刮板流量计检定结果修正研究

陈文琳，王华杰，丁昭

1.新疆维吾尔自治区计量测试研究院 （新疆 乌鲁木齐830011）

2.中国石油吐哈油田分公司 技术监测中心 （新疆 鄯善838200）

0 引言

随着经济全球化水平不断发展，原油作为一种商品已经越来越多地参与到国际贸易市场中。作为原油交接贸易中的重要环节，原油的计量交接也被大家越来越重视[1]。原油贸易交接计量的准确性，影响着供、销、运输等多方的经济效益。刮板流量计是常用的原油计量交接器具[2]。刮板流量计利用机械测量元件把流动的液体连续不断地分割成单个体积部分，以计量液体总体积量，目前广泛应用于我国石油类产品的计量。刮板流量计的核心结构组成包括上盖、计量体、凸轮、滚子、内壳体、转子体、刮板、轴承、齿轮组、器差调整器（精度修正器）、计数器、表头等。刮板流量计经过精密加工后，上盖、内壳体和刮板、转子间可形成具有精确容积的计量腔。滚珠轴承上的转子带着刮板转动的过程中，会有固定体积的原油介质排出，齿轮组会将刮板转动的次数输送到表头，而表头的计数器则根据齿轮组与体积的换算，再将转动的次数转换为实际测量的体积，完成对原油介质的体积计量[3]。带有远传脉冲输出的流量计则进一步通过磁电感应方式将机械转动转换成脉冲信号，通过流量计输出脉冲数及对应的仪表系数，来获取其所传输的液体体积。刮板流量计具有测量准确度高、计量特性一般不受流体状态的影响，也不受雷诺数大小的限制，轴承和刮板耐磨、防腐、防砂、稳定性好等特性[4]。

影响刮板流量计精度的因素大致有介质温度[5-7]、介质黏度、仪表振动和计量腔室磨损等[8]。当温度越高时，黏度越小，泄漏量越大；当温度越低时，黏度越大，泄漏量越小[9]。而计量腔室的磨损会导致刮板流量计的漏失量变大[10]，进而使得测量误差产生“负”向变化。用体积管对刮板流量计进行在线检定[11]，既能准确完成刮板流量计的实时检定，同时也不会影响原油的交接计量结果，还可以降低刮板流量计在拆装、运输过程中存在的成本，避免可能会产生的破坏，将企业经济效益最大化[12-13]。

吐哈油田某计量站依据JJG 667—2010《液体容积式流量计检定规程》，用体积管检定一台用于原油计量交接刮板流量计。由于首次检定结果超出了流量计本身所允许的最大测量误差，因此对流量计的示值误差进行修正后再次检定，比较了误差修正前后刮板流量计测量结果的变化情况。

1 刮板流量计检定过程

此次检定对象是1台美国Smith的DN200的刮板流量计，型号为LH8-S3，准确度等级为0.2级，流量范围为73~365 m3/h，流量计仪表系数K为10 L-1。体积管检定流量计的过程中，首先将被检流量计与标准体积管串联安装，检查设备连接情况及仪表参数设置，将流量计在大流量下运行1~5 min后再进行检定。根据贸易交接双方流量计实际使用情况，选择了100、150、220 m3/h 3个检定点，每个点检定3次。

检定过程中经过刮板流量计的原油介质会全部通过体积管，推动体积管内的置换器沿着原油介质流动的方向运动，触发2个检测开关分别发出启、停信号。检定过程中需要准确记录被检刮板流量计发出的脉冲数，此脉冲数经换算可得到检定过程中流过刮板流量计的流体体积QM，将该值与体积管处经过温度和压力修正后的体积Qs比较，即可得到被检流量计的示值误差及修正系数。按要求对各检定点依次检定，得到各点的示值误差及重复性。

其中，体积管处的实际体积V按式（1）计算：

式中：VS为体积管的标准容积，此处为2 012.007 9 L；D为体积管内径，此处为257 mm；ES为体积管材料的弹性模量，此处为2.06×1011Pa；e为体积管壁厚，此处为8 mm；PS为体积管处的液体平均表压力，Pa；βS为体积管的膨胀系数，此处为3.3×10-5℃-1；tS为体积管处原油介质平均温度，℃。

将体积管处的实际体积V按照式（2）换算到流量计检定条件下的累积流量QS：

式中：QS为被检表处的累积流量，L；β为原油介质膨胀系数，℃-1；k为原油介质压缩系数，Pa-1；tm为流量计原油介质平均温度，℃；Pm为流量计液体平均表压力，Pa。

流量计处的累积流量Qm则由采集到的脉冲数N除以仪表系数K得到：

检定后对流量计示值进行修正的系数通常称为MF系数，其值为体积管处的标准体积与被检流量计示值之比[14]：

流量计各检定点各次检定的示值误差(Em)i按照式（5）进行计算：

根据示值误差的检定结果，刮板流量计各检定点的重复性(Er)i通过极差法按照式（6）计算：

式中：[(Em)]imax为流量计第i检定点的最大示值误差；[(Em)i]min为流量计第i检定点的最小示值误差；dn为极差系数，检定次数为3次时，极差系数为1.69。

2 刮板流量计检定结果比较

检定过程中，原油介质的密度为823.3 kg/m3。检定系统经过预热后，将流量调到规定的流量点，运行5 min，开始检定。第1次检定时的相关实验参数及检定结果见表1。

从表1可以看出，测量结果的重复性良好，不超过0.02%，且不同流量点测量结果的线性度也满足要求。但可能刮板流量计在使用过程中由于内部部件与流量计壳体之间的缝隙发生不同程度的改变，使漏油量增大，导致流量计呈现负误差偏移[15]。该刮板流量计误差超出±0.20%的范围，需要对流量计进行误差修正。

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表1 流量计首次检定相关实验参数及检定结果

如图1所示，刮板流量计的转子与器差调整器通过齿轮组形成联动，器差调整器可将转子的机械转动转换为计数器的体积数，并进一步通过磁电信号将机械转动转换成脉冲信号，发送至远传系统。当刮板流量计需要进行误差修正时，可通过调整齿轮组的啮合间隙来调整齿轮转速，从而调整转子转速转换成机械数轮的体积数，实现流量计的示值误差调整。

图1 刮板流量计齿轮传动机构

误差调整的过程中，通过转动器差调整器的转盘来手动调整误差，Smith刮板流量计的器差调整器每格调整量大约为0.05%，转盘上标有“＋－”，逆时针转动器差调整器，即按照“－”的方向进行调整，可以减小齿轮啮合间隙，增大器差调整器的转速，从而增加流量计表头的指示值，可以修正流量计显示的负误差；而顺时针方向调整时结果相反。该误差修正方法对于具备器差调整器的刮板流量计是通用的，但调整结果的准确性取决于齿轮组的加工精度，加工精度越高，每格0.05%的调整量越准确。

该流量计器差调整器每调一格，对应的理论误差变化为0.05%，根据示值误差，将器差调整器逆时针调整5格，测量结果增加0.25%，则流量计示值误差理论上接近于0。调整后再次对流量计进行检定，检定结果见表2。

表2 流量计检定调整误差后相关实验参数及检定结果

从检定结果可以看出，刮板流量计经过修正以后，误差增大了约0.33%，与修正前预期的0.25%的误差有一定差距，如图2所示，说明器差调整器的实际精度修正与理论值存在差距，这是检定人员在实际工作中需要注意的地方。流量计检定结果的重复性反应了流量计运行的稳定情况以及数据的分散性，重复性越小，数据越集中，流量计运行状态也越稳定。从图2可以看出，刮板流量计经过精度修正后，数据变得比较分散，重复性明显降低[16-17]。检定结束后，应及时对刮板流量计的器差调整器及相关部件加铅封，再次检定前不应解封。

图2 修正前后检定结果的比较

3 结论与认识

为了保证原油计量交接的准确性，刮板流量计需定期进行检定及核查，通常使用体积管对刮板流量计进行在线检定，若检定结果超差，需及时对刮板流量计进行误差修正。JJG 667—2010《液体容积式流量计检定规程》中规定，对准确度等级不低于0.5级的流量计，检定周期为半年，其他为1年。

刮板流量计在误差修正的过程中，应尽量保证修正后的误差接近于0，这样才能最大程度地保证计量结果的公平性。同时也需要注意修正前后流量计测量误差的重复性，以保证流量计不会因修正产生大的波动，以平稳状态运行，进一步保证测量结果的准确性。首次检定结果显示，刮板流量计的误差为-0.27%，重复性为0.02%，呈现负误差偏移。使用器差调整器对流量计示值误差进行修正，预计修正值为0.25%，但实际修正值为0.33%左右，预计修正值与实际修正结果存在明显差异。同时经过误差修正后，检定结果的重复性增大至0.05%，检测结果变得比较分散。

通过器差调整器调整刮板流量计的示值误差，是比较传统的修正方式，有关研究表明器差调整器的存在会影响刮板流量计的测量结果[17]。JJG 667—2010《液体容积式流量计检定规程》中进一步明确了“K系数”和“流量计系数”，可以通过修正“K系数”或者“流量计系数”，来达到调整示值误差。

从相关计算公式中可以看出修正系数与体积管材质、标准体积管内径、检定介质相关参数、管道内的温度、压力等参数有着密切的关系，这些参数或实际测量值的准确性会影响到刮板流量计检定结果的准确性。此外，原油在管壁上结蜡，流量计计数部件磨损等，也会在一定程度上影响原油计量结果的准确程度。可以通过定期日常维护，比如每月一次给刮板流量计加注润滑油、清洗过滤网等，来保证刮板流量计稳定运行。此外还应定期巡检，保证刮板流量计的正常运转。在做好现场运行维护的前提下，进一步通过定期检定的方式，提高原油计量结果的准确性，保证企业的可持续发展。