交接计量仪表及体积管的标定

刘亮，陆地

(中国石油集团工程设计有限责任公司 北京分公司，北京100085)



交接计量仪表及体积管的标定

刘亮，陆地

(中国石油集团工程设计有限责任公司 北京分公司，北京100085)

介绍了原油外输计量标定系统中流量计以及标定装置的选型，并对交接计量撬、体积管、活塞式体积管的标定进行了分析。针对油田产量高、外输管线直径较大的特点，选择液体超声波流量计用于贸易交接计量。在液体超声波流量计标定装置的选择上，结合项目实际，可以考虑球式体积管或活塞式体积管进行现场标定。现场实流标定，需要对介质的温度、密度、压力等参数进行修订。

液体超声波流量计 交接计量撬 固定体积管 活塞式体积管 水标撬

根据API规范的规定，可以用于交接计量的流量计包括：涡轮流量计、容积式流量计、质量流量计、超声波流量计。由于涡轮流量计、容积式流量计可动部件较多，容易出现故障。海外油田可依托的工业基础较差，没有能力做到现场维护保养更换，涡轮流量计、容积式流量计不适合海外油田交接计量。而质量流量计的口径无法做的太大，这就要求外输管线要分成多列才能满足交接计量的要求。从经济性角度来看，质量流量计不适合大口径外输管线的交接计量。

1 交接计量撬的选择

笔者所做的西非某项目，原油为高凝油，凝点为41℃，也就是说当温度低于41℃时，原油就可能凝结在管线内，对原油外输造成很大的困难。原油外输管线为300km，原油通过6个加热阀室的接力，将原油送到炼油厂。交接计量撬位于喂油泵与外输泵之间，由于喂油泵对交接计量撬的压损要求较高，在正常计量时压损不得大于0.1MPa，在交接计量撬标定时，其压损不得大于1.6MPa。同时要考虑反输计量，当外输原油质量不合格被打回，或炼油厂的原油储罐已满，不能继续外输时，需要反向计量。通过对多种流量计的比选，最终选定采用液体超声波流量计，外输管线为DN250，外输流量计的测量范围为0～250m3/h。该项目同时采用了1套DN300的标准体积管，用于标定液体超声波流量计，再用4×400m3的标定罐标定体积管。按照API规范的规定：标定温度为15℃，而国内的计量法规定：标准的标定温度为20℃。

2 交接计量撬的标定

西非白天的温度高达42℃，为避免过大温差，标定时间从24：00开始。温度偏差可以依据API MPMS 7中的公式来修正。但依据API MPMS 7第8.4的规定：交接计量撬的标定的温度差不得大于0.1℃，体积管的标定的温度差不得大于0.05℃。

标定计量撬的体积管可分为球式体积管和活塞式体积管。

2.1 采用球式体积管标定计量撬

球式体积管控制器应具有脉冲插入技术，球式体积管标定计量撬的过程如下：

1) 首先标定流量值为100%时的流量计的输出，打开位于流量计与球式体积管间的手动阀门，此时的流体通过球式体积管，将位移器推动移位，当位移器从初始段的检测开关D1经过时，开始记录脉冲。D1为第一检测开关，D2为第二检测开关。

2) 当位移器到达球式体积管末端的检测开关D2时，计数结束，并保证上位机记录至少1×104个脉冲。

3) 打开四通阀，在流体的流向不变的情况下，让位移器从球式体积管末端流回到初始端，位移器触发到D2时开始计数，当位移器触发到D1时，计数结束，并保证上位机记录至少1×104个脉冲。

4) 当100%流量标定完后，打开流量计后的调节阀，使标定流量计所在管线的流量值为满量程的75%，并把备用管线上的调节阀同时开25%。重复上述过程，在位移器运行12圈后，在每圈的重复度低于0.14%的情况下，根据API MPMS 5.8的规定，此时不确定度为0.027%。

5) 当75%流量标定完后，再标定50%和25%的流量值。当都满足API MPMS 5.8的要求后就可以认为标定成功。将该标定表所在管线的流量回复到100%流量。

6) 标定完毕后，关闭位于流量计与球式体积管间的手动阀门，然后用柴油清洗球式体积管，将清洗液用泵打到闭式排放罐内。

根据笔者的实际经验，一定要采用1套交接计量撬专用的上位机，用于控制计量时切换流程，不能将切换流程的控制交给DCS来完成，因为DCS控制功能难以符合工程及计量撬厂家的要求。

上位机选用工控机或便携机，具有中文操作界面及中文输出，应配有必需的应用软件。上位机应能够显示计量系统的工艺流程图以及标定过程中的动态流程，接收流量计算机采集的脉冲值，并按照用户要求对数据进行处理，计算结果以表格形式进行打印输出。

每次标定完流量计后，必须清洗球式体积管，可采用柴油进行清洗，洗后的柴油可以直接排到现场的闭式排放罐内，然后再通过闭式排放罐打回到三相分离器内重新分离，这样既可节约工程费用，又可以废物利用，提高效益。

2.2 采用活塞式体积管标定计量撬

采用活塞式体积管标定具有占地面积小、检定时间短、投资费用低等优点，在交接计量撬的标定中得到广泛应用。但是根据API MPMS 5.8的规定，液体超声波流量计不宜直接应用活塞式体积管进行标定。

在交接计量撬安装面积有限的场所，可以选用涡轮流量计作为主表标定交接计量撬中的液体超声波流量计，然后应用活塞式体积管标定涡轮流量计。该方案发挥了活塞式体积管标定的优势，同时能够满足API设计规范的要求，作为一种可选方案，在实际项目中得到了验证。

3 体积管检定

体积管检定可以采用容积法和质量法。容积法的标准器为标准金属量器，检定由一套水标定系统组成；质量法的标准器为秤。该项目采用容积法进行检定，水标定系统包括：二等标准金属量器、换向器或电磁阀、水箱或水池、水泵、阀门及连接管线等。

采用容积法检定体积管时，体积管的入口直接与水泵连接，出口与检定装置相连。根据体积管的标准容积选定并分配标准器，选用1台或几台标准器，并确定使用次数。检定过程如下：

1) 排气。启动水泵，向体积管内注水，打开各个排气阀，使水流经体积管、换向器和标准器流回水池。经过一段时间的水循环，确认排气阀已无气体排出时，关闭排气阀。

2) 在进行水循环的过程中，测量体积管入口、出口、标准器及水池的水温，确认整个水循环系统的水温基本达到恒定时，即可进行检定。

3) 用调节阀调节流量，以确认置换器通过检测开关D1和D2时的流量。为保证置换器能够以同一速度经过D1和D2，在检定过程中调节阀的开度应保持一致。置换器在D1和D2间运行时，可以适当加大流量，流量大小应以所用标准器能连续倒换为准。

4) 初始位置时换向器将水流导向旁通侧，启动置换器运行。

5) 当置换器按一定的流量触发检测开关D1时，启动换向器运行，换向器将水流从旁通侧切换至标准器侧，开始计量。读取体积管出口的压力值，作为该次检定时体积管的压力，并读取体积管进、出口处的温度。

6) 置换器在2个检测开关间运行时间应小于5min，按以上程序进行检定，检定次数不少于3次。

用标准水标罐标定体积管，应进行连续的标定，只有连续5次标定结果的重复性在0.02%的范围内，检定数据才有效。

体积管检定通常采用水作为检定介质，要求水质清洁、无气泡杂质。检定应使用循环水，要求有足够的水量，水量应该大于体积管设计容量的2～3倍。在检定过程中水温应保持稳定，一次试验中，温度变化应小于1℃。

从被检体积管出口到标准器间的辅助管线应尽可能短，弯头应尽可能少。其容积与体积管标准容积之比应小于10%，并要求泵的吸入口远离回水管的出口，回水管的出口应浸入水中。在标定前应检查体积管连接处的密封性，要求在检定压力下能持续工作10min。

4 交接计量仪表的送检

交接计量仪表也可以送到欧洲或北美去标定，但费用较高。目前国际上具有检定资格的机构主要有以下几个：

1) 荷兰鹿特丹NMI有检定装置。可以标定DN300～DN750的流量计，流量范围：65～3×104m3/h，压力：0.9～6.1MPa，不确定度：0.22%。

2) 德国PIGSAR有实流标定装置。可以用于标定0～DN500的流量计，流量范围：8.0～6.5×103m3/h，压力：1.6～5.0MPa，不确定度：0.16%。

3) 美国CEESI IOWA。可以标定DN100～DN900的流量计，流量范围：10～3.398×104m3/h，压力：0～7.2MPa，不确定度：0.23%。

4) 加拿大TCC。可以标定DN80～DN750的流量计，流量范围：20.0～5.5×104m3/h，压力：0～7MPa，不确定度：0.19%。

5 结束语

交接计量撬的选择以及标定受多种因素的影响，在设计过程中应结合项目实际，选择适合项目要求的解决方案。

1) 所选交接计量撬应符合相关国际规范或所在国计量规范的要求。

2) 根据项目投资以及现场实际，所选交接计量撬的标定装置应符合经济实用、易于维护、便于标定的要求。

3) 由于交接计量仪表在出厂前标定时都使用水来完成，但在现场都是用实流来标定，而原油的物性千差万别，对流量计的标定需要进行各种参数的修订，尤其是温度、密度及压力的修订。

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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

刘亮(1970—)，男，现工作于中国石油集团工程设计有限责任公司北京分公司，主要从事石化工程设计工作，任高级工程师。

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。