[導(dǎo)讀] 分析了腰輪流量計(jì)的制造誤差以及泄漏量、油品粘度、溫度等因素對(duì)測(cè)量精度的影響，提出了減少計(jì)量誤差的辦法以及在運(yùn)行過(guò)程中的注意事項(xiàng)，保證流量計(jì)在要求的計(jì)量精度下運(yùn)行，盡量減少由此帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失。
青海油田采油一廠所管轄的尕斯聯(lián)合站是采油一廠的油、氣、水處理中心，同時(shí)也是對(duì)外交接合格原油的重要關(guān)口。該站自建成時(shí)就采用精度高、誤差小的LL-150型腰輪流量計(jì)向管道首站交油。在計(jì)量系統(tǒng)規(guī)劃、設(shè)計(jì)時(shí)就把該流量計(jì)的量值溯源于標(biāo)準(zhǔn)體積管，體積管的誤差≤土0.05%，重復(fù)性誤差≤土0.02%。體積管安裝在交接油計(jì)量流程上，進(jìn)行在線實(shí)液檢定，掌握流量計(jì)的誤差變化情況。一旦發(fā)現(xiàn)流量計(jì)的誤差超過(guò)基本誤差，應(yīng)立即停用，啟用備用流量計(jì)，確保交油量值準(zhǔn)確。
雖然流量計(jì)的誤差、計(jì)量準(zhǔn)確度可以通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)體積管鑒定、調(diào)整，但是流量計(jì)的計(jì)量誤差是客觀存在的。如何盡量提高交油量的準(zhǔn)確性，與交接計(jì)量操作人員實(shí)際操作的熟練程度、判斷分析能力，對(duì)腰輪流量計(jì)的誤差特性了解程度有著直接的關(guān)系。為此，對(duì)腰輪流量計(jì)的結(jié)構(gòu)、工作原理與誤差特性以及運(yùn)行注意事項(xiàng)做具體分析。
1 腰輪流量計(jì)的結(jié)構(gòu)和工作原理
1.1 結(jié)構(gòu)
腰輪流量計(jì)屬于容積式流量計(jì)，結(jié)構(gòu)如圖1。它的轉(zhuǎn)子是一對(duì)擺線腰形輪，按照工作狀態(tài)可分為立式和臥式；按照其結(jié)構(gòu)可分為單轉(zhuǎn)子（圖2）和雙轉(zhuǎn)子（圖3）。通常大口徑流量計(jì)均采用立式或臥式雙轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，小口徑流量計(jì)均采用單轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。二者的工作原理相同，區(qū)別在于雙轉(zhuǎn)子流量計(jì)在同一根軸上固定了2個(gè)轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子之間的夾角為45o，相當(dāng)于2個(gè)流量計(jì)并聯(lián)運(yùn)行，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，管道內(nèi)壓力波動(dòng)較小，因此，許多計(jì)量交接點(diǎn)都在使用。
1.2 工作原理
當(dāng)被測(cè)液體流經(jīng)計(jì)量腔時(shí)，流量計(jì)的進(jìn)出門(mén)端形成一個(gè)差壓，在此壓力推動(dòng)下，便腰輪旋轉(zhuǎn)。同時(shí)通過(guò)固定在腰輪軸上的一對(duì)驅(qū)動(dòng)齒輪使2個(gè)腰輪交換驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)（如圖4）。由于計(jì)量腔的容積是一個(gè)固定值，所以，被測(cè)液體的流量與腰輪轉(zhuǎn)數(shù)成正比，并通過(guò)一定傳動(dòng)比的變速機(jī)構(gòu)傳給計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)器的累計(jì)值即是被測(cè)液體在某段時(shí)間內(nèi)的體積流量。
2 腰輪流量計(jì)的誤差組成
2.1 結(jié)構(gòu)參數(shù)引起的誤差
在不考慮其他因素引起的誤差時(shí)，假設(shè)流過(guò)的液體體積為VΣ，腰輪流量計(jì)把VΣ分割成n個(gè)相等的體積V（V為腰輪流量計(jì)的計(jì)量空問(wèn)），即，VΣ=nV。如果與VΣ對(duì)應(yīng)的表頭指示值為I；與V對(duì)應(yīng)的表頭指示值為α，則I=nα。其誤差為
Ej=[（I-VΣ）/I]×100%=（1-V/α）×100%
V為結(jié)構(gòu)參數(shù)，制造完成后為定值。α與制造精度無(wú)關(guān)，也與流過(guò)液體的流量和粘度無(wú)關(guān)，而與齒輪的傳動(dòng)比有關(guān)。當(dāng)α<V時(shí)，Ej<0，是因?yàn)辇X輪的傳動(dòng)比太??；當(dāng)α>V時(shí)，Ej>0，則是傳動(dòng)比太大。
2.2 泄漏量誤差
a）制造間隙引起的泄漏在測(cè)量流量時(shí)，腰輪流量計(jì)除了把體積VΣ的液體分割成n個(gè)計(jì)量容積V排出外，還多流出一部分液體。這部分液體不是被封閉后排出的，而是通過(guò)運(yùn)動(dòng)部件和外殼之間或者運(yùn)動(dòng)部件之間的間隙直接從入口流至出口，這種現(xiàn)象稱為泄漏。泄漏的油品雖然經(jīng)過(guò)流量計(jì)，但不被計(jì)量。僅從泄漏量誤差來(lái)看（假設(shè)制造誤差為零），腰輪流量計(jì)總是流出的量多而指示的量少，即是負(fù)誤差，此誤差與油品的粘度有關(guān)。
b）壓力損失對(duì)泄漏量的影響油品要推動(dòng)運(yùn)動(dòng)件動(dòng)作，需要克服機(jī)械阻力和液體粘滯阻力造成的壓力損失。泄漏量與壓力損失密切相關(guān)，流量越大，壓力損失越大，泄漏量越大；流量計(jì)機(jī)械阻力越大，壓力損失越大，泄漏量越多。
2.3 油品粘度的影響
腰輪流量計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是計(jì)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，但被測(cè)油品的粘度對(duì)測(cè)量精度也有影響，同一流量下，高粘度油品的測(cè)量誤差較小。
2.4 溫度的影響
溫度對(duì)油品測(cè)量誤差的影響主要是溫度對(duì)粘度的影響造成的。粘度與溫度、壓力有關(guān)，一般情況下，壓力對(duì)油品粘度的影響可以忽略，溫度對(duì)粘度的影響較大。當(dāng)油品溫度升高時(shí)，粘度下降，泄漏量增加，測(cè)量誤差較大。
2.5 油質(zhì)的影響
含烴組分較高的油品，當(dāng)溫度偏高時(shí)，油品中的烴組分揮發(fā)變成氣體。油氣混合通過(guò)腰輪流量計(jì)時(shí)，流量計(jì)對(duì)油品的檢測(cè)量就會(huì)大于實(shí)際通過(guò)的油品量，誤差>0；含蠟量高的油品，當(dāng)溫度較低時(shí)，轉(zhuǎn)子結(jié)蠟，使計(jì)量腔減小，誤差>0。
通過(guò)以上分析知，腰輪流量計(jì)的計(jì)量誤差與腰輪間隙成正比、與壓力差成正比、與油品粘度成反比（粘度與溫度成反比），即
E∝k△PLCWcβ（T-T1）/μ
式中，E為計(jì)量誤差；k為常數(shù)；△p為流量計(jì)前后壓力差；Lc為運(yùn)動(dòng)部件之間的間隙長(zhǎng)度；Wc為運(yùn)動(dòng)部件之間的間隙寬度；β為流量計(jì)計(jì)量腔體材質(zhì)體積膨脹系數(shù)；T為流量計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)油品溫度；T1為流量計(jì)檢定時(shí)油品溫度；μ為原油粘度。
3 誤差的確定
實(shí)際使用中要標(biāo)定腰輪流量計(jì)的誤差，主要是通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)裝置對(duì)其檢定得到。其值為
E=[（Qzh-Qb）/Qzh]×100%=（1-ξ）×100%
式中，E為腰輪流量計(jì)的綜合誤差；Qzh為被檢腰輪流量計(jì)指示值；Qb為標(biāo)準(zhǔn)裝置容積值；ξ為流量計(jì)系數(shù)，ξ=Qb/Qzh。
4 減小誤差的方法
a）改變傳動(dòng)齒輪傳動(dòng)比。當(dāng)E>0時(shí)，齒輪傳動(dòng)比向小于1的方向調(diào)整；當(dāng)E<0時(shí)，齒輪傳動(dòng)比向大于1的方向調(diào)整。直到誤差在允許范圍內(nèi)。
b）當(dāng)油品中含有氣體時(shí)，在流量計(jì)前加消氣器，消除油品中的氣體。
c）采用分段修正的方法減小誤差。
d）根據(jù)使用情況縮短檢定周期。
e）優(yōu)化腰輪流量計(jì)的運(yùn)行環(huán)境。
5 注意事項(xiàng)
從上述分析可以看出，腰輪流量計(jì)的計(jì)量誤差不僅與流量計(jì)本身的制造精度有關(guān)，而且與被測(cè)流體的壓力、溫度、流量、粘度以及流體本身質(zhì)量密切相關(guān)。雖然，腰輪流量計(jì)的誤差可以通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)體積管調(diào)整，但這只是調(diào)整了計(jì)量器具誤差，同時(shí)流量計(jì)檢定是有周期的，不是實(shí)時(shí)的，實(shí)際計(jì)量誤差只有通過(guò)改變腰輪流量計(jì)的運(yùn)行環(huán)境來(lái)減小。因此，在腰輪流量計(jì)的運(yùn)行過(guò)程中應(yīng)注意4點(diǎn)：
a）從結(jié)構(gòu)和工作原理可知，腰輪流量計(jì)屬于機(jī)械容積式流量計(jì)，沒(méi)有外力驅(qū)動(dòng)，僅靠壓力差推動(dòng)其運(yùn)轉(zhuǎn)。因此，應(yīng)加強(qiáng)流量計(jì)的巡回檢查力度，觀察其運(yùn)行狀況，定期清潔位于流量計(jì)前邊的過(guò)濾器，防止腰輪被雜質(zhì)卡住使流量計(jì)不轉(zhuǎn)，造成嚴(yán)重的油量損失。
b）從腰輪流量計(jì)的誤差特性可以得知，流量計(jì)的漏失量與壓力差、流量、溫度、粘度等密切聯(lián)系在一起。因此，應(yīng)維護(hù)好流量計(jì)各運(yùn)動(dòng)部件（如止推軸承、光電齒輪等）潤(rùn)滑狀況，減小機(jī)械阻力，同時(shí)，將壓力、溫度、流量等參數(shù)控制平穩(wěn)，并且結(jié)合尕斯聯(lián)合站處理原油的粘溫特性和南北干線原油粘溫曲線（如圖5），將以上參數(shù)在適當(dāng)范圍內(nèi)做合理調(diào)整，當(dāng)溫度在60～70℃時(shí)，南北干線原油粘度幾乎不變，也就是說(shuō)在此區(qū)間段，粘度對(duì)誤差值影響較小。為此，流量計(jì)的運(yùn)行溫度應(yīng)控制在50~70℃。
c）從腰輪流量計(jì)鑒定時(shí)確定的流量計(jì)系數(shù)（如表1～表3）可以看出，流量計(jì)系數(shù)為1時(shí)計(jì)量誤差最小。結(jié)合原油交接計(jì)量方法（通常采用平均值法），應(yīng)盡量將運(yùn)行參數(shù)（流量、溫度、壓力等）控制在流量計(jì)系數(shù)為1的附近。
表1 1#流量計(jì)系數(shù)對(duì)照表
檢測(cè)點(diǎn)排量
90
130
170
200
240
排量范圍Q/m3·h-1
<110
110≤Q
150≤Q
185≤Q
≥220
<150
<185
<220
流量計(jì)系數(shù)ξ
0.9998
1.0001
1.0004
1.0004
1.0002
表2 2#流量計(jì)系數(shù)對(duì)照表
檢測(cè)點(diǎn)排量
90
130
170
200
240
排量范圍Q/m3·h-1
<110
110≤Q
150≤Q
185≤Q
≥220
<150
<185
<220
流量計(jì)系數(shù)ξ
0.9995
1.0004
1.0007
1.0011
1.0011
表3 備用流量計(jì)系數(shù)對(duì)照表
檢測(cè)點(diǎn)排量
90
130
170
200
240
排量范圍Q/m3·h-1
<110
110≤Q
150≤Q
185≤Q
≥220
<150
<185
<220
流量計(jì)系數(shù)ξ
0.9989
0.9995
1.0005
1.0015
1.0017
d）為了更好地提高原油交接計(jì)量數(shù)值的準(zhǔn)確性，需要從事計(jì)量的管理和技術(shù)人員熟練掌握原油處理和計(jì)量專業(yè)技能，同時(shí)，應(yīng)具備一定的數(shù)學(xué)應(yīng)用能力，優(yōu)化原油處理系統(tǒng)和交接計(jì)量系統(tǒng)的運(yùn)行方式。
6 減小誤差的措施
1）定期用標(biāo)準(zhǔn)體積管在線標(biāo)定腰輪流量計(jì)，當(dāng)誤差超過(guò)規(guī)定值時(shí)，及時(shí)調(diào)整齒輪的傳動(dòng)比，使其達(dá)到計(jì)量精度要求,, , , , 。
2）培訓(xùn)合格的管理和操作人員，及時(shí)檢查和清潔流量計(jì)及其過(guò)濾器。讓各運(yùn)動(dòng)件始終處于良好潤(rùn)滑狀態(tài)。
3）根據(jù)流量系數(shù)選擇合適的流量范圍；根據(jù)原油粘溫特性，讓流量計(jì)工作在溫度對(duì)粘度影響最小的溫度范圍。
4）控制液體的壓力、溫度、流量，達(dá)到平穩(wěn)狀態(tài)。