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石油流量的測量

(1)石油流量測量的特點。石油是國民經(jīng)濟(jì)的血液，一年數(shù)億噸的石油在采集、輸送儲存、加工及分配等各個環(huán)節(jié)需要用大量的流量測量儀表。由于石油在各個不同環(huán)節(jié)所表現(xiàn)出來的特性差別很大，計量數(shù)據(jù)用途也有不同，所以儀表選型、使用等也有很大差異。

與其他液體計量相比，石油流量測量有下列主要特點。石油品種較多，不同品種之間差異較大。

a.中低黏度石油產(chǎn)品如煤油、柴油,黏度不高，溫度不高，流體潔凈，對測量無苛刻的要求。

b.高黏度油品如原油、重油、渣油等，黏度較高，為了便于輸送，往往被加熱到較高溫度。流體中含有固態(tài)雜質(zhì)，流量測量前須嚴(yán)格過濾。

c.低黏度油品如汽油、液化石油氣，黏度很低。

②計量精確度要求高。用于貿(mào)易結(jié)算的油品計量，必須達(dá)到規(guī)定的精確度，以保證供需雙方的利益。GB17167規(guī)定，分廠(車間)和重點用能設(shè)備能耗考核用汽油、柴油、原油計量應(yīng)達(dá)到0.5%R精確度;進(jìn)出企業(yè)結(jié)算用汽油、柴油、原油計量應(yīng)達(dá)到0.35%R精確度，而在大宗油品計量中，計量精確度的要求更高，意義更大。例如經(jīng)原油交接計量站計量的原油，一個站每年約為數(shù)百萬噸，千分之一的誤差就將引起每年100萬元的結(jié)算差額。

③應(yīng)考慮在線實流校準(zhǔn)。用于石油計量的流量計，一般口徑較大，拆下送檢極不方便，一般應(yīng)有實流校準(zhǔn)設(shè)施或留有連接標(biāo)準(zhǔn)表的接口，以便進(jìn)行在線實流校準(zhǔn)。

④質(zhì)量流量測量。大多數(shù)情況下以質(zhì)量流量結(jié)算。

⑤ 流體易燃易爆。

(2)儀表的選型和使用

①容積式儀表的使用。容積式流量計在石油產(chǎn)品的計量方面有悠久的使用歷史，石油行業(yè)積累了豐富的經(jīng)驗，其中ISO2714:1980《液態(tài)烴--用除計量泵以外的定排量(容積式)儀表系統(tǒng)的體積測量》就包含了很多實踐經(jīng)驗。容積式流量計在石油計量中具有獨特的優(yōu)勢，關(guān)鍵原因是流體本身的自潤滑作用，使這種儀表能長期、穩(wěn)定運行，而且精確度高，范圍度較大(一般可達(dá)10:1)。

石油計量用的容積式流量計常用的有橢圓齒輪式、腰輪式、螺桿式、旋轉(zhuǎn)活塞式、刮板式等多種，不同的種類其口徑、范圍和適用的流體黏度也不同。

容積式流量計選型和使用中應(yīng)注意如下幾點。

a.精確度與流量范圍度有關(guān)。同一臺儀表如果額定精確度等級較高，只能在較低的范圍度內(nèi)得到，如果想得到較大的范圍度則必須要降低精確度等級。例如，各類轉(zhuǎn)子式液體儀表范圍度為5:1時，基本誤差為士0.2%R;范圍度為10:1時，則降為士0.5%R。表3.9是不同口徑0.2級腰輪流量計在不同油品條件下應(yīng)用能獲得的流量范圍。

b.流體黏度對測量誤差有一定影響。與渦輪流量計等其他流量計相比，黏度影響較小，此外，還與許多其他流量計隨黏度增大而誤差增大不同，黏度增大因間隙間泄漏減小而性能改善。圖3.29所示是液體黏度對一臺腰輪流量計基本誤差的影響。

從圖中可看出，在0.8~11mPa·s黏度范圍內(nèi)，黏度影響較大，黏度從5.65mPa·s下降到0.8mPa·s，誤差負(fù)向增大約0.5%;在11~51mPa·s時，黏度對儀表誤差仍有明顯影響;黏度大于51mPa.s時，黏度對誤差影響已不明顯。上述只是實驗一例，間隙不同，黏度影響程度也不同。由此可見，精確度要求越高的測量，越要注意黏度帶來的誤差影響。

對于0.2級精確度容積式流量計，測量過程中黏度不能有很大變化，才能保證精確度。圖 3.29 所示的是流體黏度在一個較寬廣的范圍內(nèi)變化時被試儀表所表現(xiàn)出來的誤差，而在實際應(yīng)用中，一個具體的測量對象其流體黏度變化范圍是比較窄的，用戶在訂貨的時候要向制造廠提供具體黏度數(shù)據(jù)，制造廠對產(chǎn)品校準(zhǔn)時，設(shè)法將常用黏度條件下的誤差校正到最小。

容積式流量計校準(zhǔn)時的液體黏度與實際使用的液體黏度應(yīng)盡量接近，但往往做不到這一點，因為一套標(biāo)準(zhǔn)裝置要為各方面的用戶服務(wù)，要用來校準(zhǔn)多種類型的流量計。此時可用兩種黏度上下相鄰的液體校準(zhǔn)，再按下式用線性內(nèi)插方法求得誤差。

c.不同型式的儀表適用黏度范圍有較大差異。用于油品測量的容積流量計常用的有橢圓齒輪式、腰輪式、螺桿式、刮板式、旋轉(zhuǎn)活塞式等，其中螺桿式對高黏度流體的適應(yīng)性最佳。

d.流體溫度對測量誤差的影響。容積式流量計的測量誤差同儀表計量室容積和間隙大小密切相關(guān)。流體溫度升高時，計量室容積增大。轉(zhuǎn)動部件每轉(zhuǎn)一周，通過儀表的液體量相應(yīng)增大。例如橢圓齒輪流量計計量室和齒輪均為鑄鋼時，測量值變化+0.36%/10℃;均為鑄鐵時，測量值變化+0.33%/10℃;計量室為鑄鐵，齒輪為鑄鋁時，則為+0.14%/10℃。

e.壓力損失及黏度對壓力損失的影響。容積式流量計是由流體能量來推動測量元件，因此帶來相當(dāng)高的壓力損失。此壓力損失要比同樣口徑和流量的渦輪式或其他有阻礙流量計大。液體用儀表在最大流量時黏度為1~5mPa·s，液體的壓力損失在20~100kPa之間。若黏度增加，壓力損失隨著增加。

壓力損失 △p與流量q之間的關(guān)系可用 △p=kqⁿ表示(其中k為系數(shù)，n為指數(shù))。黏度在5mPa·s以下時n=2，在500mPa·s以上時n=1;在兩者之間時，n=1.9~1.1。

f. 間隙對壓力損失的影響。在轉(zhuǎn)子式容積流量計中，轉(zhuǎn)子同殼體之間的間隙直接影響壓力損失。在測量高黏度介質(zhì)時，有時采用加大轉(zhuǎn)子與殼體之間間隙的方法，以減小由黏性而引起的剪切力，降低壓力損失。圖3.31所示為同一種黏度、同一口徑、不同間隙的腰輪流量計的△p=f(q)曲線。

g.用于測量液化石油氣時需特殊處理。液化石油氣(LPG)槽車發(fā)送，加油站加液常用容積式流量計(如螺桿式)計量。石油氣的組成以丁烷為主，常處于氣液平衡狀態(tài)，環(huán)境溫度變化引起LPG溫度相應(yīng)變化，從而使得其壓力相應(yīng)變化，夏季壓力常高于2MPa，此壓力還受其組成影響。LPG的密度較小，介于0.51~0.58g/cm³之間，是其組成、溫度和壓力的函數(shù)。

  LPG的黏度很低，低于汽油的黏度0.7mPa·s很多，僅為0.10~0.17mPa·s。用水(黏度約1mPa·s)校準(zhǔn)的容積式流量計用于測量LPG，僅黏度影響就可能帶來-0.5%左右示值偏差和最小流量值升高;此外，還有潤滑性差帶來的影響。為了改善這種影響，儀表必須有外加潤滑劑的潤滑系統(tǒng)。由于LPG處于氣液平衡狀態(tài)，故壓縮系數(shù)較大，壓力升高體積壓縮達(dá)(0.44~0.73)%/MPa,常用適當(dāng)?shù)姆椒ㄓ枰匝a(bǔ)償。

LPG系統(tǒng)在任何時候即使停止運行，儀表、泵等也需充滿液體，盡量避免空管或半空。因為未充滿時液體蒸發(fā)，在儀表等器件表面析出沉積物，沉積垢屑將磨損儀表，縮短使用壽命。

h.預(yù)防轉(zhuǎn)子卡死。轉(zhuǎn)子式容積流量計轉(zhuǎn)子一旦卡死，液體就無法通過，因此在設(shè)計、操作和維護(hù)時都應(yīng)注意，預(yù)防轉(zhuǎn)子卡死。

在設(shè)計階段應(yīng)考慮在儀表前加裝過濾器，如果液體中固體較多，可分多級過濾，前級濾網(wǎng)目數(shù)少，后級濾網(wǎng)目數(shù)逐級增多。在維護(hù)時應(yīng)注意過濾器的定期排放清理。如果沒有停車排放的機(jī)會，可并聯(lián)設(shè)置過濾器，用閥門切換輪換清理。

儀表投運時應(yīng)謹(jǐn)慎操作，切換速度不能太快，防止熱沖擊對機(jī)械部件的損傷。還應(yīng)防止因操作不慎引起流量計兩端過大的壓差，導(dǎo)致儀表損傷。正常的操作順序應(yīng)是先打開旁通閥(如圖3.32所示)，沖走管道內(nèi)可能存在的焊渣、鐵銹等，然后緩慢開啟上游切斷閥，讓儀表溫度緩慢升高(如果流體是經(jīng)預(yù)熱的)，待溫度平衡后，緩慢開大下游切斷閥，最后徐徐關(guān)閉旁通閥，并注意觀察流量示值，不讓流量超過上限值太多。

對于鍋爐等設(shè)備燃油計量用的容積式流量計，為了防止斷油帶來嚴(yán)重后果，往往采用兩路供油，并分別測其流量，也可采用兩臺流量計并聯(lián)使用。

  用蒸汽沖洗管道時，禁止蒸汽通過流量計。

i.容積式流量計的缺點。容積式流量計的缺點除了上面所述轉(zhuǎn)子易卡而影響通液之外，主要還有下面幾點。

1.結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積大，笨重，尤其是口徑較大時，體積龐大，故一般只適用于中小口徑。

2.由于高溫條件下零件熱膨脹、變形，低溫條件下材料變脆等問題，容積式流量計不適用于高低溫場合，流體溫度范圍只能達(dá)到-30~160℃，壓力最高10MPa。

3.對流體潔凈程度要求高，當(dāng)含有顆粒等各種固形物時，流量計上游須裝濾網(wǎng)目數(shù)足夠多的過濾器，并要經(jīng)常清理，維護(hù)工作量大。

4.轉(zhuǎn)動部分長期運轉(zhuǎn)，引起機(jī)械磨損，一般都導(dǎo)致計量誤差增大。

5.部分型式容積流量計(如橢圓齒輪式、腰輪式、旋轉(zhuǎn)活塞式)在測量過程中會引起流動脈動，較大口徑儀表噪聲較大，甚至使管道產(chǎn)生振動。

②不同類型容積式儀表的特點

a.橢圓齒輪流量計。安裝在計量腔內(nèi)的一對相互嚙合的橢圓齒輪，在流體的作用下交替相互驅(qū)動，各自繞軸旋轉(zhuǎn)。齒輪與殼體之間有一新月形計量室，齒輪每轉(zhuǎn)一周就排出4份固定的容積，因此由齒輪的轉(zhuǎn)動次數(shù)就可計出流體流過的總量。其原理如圖 3.33 所示。

  橢圓齒輪流量計對流體的清潔度要求較高，如果被測介質(zhì)過濾不清，齒輪很容易被固體異物卡死而停止測量。其另一不足之處是齒輪既作計量之用又作驅(qū)動之用，使用日久齒輪磨損后，齒輪與殼體之間所構(gòu)成的新月形計量室容積相應(yīng)增大，齒輪與殼體之間的間隙也相應(yīng)增大(導(dǎo)致泄漏增大)，這兩個因素都使得儀表示值偏低。在儀表超負(fù)荷運行時，磨損加速，上述情況變得更加嚴(yán)重。

對于高黏度液體，儀表的活動測量元件負(fù)荷增加。橢圓齒輪流量計為了減少液體在齒隙間擠壓負(fù)荷，有時在齒輪上開若干溝槽卸荷(≥150mPa·s時)，大于500mPa·s時，則采用缺齒的橢圓齒輪。

b.腰輪流量計。在腰輪流量計中，由腰輪同殼體所組成的計量室和腰輪轉(zhuǎn)數(shù)實現(xiàn)計量，其原理如圖 3.34所示。

由于同計量精確度密切相關(guān)的是腰輪，而驅(qū)動由專門的驅(qū)動齒輪擔(dān)任，因此，驅(qū)動齒輪的磨損不影響計量精確度。另外，根據(jù)力學(xué)關(guān)系分析，主動輪對從動輪的驅(qū)動，驅(qū)動力由驅(qū)動輪傳遞，兩個腰輪之間無明顯摩擦，所以腰輪磨損極微小，這一特點使得腰輪流量計能長期保持較高的測量精確度。