车载式流量校准装置的开发与应用

车载式流量校准装置的开发与应用

王国江，俞涛，马建东

（长庆油田分公司技术监测中心标准计量站，陕西西安710021）

作者简介：王国江，长庆油田分公司技术监测中心标准计量站。

摘要：本装置在某种情况下可替代车载式标准体积管。检定、校准现场各类原油腰轮流量计、椭圆齿轮流量计、刮板流量计以及双转子流量计等。通过配置不同规格的高精度标准表，实现在不同的流量范围下，自动对被检表光电脉冲器发出的数字信号进行数据处理，从而达到检定、校准的目的。

关键词：装置；设计；校准；应用

1概述

目前，油田原油流量计的标定，主要采用标准体积管法进行标定，标准体积管可分为固定式和车载式两种。我们要谈论的是对油田各采油厂内部、各偏远集输站、点原油流量计的标定。如何设计一套计量装置，在一定的场合能替代车载式标准体积管，完成对现场流量计的标定呢？我们研制的理由有三点，一是车载式标准体积管，结构复杂、计量精度高、且价格昂贵，每一次的维修、保养成本较高；二是油田安装的流量计大多分布在各数集输站点，地处偏远地区，工况条件差，路途的颠簸易造成车载设备中各部件的损坏；三是现场个别站、点原油介质杂质含量较高，易造成体积管缸体的磨损，严重影响体积管的使用寿命。所以，鉴于此因，设计一套活动式的流量校准装置，并配置高精度的标准流量计组，采用经上级计量部门在不同流量范围下标定出的流量系数值，作为标准值对被校流量计进行校准，这种标定方法也被称作标准表法。

标准表法完全能满足油田各采油厂内部间，厂际间精度在0.2级以下原油流量计的标定。在国家流量检定系统表中，虽列有标准表法，但由于过去国内高精度流量计生产质量不过关，难以满足装置对标准表的选型要求，而现在国内0.1级的标准流量计生产技术已经完全能满足装置设计的要求，所以，设计一套车载式流量校准装置技术已经成熟。车载式流量校准装置比起标准体积管价格要低几十倍，且流量计在线标定可实现操作全程自动化，流量校准装置量值可溯源到标准体积管。如果校准装置和标准体积管配合使用，油田流量计标定成本必然大为降低，经济效益十分显著。

2总体设计思路

标准装置整个检定系统设计符合国家JJG667-1997计量检定规程要求，工作原理是采用容量值比较法连续测定，实现操作控制及标定数据自动处理、打印。检定时，将装置与被检流量计检定管汇联接，当流量运行平稳后，在同一时间间隔内，接收标准流量计和被检流量计输出的数字（或模拟）信号，通过接口转换箱对信号进行预处理后输入计算机进行计算和比较，最后得出被检流量计的基本误差、重复性误差等数值。装置在设计上，除软管为低压（<2.5MPa）外，均按6.3MPa的耐压强度（以下提到的高压力均指此压力）设计，以满足油田最高输油压力（5.5MPa）的工况条件。

装置标准表组选择开封仪表厂生产的三台0.1级腰轮流量计，口径分别是50mm、100mm、150mm。流量范围为10～250m3/h，如果想增加流量范围可选取更大口径的流量计。其它配套设备如过滤器、底座、联接管汇、计算机数据处理系统、JZXZ—1流量计接口箱及相应配件等均自行设计完成。

装置整体可分为标定部分和计算机数据采集两部分。

2.1标定装置部分

整套标定装置全部固定在一块底座2.3×1.7m的加固钢板上，便于客货车载，组成一套车载活动式流量标定装置。

标定装置的流体方向如图1所示：从被检流量计来的油经过滤器流向标准流量计，过滤器安装在标准流量计的前管线上，用于过滤管段中油品介质中的泥沙，杂质等。过滤器的前后安装有压力表，可观察流体经过过滤器后管段中的压力损耗。另外，过滤器后管段的压力值需人工输入计算机软件系统，做工况下标准流量计的压力补偿值修正。同样，流量计的后管段安装有温度计，温度计的数值输入计算机软件系统，做工况条件下的温度补偿值修正。

流量计的出口及装置的进口各安装一个阀门，装置在标定中，该阀门开启。流量调节在被检流量计进口处设有旁通阀门调节流量大小，达到各流量点标定值。该装置中选用的腰轮流量计精度为0.1级，经上级计量部门量值标定，确定出在不同流量范围下的流量系数，以保证装置整套系统综合不确定度为0.1%以下。

2.2数据采集系统部分

计算机数据采集系统部分由一台PC机和一台流量接口箱构成。

流量接口箱将采集到的标准流量计及被检流量计输出脉冲数字信号（或4～20mA模拟信号、频率信号），通过AD模块转换，将信息上传至上位PC机，PC机系统自动启动实时数据(包括实时标定数据和定时功能)分析，计算机通过该监控应用程序进行标定过程中的实时监控，标定数据的采集、处理、保存，查询和打印，实现人机的交互功能。

流量接口箱设计为模块式结构，数据采集模块为弘格集团的“ICP”系列模块，该系列模块具有高可靠性、高稳定性。装置采用了数字量采集模块ICP-7080、数据转换模块ICP-7520等。ICP-7080为两通道计数器/频率输入模块。ICP-7520为数据转换模块，把模块采集的现场数据转换为计算机可识别的数据。ICP系列是通用传感器到计算机的便携式接口模块，专为恶劣环境下可靠操作而设计。它具有内置微处理器，坚固的工业级塑料外壳，使其可以独立提供智能信号处理、模拟量I/O、数字量I/O、RS485等通讯功能。

2.3计算计界面功能介绍

参数设定窗口：该窗口用于记录流量计标定时标准和被校流量计的基本信息，

2.3.1基本数据输入窗口

①信息栏。测量信息：输入该处流量标定点的膨胀、压缩系数及流量计工况下的压力、温度值；流量脉冲及修正系统：修正仪表的系统及转换单位；测量时间及次数：流量标定时，决定要测量的次数及每组测量时间的长短；通讯设备、通信端口、设备号：连接流量接口箱使用，该流量接口箱使用USB2.0接口，内部使用智能模块组成。该处用于选择设备连接的计算机的端口，地址（请与实际连接情况使用）。

②按钮栏。保存：保存被检流量的使用单位及型号、参数等一些基本信息；测试端口：测试流量接口箱是否正常；退出：退出当前参数设定窗口，返回主窗体。

2.3.2流量计标定窗口

该窗口显示标准与被校流量的测量数据，同时对比，计算得到工况下被校流量计的累积值及被校流量计的误差、重复性。

①信息栏。选择流量计编号：在参数设定中输入的流量计系统及自动给出一个唯一的编号。

剩余时间、测量次数：状态显示每组的测量所剩时间及测量的次数；当前流量信息：脉冲数，累积流量、瞬时流量、流量标定中实时显示管段中的标准、被校流量计流量参数；

工况测量参数：每组的温度、压力系统自动读取并参与到流量计补偿计算中；报表窗口：流量标定的最终结果在报表中实现查看、打印。报表业务自动对标定过的流量计生成校验表、证书、基本信息等信息；系统标定时默认最大三组测量，其中每组测量三次，每次测量时间的长度由窗口中输入的时间确定（最大支持1h）。

②按钮栏。第一至第三组：分别执行三组不同流量点下的操作；保存：保存三组不同流量下被校流量计基本误差、重复性及流量计系数等信息；退出：退出当前参数设定窗口，返回上页窗体。

2.3.3报表窗口

流量标定的最终结果在报表业务中实现查看、打印、生成校验表、证书等信息。

3装置标定原理

将车载标定装置与被检流量计一同串接到管汇上，让流经被检流量计的液体完全通过标准流量计。将标准流量计和被检流量计表头上的脉冲信号发讯器端口与流量接口箱连接，将信号通过接口箱传入计算机系统进行处理计算。

在一定的时间间隔内(应设为标定时间足够大，以保证标定精度)，计算机系统实时的采集由被校表和标准表同时发出的脉冲数，计算出相应的累积流量，从而确定出被校表的计量误差。

考虑在工况条件下，将标定时的温度、压力值补偿由人工输入，做计算机系统的累积流量修正。同样，影响流量的液体膨胀系数，压缩系统等也全部考虑在内。

基本误差的确定，通常检定时应在最大流量、最大流量的40%和最小流量三点进行。每点重复测量三次。流量计各点的示值误差按下式计算：δ指=（Q指-Q标）×100%/Q标

式中：

δ指—流量计各点的示值误差

Q指—被检流量计的指示值

Q标—标准流量计测得值（换算到被检流量计工况条件下累积流量值）；

其中：Q标标准流量计测得值为：将标准流量计指示值换算到流量计检定条件下的累积流量实际值，该值通过下式来计算：

Q标=V[1+β(tM-ts)][1-k(PM-Ps)]

式中：

V=Q标指C

C为标准流量计修正系数，该修正系数由标准流量计检定证书确定

Q标指为标准流量计指示值

β—液体膨胀系数；

k—液体压缩系数；

tm、ts—分别为被检流量计和标准流量计处液体温度值；

Pm、Ps—分别为被检流量计和标准流量计处液体表压值。

在其影响可以被忽略（如影响量小于被检流量计基本误差限的1/10）的情况下式中修正因子可以简化，即β=0，C=1。

流量计系数由下式来计算：

ξ=Q标/Q指

式中：ξ—流量计系数

流量计的基本误差按下式计算：

δ=√（δ指）MAi2+δ2指

式中：（δ指）MAi—各检定点各次检定示值误差的最大值；

δ指—装置的误差，若δ指值不超出被检流量计基本误差限的1/3，

可忽略不计；

根据示值误差的检定结果，流量计各检定点的重复性误差（δr）i按下式算

（δr）i={[（δ指）i]max-[（δ指）i]min}/dn

式中：[（δ指）i]max、[（δ指）i]min—为流量计第i检定点的最大及最小示值误差；

dn——极差法系数

总之，活动式流量标定装置具有工作可靠、使用范围广、测量精度高、车载方便易于现场测量、抗干扰能力强、操作简单方便、软件拓展性强等特点，非常适应于油田流量计现场标定中使用。

4系统软件编程

本装置数据采集及处理系统软件设计采用VisualBasic6.0设计，由于VisualBasic是一种可视化的、面向对象和采用事件驱动方式的结构化高级程序设计语言，可用于开发Windows环境下的各类应用程序。在VisualBasic环境下，我们采用事件驱动的编程机制及新颖易用的可视化设计工具，使用Windows内部的应用程序接口（API）函数，以及动态链接库（DLL）、数据通讯（COM），动态数据交换（DDE）、对象的链接与嵌入（OLE）、开放式数据链接（ODBC）等先进技术，高效、快速地开发出Windows环境下功能强大、图形界面丰富的应用软件系统。另外，系统软件具有强大的数据库功能，能够最大限度的满足现场测量数据的保存和调用打印，数据库的备份库则解决了由于误操作引起的数据丢失。

系统软件具有极强的可拓展性，在这里可以完成两路数字信号，完成目前现场的校验要求。如果需要增加数字信号或模拟信号的测量，在增加测量模块的基础上软件只需要作小小的改动即可完成要求。软件只需对程序作小许改动即可完成对其他装置的校验。另外，的软件在增加控制模块和现场控制装置的基础上可以完成对流量计校验的自动调节。

5结语

活动式流量校准装置的开发成功，使油田现场流量计标定（校准）过程更加快捷、简便、直观、准确。尤其适用于油田内部及厂际间的流量计标定，最重要的是在某种程度上可替代车载式标准体积管，减少了体积管的频繁使用，保护了车载体积管，降低了维修保养成本。从另一方面讲，活动式流量校准装置因本身的特点决定了其维护及计量成本非常低廉，对计量部门提高经济效益意义非常重大。

活动式流量校准装置设计上具有开创性、各项技术指标显示，已达到国内同行业先进水平，如再经过一定时间的具体实践及改进，完全具备在全国各大油田推广应用，市场前景十分看好。

参考文献：

[1]JJG667-1997,腰轮流量计计量检定规程[S].