摘 要：隨著原油資源勘探開發(fā)的不斷深入，以及原油在現(xiàn)代工業(yè)中需求量的日益增大，在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)下，原油的計(jì)量直接關(guān)系到供需雙方的經(jīng)濟(jì)利益，準(zhǔn)確地對(duì)原油流量進(jìn)行計(jì)量是企業(yè)生產(chǎn)和經(jīng)營(yíng)中的一項(xiàng)基礎(chǔ)工作。就質(zhì)量流量計(jì)在稠油計(jì)量方面的應(yīng)用做出了相關(guān)的技術(shù)探討。

關(guān)鍵字：稠油 質(zhì)量流量計(jì) 密度 含水 動(dòng)態(tài)計(jì)量

    1 引言

    未凈化稠油（含水率大于50%）做為原油類別中的一種油品，是油田生產(chǎn)的主要產(chǎn)品之一，主要特點(diǎn)為粘稠度大，含水率高，其處理輸送的整個(gè)過程中都需要準(zhǔn)確計(jì)量，包括廠內(nèi)站間計(jì)量及外輸交接計(jì)量。稠油的精確計(jì)量為企業(yè)經(jīng)營(yíng)管理者組織生產(chǎn)、量化考核提供了可靠依據(jù)，因此變得越來越重要。

    稠油計(jì)量按計(jì)量方式可分為動(dòng)態(tài)計(jì)量和靜態(tài)計(jì)量。動(dòng)態(tài)計(jì)量一般采用容積式流量計(jì)流量計(jì)等進(jìn)行在線連續(xù)測(cè)量；靜態(tài)計(jì)量主要用金屬油罐、鐵路罐車等做為計(jì)量體積量的器具，利用大罐檢尺的方法計(jì)量稠油。本文將重點(diǎn)結(jié)合質(zhì)量流量計(jì)在新疆油田重油公司61#稠油處理站中的設(shè)計(jì)應(yīng)用情況進(jìn)行討論。

    2 質(zhì)量流量計(jì)的優(yōu)勢(shì)與特點(diǎn)

    容積式流量計(jì)做為一次計(jì)量手段，測(cè)量油品的體積流量，再用其它方法測(cè)定油品的密度和溫度，并通過計(jì)算得出質(zhì)量。適應(yīng)我國(guó)交易中以質(zhì)量為計(jì)量單位的需要。但這種測(cè)量技術(shù)由于測(cè)量數(shù)據(jù)多，需要進(jìn)行繁瑣的計(jì)算，因此綜合誤差較大。另外，介質(zhì)的粘度和密度對(duì)計(jì)量精度也有較大的影響。

    質(zhì)量流量計(jì)是20世紀(jì)70年代發(fā)展起來的，它是基于“科里奧利”原理的一種新型計(jì)量手段。由于它直接顯示被測(cè)液體的質(zhì)量，不需考慮液體的溫度、壓力、粘度、密度等參數(shù)的影響而進(jìn)行修正或換算，大大提高了質(zhì)量流量的準(zhǔn)確度，因此，受到廣大用戶的歡迎，用質(zhì)量流量計(jì)交接計(jì)量，在一定程度上解決了密度分層所引起的計(jì)量問題，因此質(zhì)量流量計(jì)的應(yīng)用日益廣泛。在未來的油品交接計(jì)量中，質(zhì)量流量計(jì)具備了無可比擬的優(yōu)越性。

    （1）它無需測(cè)量多個(gè)參數(shù)，而是直接測(cè)出流經(jīng)質(zhì)量流量計(jì)的油品質(zhì)量。這樣流量計(jì)的綜合精度就只取決于時(shí)間差的測(cè)量精度；

    （2）與油品介質(zhì)的溫度、粘度、導(dǎo)電性、流體的形狀以及直管段等無關(guān)，在同一付油管線切換交付不同類型的油品情況下特別適用；

    （3）科里奧利質(zhì)量流量計(jì)都具有很高的計(jì)量精度，讀數(shù)誤差一般在±0.15%～±0.2%范圍內(nèi)，在特殊標(biāo)定情況下，讀數(shù)誤差可以達(dá)到±0.1%；

    （4）質(zhì)量流量計(jì)的推廣應(yīng)用，為稠油含水率的精確測(cè)量提供了一條新的途徑。這種新型儀表除了其測(cè)量質(zhì)量流量的功能之外，還可以測(cè)量被測(cè)液體的混合密度，間接測(cè)出稠油含水率。在一定條件下質(zhì)量流量計(jì)還可以完成稠油計(jì)量中體積流量計(jì)、密度計(jì)、含水分析儀、溫度計(jì)、壓力表等幾種配套儀表的功能，從而可以實(shí)現(xiàn)一表多用和多功能為一體的測(cè)量效果。

    （5）綜合現(xiàn)有各廠家的質(zhì)量流量計(jì)，都有著與之配套的智能化可編程的變送器和有豐富顯示監(jiān)控功能的二次儀表。易于在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)各方面的功能需求。

    3 質(zhì)量流量計(jì)測(cè)量原理及結(jié)構(gòu)

    科里奧利流量計(jì)根據(jù)牛頓第二運(yùn)動(dòng)定律原理進(jìn)行運(yùn)作。質(zhì)量流量計(jì)把固定在儀表內(nèi)部的U型管（流量傳感器）用電磁驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)使其振動(dòng)。當(dāng)流體流經(jīng)具有固定頻率的振動(dòng)管時(shí)，流體被強(qiáng)制接受管子的垂直動(dòng)量。在管子向上運(yùn)動(dòng)的振動(dòng)半周期時(shí)，流入儀表的流體向下壓，抵抗管子向上的力，反之流出儀表的流體存在向上的力，抗拒管子對(duì)其垂直動(dòng)量的減少，而把管子向上推。兩個(gè)作用力的合成引起流量傳感管扭曲，這就是科里奧利效應(yīng)，從而輸出質(zhì)量流量、密度、溫度、以及體積流量等參數(shù)。

    質(zhì)量流量計(jì)由一次裝置與二次裝置組成。

    一次裝置，即流量傳感器。這是一種基于科里奧利效應(yīng)的相位敏感型諧振式傳感器。該傳感器由振動(dòng)管、信號(hào)檢測(cè)器、振動(dòng)驅(qū)動(dòng)器、支撐機(jī)構(gòu)和殼體所組成。

    振動(dòng)管，即測(cè)量管，乃被測(cè)流體流經(jīng)的振蕩管路；信號(hào)檢測(cè)器，是用來檢測(cè)和監(jiān)控科里奧利力效應(yīng)的測(cè)量傳感器。常用的有光電式檢測(cè)器和電磁式檢測(cè)器兩種；振動(dòng)驅(qū)動(dòng)器是驅(qū)動(dòng)振動(dòng)管振動(dòng)的裝置，它和信號(hào)檢測(cè)器、放大處理電路構(gòu)成一套正反饋?zhàn)约ふ袷幭到y(tǒng)；支撐結(jié)構(gòu)，即振動(dòng)管的支撐件，常用不銹鋼材料鑄造而成，它把振動(dòng)管和安裝法蘭連接成一個(gè)整體；殼體，是對(duì)振動(dòng)管、信號(hào)檢測(cè)器和振動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置提供保護(hù)的部分。在一般結(jié)構(gòu)中，流量傳感器均采用單層殼體保護(hù)，在某些特殊要求的場(chǎng)合，可以考慮采用雙層殼體保護(hù)。

    二次裝置即流量變送器，是以微處理器為核心的電子系統(tǒng)。它用來向一次裝置提供驅(qū)動(dòng)力，并將一次裝置的信號(hào)轉(zhuǎn)換為質(zhì)量流量信號(hào)及其他一些有意義的參數(shù)信號(hào)，同時(shí)具有根據(jù)溫度參數(shù)對(duì)質(zhì)量流量和密度測(cè)量進(jìn)行補(bǔ)償、修正的功能。流量變送器一般輸出標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)或頻率信號(hào)，并可按一定的通訊協(xié)議，實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)和DCS系統(tǒng)的交聯(lián)與遠(yuǎn)傳通訊。變送器上的顯示面板可以組態(tài)顯示所用的各種參數(shù)。

    4 使用過程中的幾點(diǎn)問題

    新疆油田重油公司61#稠油處理站中的稠油來油管線其中一路隸屬于新疆油田采油二廠，由于來油方與收油方的不同，油品在其中需要進(jìn)行交接計(jì)量，此處稠油具有如下特點(diǎn)：介質(zhì)密度（60℃）為910kg/m³，介質(zhì)粘度（60℃）為102～1000mPa.s，其特點(diǎn)為粘稠，含水率高，含雜質(zhì)較多，含少量氣體等特點(diǎn)，其計(jì)量流程如圖1。

圖1 計(jì)量流程

    在其安裝使用時(shí)應(yīng)注意如下問題

    （1）質(zhì)量流量計(jì)

    使用質(zhì)量流量計(jì)時(shí)可以有3種安裝方式，箱體朝上安裝，箱體朝下安裝和豎式安裝。根據(jù)不同類型的介質(zhì)，選擇不同的安裝方式。一般來說，當(dāng)介質(zhì)為液體時(shí)，采用箱體朝下安裝的方式為好，可以避免介質(zhì)中氣體對(duì)計(jì)量精度的影響。另外，對(duì)于同一質(zhì)量流量計(jì)，采用不同的安裝方法，對(duì)計(jì)量精度將有不同的影響。當(dāng)介質(zhì)中氣液不能均勻混合時(shí)，將產(chǎn)生很大的計(jì)量誤差，當(dāng)氣液均勻混合時(shí)，氣體的質(zhì)量相對(duì)可以忽略，將不影響質(zhì)量流量的測(cè)量，實(shí)際使用中，應(yīng)避免質(zhì)量流量計(jì)的安裝距離泵的出口過近或輸油管線經(jīng)過太多的高低起伏和彎轉(zhuǎn)；

    （2）過濾器

    過濾器用于延長(zhǎng)流量計(jì)使用壽命，防止被計(jì)量液體所攜帶的金屬物、焊渣、石塊等雜質(zhì)和臟物進(jìn)入流量計(jì)，影響流量計(jì)正常運(yùn)行。它安裝在流量計(jì)的進(jìn)口；

    （3）消氣器

    此處稠油含有一定氣體，這些氣體在管道中占有一定的空間，隨油流進(jìn)入流量計(jì)內(nèi)就會(huì)把氣體也當(dāng)成油進(jìn)行計(jì)量。要確保流量計(jì)的計(jì)量精度，必須將這部分氣體在進(jìn)入流量計(jì)前排除掉，消氣器能起此作用；

    （4）差壓變送器

    檢測(cè)過濾器進(jìn)出口差壓值，以此判斷過濾器是否被堵。

    5 質(zhì)量流量計(jì)計(jì)量性能影響因素

    （1）密度和粘度。對(duì)質(zhì)量流量的測(cè)量影響較小，通常不需要進(jìn)行補(bǔ)償。然而，對(duì)某些特殊設(shè)計(jì)和尺寸的流量計(jì)，密度的改變會(huì)導(dǎo)致流量計(jì)零點(diǎn)輸出和/或流量計(jì)校準(zhǔn)系數(shù)的偏移；

    （2）零點(diǎn)穩(wěn)定度。對(duì)小流量的影響較大，因此，在確定流量計(jì)量程比時(shí)，零點(diǎn)穩(wěn)定度是一個(gè)限制因素。在穩(wěn)定的工作條件下，流量計(jì)的零點(diǎn)漂移值一般不會(huì)超出零點(diǎn)穩(wěn)定度，重新調(diào)零可以使流量計(jì)的零點(diǎn)漂移更小；    

    （3）振動(dòng)影響。不同結(jié)構(gòu)形式的科氏流量計(jì)振動(dòng)管的振動(dòng)頻率差異較大，一般在幾十赫茲到上千赫茲。外部的振動(dòng)源可能會(huì)影響流量計(jì)的性能。當(dāng)流量計(jì)的安裝位置靠近振動(dòng)源時(shí)，應(yīng)向廠家咨詢；

    （4）上游流態(tài)的影響。對(duì)不同設(shè)計(jì)形式的流量來說，由于上、下游管路結(jié)構(gòu)不同而造成的漩渦和不均勻流速分布對(duì)流量計(jì)計(jì)量性能的影響不同，因此是否需要整流器、上下游直管段也不同。對(duì)于某些理論上不受流態(tài)影響的科氏流量計(jì)，其實(shí)際應(yīng)用效果還需要進(jìn)一步驗(yàn)證。用戶可要求廠家提供相關(guān)技術(shù)文件以證明流態(tài)的影響；

    （5）安裝應(yīng)力。安裝科氏流量計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮對(duì)傳感器和進(jìn)出口法蘭的支撐，并且應(yīng)先用短接代替流量計(jì)安裝在管路系統(tǒng)中。壓力、溫度等的變化可能會(huì)產(chǎn)生軸向、彎曲和扭曲應(yīng)力，從而影響流量計(jì)性能，尤其是零點(diǎn)穩(wěn)定度。

    6 質(zhì)量流量計(jì)的檢定

    用于貿(mào)易計(jì)量用的流量計(jì)國(guó)家規(guī)定精度為0.2級(jí)以上，即基本誤差不大于±0.2%，國(guó)家規(guī)定流量計(jì)屬國(guó)家強(qiáng)制檢定計(jì)量器具。凡達(dá)到檢定周期的、經(jīng)檢修后或長(zhǎng)期不用需要使用的，對(duì)其測(cè)量值發(fā)生懷疑的流量計(jì)都要及時(shí)檢定，確保其公平交易。

    質(zhì)量流量計(jì)的檢定，是為了評(píng)定其測(cè)量性能，如：準(zhǔn)確度、重復(fù)性等。檢定是進(jìn)行量值溯源或量值傳遞以及保證量值準(zhǔn)確一致和量值統(tǒng)一的重要措施，是國(guó)家對(duì)整個(gè)計(jì)量器具進(jìn)行管理的技術(shù)手段。因此，質(zhì)量流量計(jì)的檢定具有十分重要的意義。質(zhì)量流量計(jì)的檢定一般有4種方法：質(zhì)量法，容積法，體積管法和標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)法。檢定時(shí)可以采用離線檢定和在線檢定2種檢定方式，在線檢定可以在實(shí)際使用條件中直觀的反映系統(tǒng)的精度。

    流量計(jì)的基本誤差應(yīng)不超過表1中規(guī)定的基本誤差限。

表1 質(zhì)量流量計(jì)基本誤差限

    其誤差限用公式（1）計(jì)算可得出：

        （1）

    式中

    E_0i—第i，點(diǎn)的誤差限；

    E₀—表中的基本誤差限；

    q_i—第i點(diǎn)的質(zhì)量流量；

    q₀—流量即的零點(diǎn)穩(wěn)定度。    

    7 結(jié)束語(yǔ)    

    新疆油田重油公司61#稠油處理站中的質(zhì)量流量計(jì)自投產(chǎn)以來，狀態(tài)良好，性能穩(wěn)定，降低了人員勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，保證了計(jì)量準(zhǔn)確度，滿足了油田生產(chǎn)計(jì)量的要求，為油田生產(chǎn)管理自動(dòng)化打下了基礎(chǔ)，其設(shè)計(jì)方案值得其它工程及設(shè)計(jì)項(xiàng)目借鑒。除此之外，今后在質(zhì)量流量計(jì)的安裝及設(shè)計(jì)上還是應(yīng)該盡量避免以下問題：

    （1）工藝流程應(yīng)盡量滿足質(zhì)量流量計(jì)的使用要求，即綜合介質(zhì)最好能做到氣體、液體徹底分離；

    （2）介質(zhì)中含砂應(yīng)盡量在流量計(jì)之前得以消除，同時(shí)應(yīng)盡量避免質(zhì)量流量計(jì)內(nèi)部管壁垢；

    （3）必須盡量減少純水純油密度測(cè)量誤差對(duì)含水所造成的影響，也就是說純水純油密度值必須具有代表性，建議進(jìn)行多次取樣化驗(yàn)。對(duì)于某一區(qū)塊的油、水密度一般變化不大，但若新井投產(chǎn)量大或產(chǎn)量波動(dòng)較大時(shí)，重新作一次純水、純油的密度；

    （4）流量計(jì)應(yīng)定期進(jìn)行標(biāo)定，以確保流量計(jì)的計(jì)量精度。

    針對(duì)我國(guó)以質(zhì)量為計(jì)量單位的實(shí)際情況，質(zhì)量流量計(jì)不失為先進(jìn)、合理的流量計(jì)量?jī)x表，可以預(yù)見。質(zhì)量流量計(jì)將還會(huì)在今后油品儲(chǔ)運(yùn)領(lǐng)域的現(xiàn)代化管理中大顯身手。