交接計量儀表及體積管的標定

劉亮，陸地

(中國石油集團工程設(shè)計有限責任公司 北京分公司，北京100085)

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交接計量儀表及體積管的標定

劉亮，陸地

(中國石油集團工程設(shè)計有限責任公司 北京分公司，北京100085)

介紹了原油外輸計量標定系統(tǒng)中流量計以及標定裝置的選型，并對交接計量撬、體積管、活塞式體積管的標定進行了分析。針對油田產(chǎn)量高、外輸管線直徑較大的特點，選擇液體超聲波流量計用于貿(mào)易交接計量。在液體超聲波流量計標定裝置的選擇上，結(jié)合項目實際，可以考慮球式體積管或活塞式體積管進行現(xiàn)場標定。現(xiàn)場實流標定，需要對介質(zhì)的溫度、密度、壓力等參數(shù)進行修訂。

液體超聲波流量計 交接計量撬 固定體積管 活塞式體積管 水標撬

根據(jù)API規(guī)范的規(guī)定，可以用于交接計量的流量計包括：渦輪流量計、容積式流量計、質(zhì)量流量計、超聲波流量計。由于渦輪流量計、容積式流量計可動部件較多，容易出現(xiàn)故障。海外油田可依托的工業(yè)基礎(chǔ)較差，沒有能力做到現(xiàn)場維護保養(yǎng)更換，渦輪流量計、容積式流量計不適合海外油田交接計量。而質(zhì)量流量計的口徑無法做的太大，這就要求外輸管線要分成多列才能滿足交接計量的要求。從經(jīng)濟性角度來看，質(zhì)量流量計不適合大口徑外輸管線的交接計量。

1 交接計量撬的選擇

筆者所做的西非某項目，原油為高凝油，凝點為41℃，也就是說當溫度低于41℃時，原油就可能凝結(jié)在管線內(nèi)，對原油外輸造成很大的困難。原油外輸管線為300km，原油通過6個加熱閥室的接力，將原油送到煉油廠。交接計量撬位于喂油泵與外輸泵之間，由于喂油泵對交接計量撬的壓損要求較高，在正常計量時壓損不得大于0.1MPa，在交接計量撬標定時，其壓損不得大于1.6MPa。同時要考慮反輸計量，當外輸原油質(zhì)量不合格被打回，或煉油廠的原油儲罐已滿，不能繼續(xù)外輸時，需要反向計量。通過對多種流量計的比選，最終選定采用液體超聲波流量計，外輸管線為DN250，外輸流量計的測量范圍為0～250m3/h。該項目同時采用了1套DN300的標準體積管，用于標定液體超聲波流量計，再用4×400m3的標定罐標定體積管。按照API規(guī)范的規(guī)定：標定溫度為15℃，而國內(nèi)的計量法規(guī)定：標準的標定溫度為20℃。

2 交接計量撬的標定

西非白天的溫度高達42℃，為避免過大溫差，標定時間從24：00開始。溫度偏差可以依據(jù)API MPMS 7中的公式來修正。但依據(jù)API MPMS 7第8.4的規(guī)定：交接計量撬的標定的溫度差不得大于0.1℃，體積管的標定的溫度差不得大于0.05℃。

標定計量撬的體積管可分為球式體積管和活塞式體積管。

2.1 采用球式體積管標定計量撬

球式體積管控制器應(yīng)具有脈沖插入技術(shù)，球式體積管標定計量撬的過程如下：

1) 首先標定流量值為100%時的流量計的輸出，打開位于流量計與球式體積管間的手動閥門，此時的流體通過球式體積管，將位移器推動移位，當位移器從初始段的檢測開關(guān)D1經(jīng)過時，開始記錄脈沖。D1為第一檢測開關(guān)，D2為第二檢測開關(guān)。

2) 當位移器到達球式體積管末端的檢測開關(guān)D2時，計數(shù)結(jié)束，并保證上位機記錄至少1×104個脈沖。

3) 打開四通閥，在流體的流向不變的情況下，讓位移器從球式體積管末端流回到初始端，位移器觸發(fā)到D2時開始計數(shù)，當位移器觸發(fā)到D1時，計數(shù)結(jié)束，并保證上位機記錄至少1×104個脈沖。

4) 當100%流量標定完后，打開流量計后的調(diào)節(jié)閥，使標定流量計所在管線的流量值為滿量程的75%，并把備用管線上的調(diào)節(jié)閥同時開25%。重復上述過程，在位移器運行12圈后，在每圈的重復度低于0.14%的情況下，根據(jù)API MPMS 5.8的規(guī)定，此時不確定度為0.027%。

5) 當75%流量標定完后，再標定50%和25%的流量值。當都滿足API MPMS 5.8的要求后就可以認為標定成功。將該標定表所在管線的流量回復到100%流量。

6) 標定完畢后，關(guān)閉位于流量計與球式體積管間的手動閥門，然后用柴油清洗球式體積管，將清洗液用泵打到閉式排放罐內(nèi)。

根據(jù)筆者的實際經(jīng)驗，一定要采用1套交接計量撬專用的上位機，用于控制計量時切換流程，不能將切換流程的控制交給DCS來完成，因為DCS控制功能難以符合工程及計量撬廠家的要求。

上位機選用工控機或便攜機，具有中文操作界面及中文輸出，應(yīng)配有必需的應(yīng)用軟件。上位機應(yīng)能夠顯示計量系統(tǒng)的工藝流程圖以及標定過程中的動態(tài)流程，接收流量計算機采集的脈沖值，并按照用戶要求對數(shù)據(jù)進行處理，計算結(jié)果以表格形式進行打印輸出。

每次標定完流量計后，必須清洗球式體積管，可采用柴油進行清洗，洗后的柴油可以直接排到現(xiàn)場的閉式排放罐內(nèi)，然后再通過閉式排放罐打回到三相分離器內(nèi)重新分離，這樣既可節(jié)約工程費用，又可以廢物利用，提高效益。

2.2 采用活塞式體積管標定計量撬

采用活塞式體積管標定具有占地面積小、檢定時間短、投資費用低等優(yōu)點，在交接計量撬的標定中得到廣泛應(yīng)用。但是根據(jù)API MPMS 5.8的規(guī)定，液體超聲波流量計不宜直接應(yīng)用活塞式體積管進行標定。

在交接計量撬安裝面積有限的場所，可以選用渦輪流量計作為主表標定交接計量撬中的液體超聲波流量計，然后應(yīng)用活塞式體積管標定渦輪流量計。該方案發(fā)揮了活塞式體積管標定的優(yōu)勢，同時能夠滿足API設(shè)計規(guī)范的要求，作為一種可選方案，在實際項目中得到了驗證。

3 體積管檢定

體積管檢定可以采用容積法和質(zhì)量法。容積法的標準器為標準金屬量器，檢定由一套水標定系統(tǒng)組成；質(zhì)量法的標準器為秤。該項目采用容積法進行檢定，水標定系統(tǒng)包括：二等標準金屬量器、換向器或電磁閥、水箱或水池、水泵、閥門及連接管線等。

采用容積法檢定體積管時，體積管的入口直接與水泵連接，出口與檢定裝置相連。根據(jù)體積管的標準容積選定并分配標準器，選用1臺或幾臺標準器，并確定使用次數(shù)。檢定過程如下：

1) 排氣。啟動水泵，向體積管內(nèi)注水，打開各個排氣閥，使水流經(jīng)體積管、換向器和標準器流回水池。經(jīng)過一段時間的水循環(huán)，確認排氣閥已無氣體排出時，關(guān)閉排氣閥。

2) 在進行水循環(huán)的過程中，測量體積管入口、出口、標準器及水池的水溫，確認整個水循環(huán)系統(tǒng)的水溫基本達到恒定時，即可進行檢定。

3) 用調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)流量，以確認置換器通過檢測開關(guān)D1和D2時的流量。為保證置換器能夠以同一速度經(jīng)過D1和D2，在檢定過程中調(diào)節(jié)閥的開度應(yīng)保持一致。置換器在D1和D2間運行時，可以適當加大流量，流量大小應(yīng)以所用標準器能連續(xù)倒換為準。

4) 初始位置時換向器將水流導向旁通側(cè)，啟動置換器運行。

5) 當置換器按一定的流量觸發(fā)檢測開關(guān)D1時，啟動換向器運行，換向器將水流從旁通側(cè)切換至標準器側(cè)，開始計量。讀取體積管出口的壓力值，作為該次檢定時體積管的壓力，并讀取體積管進、出口處的溫度。

6) 置換器在2個檢測開關(guān)間運行時間應(yīng)小于5min，按以上程序進行檢定，檢定次數(shù)不少于3次。

用標準水標罐標定體積管，應(yīng)進行連續(xù)的標定，只有連續(xù)5次標定結(jié)果的重復性在0.02%的范圍內(nèi)，檢定數(shù)據(jù)才有效。

體積管檢定通常采用水作為檢定介質(zhì)，要求水質(zhì)清潔、無氣泡雜質(zhì)。檢定應(yīng)使用循環(huán)水，要求有足夠的水量，水量應(yīng)該大于體積管設(shè)計容量的2～3倍。在檢定過程中水溫應(yīng)保持穩(wěn)定，一次試驗中，溫度變化應(yīng)小于1℃。

從被檢體積管出口到標準器間的輔助管線應(yīng)盡可能短，彎頭應(yīng)盡可能少。其容積與體積管標準容積之比應(yīng)小于10%，并要求泵的吸入口遠離回水管的出口，回水管的出口應(yīng)浸入水中。在標定前應(yīng)檢查體積管連接處的密封性，要求在檢定壓力下能持續(xù)工作10min。

4 交接計量儀表的送檢

交接計量儀表也可以送到歐洲或北美去標定，但費用較高。目前國際上具有檢定資格的機構(gòu)主要有以下幾個：

1) 荷蘭鹿特丹NMI有檢定裝置?？梢詷硕―N300～DN750的流量計，流量范圍：65～3×104m3/h，壓力：0.9～6.1MPa，不確定度：0.22%。

2) 德國PIGSAR有實流標定裝置?？梢杂糜跇硕?～DN500的流量計，流量范圍：8.0～6.5×103m3/h，壓力：1.6～5.0MPa，不確定度：0.16%。

3) 美國CEESI IOWA?？梢詷硕―N100～DN900的流量計，流量范圍：10～3.398×104m3/h，壓力：0～7.2MPa，不確定度：0.23%。

4) 加拿大TCC。可以標定DN80～DN750的流量計，流量范圍：20.0～5.5×104m3/h，壓力：0～7MPa，不確定度：0.19%。

5 結(jié)束語

交接計量撬的選擇以及標定受多種因素的影響，在設(shè)計過程中應(yīng)結(jié)合項目實際，選擇適合項目要求的解決方案。

1) 所選交接計量撬應(yīng)符合相關(guān)國際規(guī)范或所在國計量規(guī)范的要求。

2) 根據(jù)項目投資以及現(xiàn)場實際，所選交接計量撬的標定裝置應(yīng)符合經(jīng)濟實用、易于維護、便于標定的要求。

3) 由于交接計量儀表在出廠前標定時都使用水來完成，但在現(xiàn)場都是用實流來標定，而原油的物性千差萬別，對流量計的標定需要進行各種參數(shù)的修訂，尤其是溫度、密度及壓力的修訂。

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Calibration of Custody Transfer Metering Instrument and Volume Prover

Liu Liang， Lu Di

(Beijing Branch Company, China Petroleum Engineering Co. Ltd., Beijing ,100085, China)

s：Type selection of flowmeter and calibration equipment for crude oil custody transfer metering system are introduced. The calibration for custody interfix metering skid, volume piping prover skid, compact piping prover skid is investigated. Aiming at characteristics of high output, large diameter of external pipeline, liquid ultrasonic flowmeter is recommended to be used for commercial metering. Concerning on selection of liquid ultrasonic flowmeter calibration device, spherical volume tube or piston volume tube can be used for on-site calibration with combining actual condition. The parameters of temperature, pressure and density need to be amended when carrying out actual calibration on site.

liquid ultrasonic flowmeter; custody interfix metering skid; volume piping prover skid; compact piping prover skid; water drawing skid

劉亮(1970—)，男，現(xiàn)工作于中國石油集團工程設(shè)計有限責任公司北京分公司，主要從事石化工程設(shè)計工作，任高級工程師。

TP202

B

1007-7324(2016)05-0058-03

稿件收到日期：2016-06-28，修改稿收到日期：2016-07-28。