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原油动态计量中流量计系数控制方法提高原油检验工作质量

时间:2017/09/14来源:未知

  本文根据流量计系数的数学模型,首先分析了流量计系数的变化量,从而提出一种对流量计性能控制的方法,并根据实际的数据加以验证。该方法是以流量计的基准曲线为基础,通过估计流量计系数的真值,根据标准的要求设定控制线,来评价测量的实际流量计系数,确定系数的偏离程度,从而控制流量计的性能,保证计量设备稳定可靠运行,提高原油检验工作质量。

一、引言:
 原油的动态计量普遍采用配有流量计算机和标准体积管的流量计系统,尤其是海上油田。在使用过程中,流量计的性能随流过液体的流量、温度、压力、粘度、和流体的密度而改变,也会因流量计的磨损而发生变化。目前, 原油动态计量多采用系数 法[1]进行自动计算,完成贸易交接。其过程是,检定机构对流量计进行检定,给出性能曲线,合格后将性能曲线植入流量计算机,贸易交接计量时,流量计算机根据采样流量在性能曲线上内插得到流量计系数(MF)进行修正计算。因此,对MF的控制不助于提高计量的准确性,也反映了检验鉴定工作的质量。流量计系数综合反映了流量计的性能, 对流量计性能的控制,相关标准[2]采用统计控制图,然而需要累积不少于15次“学习(准备)阶段”的测量值。
 实际工作中,计量的频率和产量有关,在检定周期内可能无法完成测量数据的收集,这样在前期阶段就无法控制。不同时期的计量,温度常常变化很大,使得流量计系数的复现性差,造成收集的数据质量不高,处理数据时会被误剔除。另外,检定时的温度与外输时的温度有时偏差较大,使流量计系数偏离性能曲线[3]。本文通过对MF的数学模型进行分析,对流量计系数的理论真值进行估计,提出一种实用的控制图做法。该方法的理论还有助于分析影响流量计性能的因素,为进一步研究动态计量的性提供引导。

二、流量计系数变化量的理论分析:
  在不同的标准中,流量计系数的计算模型不同,但其实质是等效的[4],公式(1)为美国石油学会石油计量标准手册(API MPMS)中提供的模型。
模型计算公式
计算公式

由于液体的不可压缩性, 压 可分为两部分,一是温度、压力 1.86×10-5(1/℉)、3×105Psi;
力对液体影响较小,体积管和流 变化对体积管的影响;二是流量 体积管内径、壁厚分别为23.25和
量计距离一般较近,温度基本相 计性能的改变。检定基准曲线确 0.375英寸;基准温度和压力分别
同,所以式(4)可近似为常数, 定后,则可以计算相对于检定状 为60℉和0Psi。  
因此对于式(1)独立变量只有体 态下MF的变化量,因此,可以得   附表为计量时核查数据的变
积管的温度、压力及流量计产生 到MF的估计值,从而控制流量计 化量分析,图1是两个变化量的
                     
的脉冲数。将式(2)、(3)和 的实际测量系数。   对比。 通过比较可以发现, 式
                     
(4)代入(1)式,并假定流量   三、实际数据分析   ( 5 )能很好的估计 M F 的变化
               
计系数曲线在使用范围内可微,              
              量,这说明在流体条件已知时,
                     
对公式( 1 ) 进行微分得( 5 )   1.MF变化量(δMF)分析   可以通过公式来估计MF值。
        检定机构对流量计进行检  
式。           2.温度对MF及其变化量的
        定,获得流量计的性能曲线(基    
          影响    
  (5)   准曲线) 后, 每次计量时对流      
          式(5)说明,温度对MF的
        量计进行核查,核查得到的M F    
以上各式中:         影响主要是改变体积管容积值,
                     
CTSP 、CPSP——温度、压力对 值和基准曲线比较, 观察其实        
体积管材质的修正系数;   际变化量( M F),并          
CTLP 、CPLP——温度、压力对 与式( 5) 的计算变化量          
体积管处液体的修正系数;   (δMF)比较。          
CTLM  、CPLM——温度、压力   检定的条件为, 温          
对流量计处液体的修正系数;   度、压力、流量和对应的          
                   
VB 、VP——体积管的基准体 脉冲分别是: 132 . 4 ℉、          
积、标准体积;       32.7Psi、6594BPH(桶/小          
TB  、PB——基准温度、基准 时)和21627个,流量计          
                   
压力;       的仪表系数 K 为 525 。 所 图1 实际变化量与计算变化量的对比
图1 实际变化量与计算变化量的对比
           
α、E——体积管材质的膨胀            
  用体积管的参数为,基准          
                   
系数、弹性模量;           附表 核查数据变化量分析    
D、t ——体积                
                           
  编号   温度(℉) 压力(Psi)   流量(BPH)   脉冲   MF MF δMF
                         
管内径、壁厚; 1   120.0   86.4   6471   21621   0.9939 0.00017 0.00016
VM ——流量计 2   133.4   82.3   6440   21637   0.9934 -0.00034 -0.00034
  3   125.7   88.4   6442   21622   0.9940 0.00026 0.00022
计量的标准体积;                          
  4   125.2   85.5   6402   21623   0.9939 0.00015 0.00016
n ——流量计所 5   126.0   88.6   6483   21633   0.9934 -0.00033 -0.00028
计的脉冲数; 6   121.8   85.0   6536   21626   0.9937 -0.00001 -0.00004
  7   120.2   89.2   6434   21631   0.9934 -0.00034 -0.00029
                           
K——流量计仪 8   126.5   83.1   6477   21626   0.9937 -0.00003 0.00004
表系数( 单位体积 9   122.6   84.9   6273   21614   0.9942 0.00042 0.00052
  10   120.2   83.7   6381   21617   0.9940 0.00025 0.00034
                           
                           
的脉冲数)。 11   120.4   78.6   6388   21621   0.9938 0.00005 0.00015
                           
温度较检定时越高, 体积管容积值改变越大,因此对其基准体积修正越大,δ M F值越大,结果M F值变大,反之亦然。图2为流量计在一个检定周期内温度与M F的监测图,图中每批次的流量和压力是一致的。从图2可以看出,流量计系数的变化走势和温度的走势是一致的。

图2  温度对MF的影响

图2  温度对MF的影响

四、控制图的做法:
   原油动态计量中,对流量计系数M F的控制,是质量管理在计量领域的应用。在数据样本足够多时,可以采用统计控制的方法, 根据不同的置信度,设置控制线,如预警线(95%概率)和故障线(99% 概率)。样本较少时,可采用本文式(5)的方法,对MF的真值进行估计,根据设定的控制线进行控制。用于原油贸易交接的计量设备, 其准确度等级一般为0.2级,因此可将0.2%作为预警线。相关标准规定[5],计量系统的总体误差不得超过0.35%,所以可将0.3%为故障线。
  制作控制图时,需要先对设备进行核查。根据核查时的流量,在检定的基准曲线上内插求得一个基准流量计系数( M F B ),再根据核查时的工况条件,依据式( 5) 计算出工况引起的变化δMF(不包括流量计性能变化部分),从而得到流量计系数的估计值(MFE),见式(6):
计算公式

计算公式
  图3是使用表1数据制作的控制图,其中在第7批次计量时,核查的MF值(0.9924)偏低较多,因此建议暂不接受该系数。排查原因发现,管路中出口阀密封不严,导致泄露。待阀门完全密封后复查, M F值(0.9934)回归正常。
图3  MF控制图
五、结论:
  原油贸易计量中,在控制参数不具备统计学规律时,本文的方法能很好的保障设备的运行状态。该方法是在检定机构给出流量计性能曲线的基础上,控制测量值偏离基准状态的程度,从而可以提高检验鉴定的工作质量,保证设备稳定可靠,提高计量的准确度。另外,该方法也可对货量的修正计算方法给予引导。

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