石油流量的測(cè)量
(1)石油流量測(cè)量的特點(diǎn)。石油是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的血液，一年數(shù)億噸的石油在采集、輸送儲(chǔ)存、加工及分配等各個(gè)環(huán)節(jié)需要用大量的流量測(cè)量?jī)x表。由于石油在各個(gè)不同環(huán)節(jié)所表現(xiàn)出來(lái)的特性差別很大，計(jì)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(jì)量相比，石油流量測(cè)量有下列主要特點(diǎn)。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(duì)測(cè)量無(wú)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(cè)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(jì)量精確度要求高。用于貿(mào)易結(jié)算的油品計(jì)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(diǎn)用能設(shè)備能耗考核用汽油、柴油、原油計(jì)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(jì)量應(yīng)達(dá)到0.35%R精確度，而在大宗油品計(jì)量中，計(jì)量精確度的要求更高，意義更大。例如經(jīng)原油交接計(jì)量站計(jì)量的原油，一個(gè)站每年約為數(shù)百萬(wàn)噸，千分之一的誤差就將引起每年100萬(wàn)元的結(jié)算差額。
③應(yīng)考慮在線實(shí)流校準(zhǔn)。用于石油計(jì)量的流量計(jì)，一般口徑較大，拆下送檢極不方便，一般應(yīng)有實(shí)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(shí)流校準(zhǔn)。
④質(zhì)量流量測(cè)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(jì)在石油產(chǎn)品的計(jì)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(yàn)，其中ISO2714:1980《液態(tài)烴--用除計(jì)量泵以外的定排量(容積式)儀表系統(tǒng)的體積測(cè)量》就包含了很多實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。容積式流量計(jì)在石油計(jì)量中具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，關(guān)鍵原因是流體本身的自潤(rùn)滑作用，使這種儀表能長(zhǎng)期、穩(wěn)定運(yùn)行，而且精確度高，范圍度較大(一般可達(dá)10:1)。
石油計(jì)量用的容積式流量計(jì)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(jì)選型和使用中應(yīng)注意如下幾點(diǎn)。
a.精確度與流量范圍度有關(guān)。同一臺(tái)儀表如果額定精確度等級(jí)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(jí)。例如，各類轉(zhuǎn)子式液體儀表范圍度為5:1時(shí)，基本誤差為士0.2%R;范圍度為10:1時(shí)，則降為士0.5%R。表3.9是不同口徑0.2級(jí)腰輪流量計(jì)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(duì)測(cè)量誤差有一定影響。與渦輪流量計(jì)等其他流量計(jì)相比，黏度影響較小，此外，還與許多其他流量計(jì)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(duì)一臺(tái)腰輪流量計(jì)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(shí)，黏度對(duì)儀表誤差仍有明顯影響;黏度大于51mPa.s時(shí)，黏度對(duì)誤差影響已不明顯。上述只是實(shí)驗(yàn)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(cè)量，越要注意黏度帶來(lái)的誤差影響。
對(duì)于0.2級(jí)精確度容積式流量計(jì)，測(cè)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(gè)較寬廣的范圍內(nèi)變化時(shí)被試儀表所表現(xiàn)出來(lái)的誤差，而在實(shí)際應(yīng)用中，一個(gè)具體的測(cè)量對(duì)象其流體黏度變化范圍是比較窄的，用戶在訂貨的時(shí)候要向制造廠提供具體黏度數(shù)據(jù)，制造廠對(duì)產(chǎn)品校準(zhǔn)時(shí)，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(jì)校準(zhǔn)時(shí)的液體黏度與實(shí)際使用的液體黏度應(yīng)盡量接近，但往往做不到這一點(diǎn)，因?yàn)橐惶讟?biāo)準(zhǔn)裝置要為各方面的用戶服務(wù)，要用來(lái)校準(zhǔn)多種類型的流量計(jì)。此時(shí)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(cè)量的容積流量計(jì)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(duì)高黏度流體的適應(yīng)性最佳。
d.流體溫度對(duì)測(cè)量誤差的影響。容積式流量計(jì)的測(cè)量誤差同儀表計(jì)量室容積和間隙大小密切相關(guān)。流體溫度升高時(shí)，計(jì)量室容積增大。轉(zhuǎn)動(dòng)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(jì)計(jì)量室和齒輪均為鑄鋼時(shí)，測(cè)量值變化+0.36%/10℃;均為鑄鐵時(shí)，測(cè)量值變化+0.33%/10℃;計(jì)量室為鑄鐵，齒輪為鑄鋁時(shí)，則為+0.14%/10℃。
e.壓力損失及黏度對(duì)壓力損失的影響。容積式流量計(jì)是由流體能量來(lái)推動(dòng)測(cè)量元件，因此帶來(lái)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(jì)大。液體用儀表在最大流量時(shí)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(shí)n=2，在500mPa·s以上時(shí)n=1;在兩者之間時(shí)，n=1.9~1.1。
f. 間隙對(duì)壓力損失的影響。在轉(zhuǎn)子式容積流量計(jì)中，轉(zhuǎn)子同殼體之間的間隙直接影響壓力損失。在測(cè)量高黏度介質(zhì)時(shí)，有時(shí)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(jì)的△p=f(q)曲線。
g.用于測(cè)量液化石油氣時(shí)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(jì)(如螺桿式)計(jì)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(jì)用于測(cè)量LPG，僅黏度影響就可能帶來(lái)-0.5%左右示值偏差和最小流量值升高;此外，還有潤(rùn)滑性差帶來(lái)的影響。為了改善這種影響，儀表必須有外加潤(rùn)滑劑的潤(rùn)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(shí)候即使停止運(yùn)行，儀表、泵等也需充滿液體，盡量避免空管或半空。因?yàn)槲闯錆M時(shí)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(jì)轉(zhuǎn)子一旦卡死，液體就無(wú)法通過，因此在設(shè)計(jì)、操作和維護(hù)時(shí)都應(yīng)注意，預(yù)防轉(zhuǎn)子卡死。
在設(shè)計(jì)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(jí)過濾，前級(jí)濾網(wǎng)目數(shù)少，后級(jí)濾網(wǎng)目數(shù)逐級(jí)增多。在維護(hù)時(shí)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(huì)，可并聯(lián)設(shè)置過濾器，用閥門切換輪換清理。
儀表投運(yùn)時(shí)應(yīng)謹(jǐn)慎操作，切換速度不能太快，防止熱沖擊對(duì)機(jī)械部件的損傷。還應(yīng)防止因操作不慎引起流量計(jì)兩端過大的壓差，導(dǎo)致儀表?yè)p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(duì)于鍋爐等設(shè)備燃油計(jì)量用的容積式流量計(jì)，為了防止斷油帶來(lái)嚴(yán)重后果，往往采用兩路供油，并分別測(cè)其流量，也可采用兩臺(tái)流量計(jì)并聯(lián)使用。
用蒸汽沖洗管道時(shí)，禁止蒸汽通過流量計(jì)。
i.容積式流量計(jì)的缺點(diǎn)。容積式流量計(jì)的缺點(diǎn)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(diǎn)。
1.結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積大，笨重，尤其是口徑較大時(shí)，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(jì)不適用于高低溫場(chǎng)合，流體溫度范圍只能達(dá)到-30~160℃，壓力最高10MPa。
3.對(duì)流體潔凈程度要求高，當(dāng)含有顆粒等各種固形物時(shí)，流量計(jì)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(dòng)部分長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)，引起機(jī)械磨損，一般都導(dǎo)致計(jì)量誤差增大。
5.部分型式容積流量計(jì)(如橢圓齒輪式、腰輪式、旋轉(zhuǎn)活塞式)在測(cè)量過程中會(huì)引起流動(dòng)脈動(dòng)，較大口徑儀表噪聲較大，甚至使管道產(chǎn)生振動(dòng)。
②不同類型容積式儀表的特點(diǎn)
a.橢圓齒輪流量計(jì)。安裝在計(jì)量腔內(nèi)的一對(duì)相互嚙合的橢圓齒輪，在流體的作用下交替相互驅(qū)動(dòng)，各自繞軸旋轉(zhuǎn)。齒輪與殼體之間有一新月形計(jì)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(dòng)次數(shù)就可計(jì)出流體流過的總量。其原理如圖 3.33 所示。
橢圓齒輪流量計(jì)對(duì)流體的清潔度要求較高，如果被測(cè)介質(zhì)過濾不清，齒輪很容易被固體異物卡死而停止測(cè)量。其另一不足之處是齒輪既作計(jì)量之用又作驅(qū)動(dòng)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(jì)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(gè)因素都使得儀表示值偏低。在儀表超負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，磨損加速，上述情況變得更加嚴(yán)重。
對(duì)于高黏度液體，儀表的活動(dòng)測(cè)量元件負(fù)荷增加。橢圓齒輪流量計(jì)為了減少液體在齒隙間擠壓負(fù)荷，有時(shí)在齒輪上開若干溝槽卸荷(≥150mPa·s時(shí))，大于500mPa·s時(shí)，則采用缺齒的橢圓齒輪。
b.腰輪流量計(jì)。在腰輪流量計(jì)中，由腰輪同殼體所組成的計(jì)量室和腰輪轉(zhuǎn)數(shù)實(shí)現(xiàn)計(jì)量，其原理如圖 3.34所示。
由于同計(jì)量精確度密切相關(guān)的是腰輪，而驅(qū)動(dòng)由專門的驅(qū)動(dòng)齒輪擔(dān)任，因此，驅(qū)動(dòng)齒輪的磨損不影響計(jì)量精確度。另外，根據(jù)力學(xué)關(guān)系分析，主動(dòng)輪對(duì)從動(dòng)輪的驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)力由驅(qū)動(dòng)輪傳遞，兩個(gè)腰輪之間無(wú)明顯摩擦，所以腰輪磨損極微小，這一特點(diǎn)使得腰輪流量計(jì)能長(zhǎng)期保持較高的測(cè)量精確度。
