新型水流量自动校准装置的研制与应用

朱益飞

中国石化胜利油田分公司 孤东采油厂 （山东 东营 257237）

新型水流量自动校准装置的研制与应用

朱益飞

中国石化胜利油田分公司 孤东采油厂 （山东 东营 257237）

为确保油田磁电流量计的计量准确可靠，提出了研制一种新型水流量自动校准装置。介绍了新型水流量自动校准装置的工作原理、系统设计以及现场应用情况等。实践证明，该装置性能优越，应用效果良好。

水流量 校准装置 磁电流量计 计量

随着油田开发生产管理水平的不断提高，油田对计量工作提出了更高的要求，特别是注水计量问题引起了各级领导的高度重视。磁电流量计因内部无机械可动旋转部件，无需机械维修，整表性能稳定，且具有计量准确度高、测量范围宽、结构简单、压力损失小、安装维修方便、可输出脉冲信号或4～20mA模拟信号，易于实现远传、自动控制和调节等优点，已逐步取代了干式高压水表投入现场使用。目前，胜利油田孤东采油厂磁电流量计的使用总量有3 000多块，口径从DN15mm到DN200mm，规格型号多样，量程大小不等。而该厂原有的水流量标准装置是20世纪90年代初针对DN50mm的干式水表的检定而设计的，不能满足自动化程度高、口径多样的磁电流量计的检定需要，造成磁电流量计只能外送或未经检定就直接投入使用，致使注水量值不能准确计量，对原油生产产生了不利影响。为了解决磁电流量计的检定问题，确保其计量量值的准确可靠，从而为注好水、注足水提供技术保障，研制、建立新型水流量自动校准装置已成为采油厂一项重要的研究课题。

1 水流量自动校准装置的工作原理

新型水流量标准装置依据JJG164-2000《液体流量标准装置检定规程》和JJG643-2003《标准表法流量标准装置检定规程》而设计，可以根据静态容积法和标准表法开展工作。

静态容积法：在实测时间间隔内，根据液体通过换向器进入工作量器前后分别测定液位 （即容积测定）来推算所收集液体净体积的方法，即将磁电流量计安装在试验台上，通水排除磁电流量计和管道内的空气，通过变频器与电动球阀配合自动调节流量到规定的流量点，待流量稳定后，启动换向器，切换水流使其注入选定的工作量器，同时记录磁电流量计起始值。当达到预定的水量时，换向器动作切换水流，采集记录工作量器内的实际水量V实并记录磁电流量计的运行水量V示，按公式（1）计算即可确定被检磁电流量计的误差。这个检定过程是通过计算机和程序控制系统来实现自动化的。

式中δ—磁电流量计的示值误差，%；

V示—检定时被检磁电流量计记录的水量，L；

V实—检定时经磁电流量计注入工作量器的实际水量，L。

标准表法：水流在相同的时间间隔内，连续通过标准流量计和被检流量计，用比较的方法确定被检流量计的准确度的方法。

2 系统设计

系统全部采用自动化控制,除人工将被检表置于夹表器外,其他操作均由操作人员在计算机上完成。

2.1 稳定水源系统

2.1.1 水池

要求贮存足够多的试验水量，使水温变化小。水池表面积大，使水中所含气泡容易析出，并使静态容积法计量过程中水泵吸程变化小，有利于水源压力稳定。回水有过滤网。泵房位于地面，使水泵处于正行程，有利于系统稳定和方便启动泵。

2.1.2 水泵

考虑到该装置适用于多种类型流量计的性能检测，有的流速高、雷诺数高、压损大，因此，选用的水泵要兼顾到流量与吸程两因素。故选用ISG80-200IB和ISG200-400IB型管道离心泵，并配变频调速控制，提高水泵转速的稳定度。

2.1.3 稳压罐（5m3）

使用时气水容积比约1∶2。泵出的流体进入稳压罐，经三层阻尼板，流速降低，使动能转为压力能，泵源波动经气容吸收，达到较稳定的压力源。对应一个流量点,压力也是稳定的,由变频器调节试验流量与压力。

2.2 试验直管段组件

试验直管段采用不锈钢管DN15mm、DN20mm、DN25mm、DN40mm、DN50mm、DN65mm、DN80mm、DN100mm、DN150mm、DN200mm10种规格，标准表和被检表的表前直管段均不少于10D、表后直管段均不少于5D（D为磁电流量计公称通径）。对多规格台位，采用换管式并配大小变径接头，便于不同规格的选用。气动夹表器及支承调节台架，操作轻巧，并能保证被检表与前后直管段的同轴度。

2.3 标准表

选用DN200mm、DN80mm、DN50mm、DN15mm共4台性能稳定、准确度为0.2级的电磁流量计，既可作为静态容积法水流量自动校准装置的选检定流量点的瞬时流量指示计，又可作为标准表法检定时的标准表。这对1.0级及以下准确度的流量计检定极为方便。

2.4 流量调节阀

流量调节阀选用不锈钢芯电动V型调节球阀，阀开度无抖动，流量调节性能稳定可靠，并可实现遥控，流量调节阀与变频器相配合，保证一定的背压，以实现装置全量程的稳定流量。

2.5 换向器

采用管式气动电控换向器，流通能力为DN50mm、50m3/h和DN200mm、500m3/h，换向动作行程时间差不大于10 ms，并从结构上考虑到切换水流的动作噪声小以及不对被检磁电流量计示值产生明显影响。

2.6 量器

工作量器组选用 2～5m3、0.2～1m3、200～500L、30～100L 4组，按0.1%要求设计，液位自动检测容量数据及修正换算等直接输入计算机处理。

2.7 控制台

控制台主要有电源稳压器、计时器、计数器、液位传感控制器、摄像控制器、压力显示、温度显示、换向电磁转换开关、光电控制器、量器底阀电控气动开关、电动阀控制、变频调速控制等。

2.8 空压机

采用规格型号为0.3m3/h、压力为0.8MPa的空压机。

2.9 自控部分

自控系统以工控计算机为中心进行控制、数据采集和数据处理。

2.9.1 脉冲插值技术

在传统计数电路中，靠上下沿触发计数，可能会少计一个脉冲，在磁电流量计输出脉冲较少时，就会造成很大的计数误差。为解决这一问题，本项目中采用双时钟脉冲插值法，提高计算精度。

2.9.2 计算机接口电路

（1）开关量输入卡将开关量输入信号转换为TTL电平，经光电隔离后输出给PCL-720输入通道，同时驱动电路输出状态信号供LED指示。开关量输入卡主要用于阀门开关状态的输入。

（2）开关量输出卡是专为PCL-720输出通道配套设计的16通道开关输出继电器卡，它将PCL-720输出的TTL电平，经光电隔离后驱动OMREN小型继电器，由继电器控制电磁阀的开关。

（3）计时计数控制卡是专为PCL-836计时计数卡配套设计的，它具有：脉冲处理电路，将流量计输出的不同电压的脉冲经施密特触发电路转换成TTL电平，再经光电隔离后进入PCL-836卡；外控手动开关控制电路；计时计数器于脉冲上升沿同步控制电路等。

（4）I/V转换板是将变送器输出的4～20mA电流信号转换成1～5V电压信号，送给PCL-813A/D转换卡，转换过程中采用250Ω的标准电阻。此板同时设计了8路24V电源供变送器使用。

（5）接线板是连接进入装置的信号线，并将信号线转换成扁平电缆接入计算机。本系统设计了两个接线板，一个供阀门状态信号输入，另一个供阀门控制信号输出。

（6）对无发讯的磁电流量计采用摄像转换成电信号输入计算机。

2.9.3 软件配置

水流量检测系统的配套软件是在Windows2000环境下，采用.net和数据库技术编写的专用控制软件。软件的测试功能中，通过标准端口连接控制器、称量仪及变频器等装置，实时采集并记录测试过程中各设备、仪表的动态数据，实时监控及调节变频器工作状态。对采集的数据均可同步在测试界面上显示，并通过分析各种动态采集的数据，提供给控制器相关的控制指令，做到测试进程的自动化。该软件还提供了查询、打印等功能，利用数据库技术保存了各种历史测试数据，并随时可以打印各种用户要求提供的结果报表。

2.10 检定工作流程

如图1和图2所示，在检定过程中，软件系统经过了多重逻辑判断，保证了检定过程各环节的准确控制，实现了检定流程规范化运行，有效避免了人工干预误差，确保了检定结果的准确性。

2.11 水流量自动校准装置的技术创新点

（1）该装置流量范围为 0～440m3/h，口径从DN15mm到DN200mm，适用于磁电流量计、电磁流量计、涡街流量计、涡流直齿流量计、高压流量自控仪等多种水流量仪表的检定，几乎涵盖了采油厂所有在用的水表。

（2）该装置具有静态容积法与标准表法相结合的优点，共用水源、试验管道及控制系统，标准量器为0.1级，准确度高，适用于0.5级及以下的水表的检定；标准电磁流量计为0.2级，当被检表准确度等级不高时，采用标准表法，能大大提高检定效率。

（3）该装置采用变频调速控制器，使泵转速稳定至±0.03%，提高了装置的稳定度，并起到了显著的节能效果。

（4）该装置采用手控气动夹表器、电控气动放水阀、电控气动换向器、光电转换同步计时、计数，变频器与电动球阀配合自动调节流量、静态读数摄像自动采集并转换成容积值，自动化程度高，检定软件采用视窗式的人机对话功能，操作十分简便、快速。

3 应用情况

该装置于2008年5月份完成施工后投入试运行，同年8月份通过胜利油田技术监督处组织的计量标准考核，平稳运行2a来，效果良好，具有先进性、实用性、可靠性、优化高效、自动调控等优点，满足了水流量仪表检定工作的需要。

（1）通过研制建立新型水流量自动校准装置，解决了油田磁电流量计的检定问题，拓宽了采油厂的检测范围，提高了油田的计量检测能力。

（2）该装置实现了运行管理自动化，检定记录及证书生成微机化，测量数据准确，实时性强，功能齐全，显示画面丰富、直观、操作安全方便，人机界面友好，自动化程度高，提高了采油厂在水流量领域的检定水平。

（3）该装置流量检定过程自动完成，避免了人为误差，大大降低了工人的劳动强度，改善了劳动条件，提高了工作效率，保证了设备安全运行，减少或避免了事故的发生，降低了维修保养费用。

（4）2a来，共检修各种水表1万余块，既节省外送劳务费用10 000块×300元/块＝300万元，又保证了水表量值的准确可靠，为油田注采开发提供了计量保证。

4 结论

（1）该流量检定系统集成了过程参数自动控制技术、数据自动处理技术、流量在线检测技术，性能稳定可靠，达到了油田同类设备领先水平。

（2）该流量检定系统检测范围宽、检定水表种类全，避免了检定装置的重复投入，对油田水流量的检定工作有较强的适用性。

（3）该流量检定系统检定过程人工干预环节少、检定准确度高，保证了检定过程量值的准确传递。

[1]国家质量监督检验检疫总局.JJF1004-2004流量计量名词术语及定义[M].北京:中国计量出版社,2005.

[2]国家质量技术监督局.JJG164-2000液体流量标准装置检定规程[M].北京：中国计量出版社,2000.

[3]国家质量技术监督局.JJG643-2003标准表法流量标准装置检定规程[M].北京:中国计量出版社,2003.

[4]朱益飞.水流量远传自动监控装置的研制与应用[J].计量技术, 2008(1).

[5]朱益飞.计量测控系统设计中PLC的正确选择[J].计量技术,2009 (10).

In order to make sure that magnet-electric flow-meter is accurate and reliable in measurement,it is suggested to develop a new automatic calibrating apparatus for water flow.This paper introduces the working principle,system design and field application of new automatic calibrating apparatus for water flow.The practice proves that the apparatus is excellent in property,together with the good applicative effect.

water flow;calibrating apparatus;magnet-electric flow-meters;measurement

朱益飞（1967-），男，高级工程师，1989年毕业于华东石油学院生产过程自动化专业，一直从事油田技术质量监督工作。

尉立岗

2011-03-15