车载式标准体积管的设计与加工

龚中伟，王云岭，张劲东

1.中国石化江苏油田分公司采油一厂 （江苏 扬州 225265）

2.中国石化江苏油田分公司安全环保处 （江苏 扬州 225200）

0 引言

车载式体积管是原油外输流量计重要的量值溯源标准器。通过实施在线实流检定，避免流量计离线检定因装卸、运输产生的震动和损坏风险，消除温度、压力、流量、黏度和密度等介质差异产生的系统误差，确保流量计准确度优于±0.2%。

江苏油田虽然产量规模小，但地处水网地区，地域分散，输油管网无法连片，生产原油就近处置销售。在扬、泰、淮等3市5县分布8个原油集输站共18台外输流量计，按照GB/T 9109.1—2010《原油动态计量 一般原则》［1］，配备一台车载式体积管（以下简称体积管）实施实流检定。2015年由于一台体积管出现四通阀故障和标准管段涂层脱落，重复性超过0.02%，且接近资产报废。为实施流量计在线检定，对外租赁体积管费用40万元/年，为节省装备投资，因此决定订制新体积管，以满足生产需要。

1 整体设计和加工

经过市场调研，依据符合标准、工艺先进，经济合理、质量可靠的原则，编制了《车载式双向体积管技术规格书》，以指导新体积管的建造和采购。

1）按照GB/T 17286.2—2016《液态烃动态测量体积计量流量计检定系统 第2部分：体积管》［2］规定的一组检定脉冲数不少于10 000个，置换球运行速度≤3 m/s要求；依据检定介质为原油，最大流量＜200 m3/h，压力＜2.5 MPa等运行参数，最终确定体积管标准管段长度为20 m，容积0.98 m3，直径250 mm。体积管结构示意图如图1所示。

图1 体积管结构示意图

2）整体制作撬装折叠式，尺寸符合车辆运输要求，在联盟庄集输站库房建造一个轨道式活动平台（图2），通过牵引装置移动，再用吊车对体积管实施装卸作业。虽然工作量较大，但节省了车辆配置和维护费用。

图2 轨道式移动平台

2 关键部件工艺和检定方案选型设计

1）四通换向阀和检测开关。换向阀是体积管的核心部件，不仅要消除阀芯换向坐标偏移和漏失，还要避免换向时产生水击、压降和震动。根据之前电动换向阀存在密封时间不好控制、阀芯密封圈与阀体容易挤压损坏、换向机构复杂、出现换向停滞等问题，采用配备自锁功能ROTORK电动执行器的将军换向阀，确保换向准确，密封可靠。其原理是电动执行器根据换向指令，带动燕尾状阀芯完成提升、90°旋转和下降3个动作，与阀芯一体的2个C型密封滑片同步完成收缩、换向和扩张动作，滑片上氟化橡胶圈在阀芯挤压下与阀体密封，形成2个互不相通的密封腔，实现流体的换向功能。图3为换向阀结构简图。

图3 换向阀结构简图

通过与阀腔连通的压力表，检验密封腔与阀腔的密封效果。换向停止后阀腔压力为0，或阀腔压力低于管网压力且稳定时，2个密封腔密封正常，电动执行器也显示密封到位（图4）。检测开关选用机械式光电转换结构，防爆等级ExdIIBT4，配套置换器为充甘油的氯丁橡球，过盈量≤3%。

图4 换向阀密封效果示意图

2）标准管段加工工艺。标准管段加工及涂层质量，将影响体积管的使用寿命。根据GB/T 17286.2—2016［2］对标准管段的技术要求，选用20#钢的无缝钢管，内径圆度≤1 mm，弯头与直管采用法兰连接，避免产生隐形焊瘤损坏置换器。内壁涂层采用粉沫烧结工艺，较之前的化学剂涂敷，不仅增强了强度、韧度、光洁度和耐摩系数，也提高了对酸碱的耐腐蚀度。

3）体积管的残留原油扫线工艺设计。流量计检定须在外输状态下实施，受油船、航道、库存和销售计划等因素影响，运销部门检定前精心编排检定计划,每天须完成1个集输站检定,否则影响计划实施。检定后体积管内残留原油迅速安全环保排放，能够提高检定效率。江苏油田原油平均凝固点≥40℃，如不迅速排放，会凝结在管段内。为此，配备安装了小型空气压缩机和氮气扫线装置，一般用压缩空气通过排污管线将残油排放到污油池内。在不具备排放条件时，则用携带氮气瓶将用氮气将残油吹扫入管网系统。

4）采用TN-S安全供电模式，PLC控制系统、温度压力传感器和调节阀均采用稳定成熟产品，确保换向控制，温度、压力数据和脉冲信号的采集、显示和传输准确可靠。

5）体积管检定方案。根据JJG 209—2010《体积管检定规程》［3］检定规程，为保障首次和后续周期检定，配备500 L标准容器、水泵等设备，和水池、管线等水电工艺配套。上述资产基本3年使用一次，使用前需投入设备维护、标准器送检和体积管清洗等工作。经过调研协商，委托胜利油田检测中心承担体积管清洗、维护与检定，该单位也是国家原油天然气大流量计量站东营分站（以下简称东营分站），具有体积管检定的资质和技术条件。苏鲁二地交通物流方便快捷，5 h内即可到达。因此，在编制技术规格书时，将工艺和电气系统与东营分站方面检定装备相匹配，作为建造与验收约定条款，2019年3月已完成了委托检定。此举为油田企业专业化溯源资源合作与共享，提供了一种创新与双赢模式。

3 体积管验收与使用

1）依据技术规格书，物资装备部门经过招标筛选，确定技术成熟、信誉可靠的建造商中标。体积管建造期间，技术人员二次驻厂参与建造监督，确保符合技术和质量要求。

2）2018 年初，按照 GB/T 9109.3—2014《体积管安装技术要求》［4］，组织相关专家对体积管制造质量和技术参数进行验收，并经东营分站首次和后续检定合格（表1），不再租赁体积管。以此编制了《车载式体积管操作维护规范》企业标准，作为体积管维护和流量计检定操作指导性文件。

表1 体积管检定数据

为确定体积管稳定性，于2019年9月，选择了1台编号为82-157的UF-Ⅱ螺旋转子流量计，与江苏油田和东营分站体积管进行核查比对，按照JJF 1033—2016《计量标准考核规范》［5］方法，计算扩展不确定度En。

式中：YL为江苏油田检定的准确度；YR为东营检定站检定的准确度；U为设定的不确定度。

经过核查比对扩展不确定度En=0.07，符合JJF 1033—2016 《计量标准考核规范》En＜0.7 的要求［5］（表 2）。

表2 UF-Ⅱ螺旋转子流量计核查比对数据

4 结论

1）体积管价格高，使用周期长，是油田企业重点计量装备，关系企业效益与信誉。在符合标准前提下，需结合现场实际，科学合理设计结构和型式、四通阀、检测开关和标准管段等关键部件，要选用成熟可靠的产品与工艺，确保使用年限和质量周期达到设计要求。

2）要“因器施策”，打破小而全的传统观念，加强溯源资源的合作共享，避免资产重复投资和闲置。依托胜利油田体积管检定资源和撬装折叠式，可减少检定配套设备和车辆投资120多万元。

3）“扬、泰、淮、苏、中”地区石油化工行业发达，但移动式流量校验设备缺乏。下步将取得地方政府技术监督机构标准的考核授权，将体积管纳入区域流量溯源网络，为相关企业提供流量检定服务。