過1mm，并在工作條件下保持良好的機械性能。

2.4 溫度對檢定數(shù)據(jù)的影響

在原油計量交接過程中，溫度（包括室溫和油溫）時常變化，直接影響體積管內(nèi)壁的結(jié)蠟量及原油的黏度，使流量計系數(shù)發(fā)生變化。油溫的變化會影響流量計和標準體積管內(nèi)壁結(jié)蠟量，從而改變流量計系數(shù)。在油溫一定的情況下，體積管的壁溫隨著室溫同時升高，室溫升高時，結(jié)蠟量減小，流量計系數(shù)減??；體積管的壁溫隨著室溫同時降低，室溫降低時，結(jié)蠟量增加，流量計系數(shù)增大。

3 流量計檢定比對系統(tǒng)升級改造

體積管標準裝置在計量特性方面具有準確度等級高、重復性好、操作方便和效率高等特點。但上述4個方面也會對體積管檢定數(shù)據(jù)的準確性產(chǎn)生一定影響。加之分公司體積管的使用年限已達21年，體積管管體、液壓系統(tǒng)已嚴重老化。因此，分公司決定在原有設(shè)備基礎(chǔ)上對流量計檢定比對系統(tǒng)進行升級改造，將體積管標準裝置改造為靜態(tài)質(zhì)量法液體流量標準裝置。

3.1 靜態(tài)質(zhì)量法液體流量標準裝置

靜態(tài)質(zhì)量法是在靜止狀態(tài)下，稱量一段時間內(nèi)容器中的液體質(zhì)量，從而計算出流量。分公司在現(xiàn)有計量站廠房內(nèi)的合適位置設(shè)置該套標準裝置，其主要包含電子秤、稱量罐、換向器、緩沖水槽、放水閥和落水管等。

3.1.1 靜態(tài)質(zhì)量法液體流量標準裝置運轉(zhuǎn)方式。整套裝置中的介質(zhì)為新鮮水。檢定流量計時，整套設(shè)備內(nèi)的介質(zhì)通過泵從計量站南側(cè)罐內(nèi)抽出，介質(zhì)通過換向器從落水管流入稱重罐內(nèi)，稱重結(jié)束后，換向閥關(guān)閉，新鮮水進入原來的循環(huán)系統(tǒng)。稱重罐內(nèi)的水經(jīng)過罐底部的球閥進入緩沖水槽內(nèi)，經(jīng)DN150管道進入壓送罐，由凈化風送至水罐，循環(huán)使用。

3.1.2 標定靜態(tài)質(zhì)量法液體流量標準裝置。根據(jù)《質(zhì)量法液體流量標準裝置檢定規(guī)程》（JJG 164—2000）[2]之5.2.5衡器檢定規(guī)定，在使用量限范圍內(nèi)至少取10個均勻分布點（[j=1，2，…m，m10]）。用標準砝碼從[j=1]逐步加載到[j=m]，完成第一次檢定；再從[j=m]逐步卸載到[j=1]，完成第二次檢定。分別記錄各點的加載質(zhì)量、卸載質(zhì)量和衡器讀數(shù)。重復進行n（n≥10）次檢定。由此得出，標定衡器是在其測量范圍內(nèi)不同點進行的。使用靜態(tài)質(zhì)量法液體流量標準裝置檢定流量計時，在靜止狀態(tài)下，在衡器的稱量范圍以內(nèi)，可以針對流量計的不同流量進行多次檢定。

3.2 兩套檢定裝置比較分析

兩套裝置準裝置的準確度一般都可達到0.05%。都可以檢定介質(zhì)為水、油的流量計。但是，從上述標定的過程可以看出，標定體積管是在某一流量點下進行的，標定液體流量標準裝置是在不同質(zhì)量點下進行。而檢定流量計則需要在流量范圍內(nèi)選擇不同的流量點進行。因此，液體流量標準裝置會更接近流量計實際情況。

3.3 改造升級后的優(yōu)點

①分公司內(nèi)部現(xiàn)使用的質(zhì)量流量計（A、B級）為380臺，約占總流量計37%，使用靜態(tài)質(zhì)量法流量檢定系統(tǒng)則能夠直接得出質(zhì)量流量，大大提高了檢定工作效率。

②此前大部分質(zhì)量流量計，檢定費用高，且檢定周期較長，對裝置流量計的正常使用有較大影響。現(xiàn)升級改造后，可在分公司內(nèi)部每年進行約300臺質(zhì)量流量計的檢定及數(shù)據(jù)校準，年節(jié)省檢定費用約50萬元，且大大縮短流量計外送檢定周期。

③靜態(tài)質(zhì)量法液體流量標準裝置自身準確度較高，運行穩(wěn)定性較好，與體積管標準裝置相比，不存在檢測開關(guān)靈敏度低、分辨能力弱，置換器變形，體積管內(nèi)壁因結(jié)蠟、腐蝕、磨損因素導致標準容積改變等諸多不穩(wěn)定因素。

④靜態(tài)質(zhì)量法液體流量標準裝置，還可以對電磁流量計、渦街流量計等速度式流量計進行檢定比對。

4 結(jié)語

此套標準裝置改造完成后準確度等級達到0.05，在廠內(nèi)進行B級、C級流量計的檢定、校準及期間核查的資質(zhì)。分公司在今后的計量檢定工作中將不斷提高流量計的檢定質(zhì)量，憑數(shù)據(jù)指揮生產(chǎn)，監(jiān)控工藝，檢驗成品，為管理和決策提供有力可靠的計量依據(jù)。

參考文獻：

[1]中華人民共和國石油工業(yè)部.原油動態(tài)計量用標準體積管檢定容積式流量計的操作規(guī)程：GB 9109.4—1988[S].北京：中國保準出版社，1988.

[2]中國計量科學研究院.液體流量標準裝置檢定規(guī)程：JJG 164—2000[S].北京：中國保準出版社，2000.