摘 要：随着原油资源勘探开发的不断深入，以及原油在现代工业中需求量的日益增大，在市场经济下，原油的计量直接关系到供需双方的经济利益，准确地对原油流量进行计量是企业生产和经营中的一项基础工作。就质量流量计在稠油计量方面的应用做出了相关的技术探讨。

关键字：稠油 质量流量计 密度 含水 动态计量

    1 引言

    未净化稠油（含水率大于50%）做为原油类别中的一种油品，是油田生产的主要产品之一，主要特点为粘稠度大，含水率高，其处理输送的整个过程中都需要准确计量，包括厂内站间计量及外输交接计量。稠油的精确计量为企业经营管理者组织生产、量化考核提供了可靠依据，因此变得越来越重要。

    稠油计量按计量方式可分为动态计量和静态计量。动态计量一般采用容积式流量计流量计等进行在线连续测量；静态计量主要用金属油罐、铁路罐车等做为计量体积量的器具，利用大罐检尺的方法计量稠油。本文将重点结合质量流量计在新疆油田重油公司61#稠油处理站中的设计应用情况进行讨论。

    2 质量流量计的优势与特点

    容积式流量计做为一次计量手段，测量油品的体积流量，再用其它方法测定油品的密度和温度，并通过计算得出质量。适应我国交易中以质量为计量单位的需要。但这种测量技术由于测量数据多，需要进行繁琐的计算，因此综合误差较大。另外，介质的粘度和密度对计量精度也有较大的影响。

    质量流量计是20世纪70年代发展起来的，它是基于“科里奥利”原理的一种新型计量手段。由于它直接显示被测液体的质量，不需考虑液体的温度、压力、粘度、密度等参数的影响而进行修正或换算，大大提高了质量流量的准确度，因此，受到广大用户的欢迎，用质量流量计交接计量，在一定程度上解决了密度分层所引起的计量问题，因此质量流量计的应用日益广泛。在未来的油品交接计量中，质量流量计具备了无可比拟的优越性。

    （1）它无需测量多个参数，而是直接测出流经质量流量计的油品质量。这样流量计的综合精度就只取决于时间差的测量精度；

    （2）与油品介质的温度、粘度、导电性、流体的形状以及直管段等无关，在同一付油管线切换交付不同类型的油品情况下特别适用；

    （3）科里奥利质量流量计都具有很高的计量精度，读数误差一般在±0.15%～±0.2%范围内，在特殊标定情况下，读数误差可以达到±0.1%；

    （4）质量流量计的推广应用，为稠油含水率的精确测量提供了一条新的途径。这种新型仪表除了其测量质量流量的功能之外，还可以测量被测液体的混合密度，间接测出稠油含水率。在一定条件下质量流量计还可以完成稠油计量中体积流量计、密度计、含水分析仪、温度计、压力表等几种配套仪表的功能，从而可以实现一表多用和多功能为一体的测量效果。

    （5）综合现有各厂家的质量流量计，都有着与之配套的智能化可编程的变送器和有丰富显示监控功能的二次仪表。易于在计算机系统内满足系统设计各方面的功能需求。

    3 质量流量计测量原理及结构

    科里奥利流量计根据牛顿第二运动定律原理进行运作。质量流量计把固定在仪表内部的U型管（流量传感器）用电磁驱动系统使其振动。当流体流经具有固定频率的振动管时，流体被强制接受管子的垂直动量。在管子向上运动的振动半周期时，流入仪表的流体向下压，抵抗管子向上的力，反之流出仪表的流体存在向上的力，抗拒管子对其垂直动量的减少，而把管子向上推。两个作用力的合成引起流量传感管扭曲，这就是科里奥利效应，从而输出质量流量、密度、温度、以及体积流量等参数。

    质量流量计由一次装置与二次装置组成。

    一次装置，即流量传感器。这是一种基于科里奥利效应的相位敏感型谐振式传感器。该传感器由振动管、信号检测器、振动驱动器、支撑机构和壳体所组成。

    振动管，即测量管，乃被测流体流经的振荡管路；信号检测器，是用来检测和监控科里奥利力效应的测量传感器。常用的有光电式检测器和电磁式检测器两种；振动驱动器是驱动振动管振动的装置，它和信号检测器、放大处理电路构成一套正反馈自激振荡系统；支撑结构，即振动管的支撑件，常用不锈钢材料铸造而成，它把振动管和安装法兰连接成一个整体；壳体，是对振动管、信号检测器和振动驱动装置提供保护的部分。在一般结构中，流量传感器均采用单层壳体保护，在某些特殊要求的场合，可以考虑采用双层壳体保护。

    二次装置即流量变送器，是以微处理器为核心的电子系统。它用来向一次装置提供驱动力，并将一次装置的信号转换为质量流量信号及其他一些有意义的参数信号，同时具有根据温度参数对质量流量和密度测量进行补偿、修正的功能。流量变送器一般输出标准电流信号或频率信号，并可按一定的通讯协议，实现与上位机和DCS系统的交联与远传通讯。变送器上的显示面板可以组态显示所用的各种参数。

    4 使用过程中的几点问题

    新疆油田重油公司61#稠油处理站中的稠油来油管线其中一路隶属于新疆油田采油二厂，由于来油方与收油方的不同，油品在其中需要进行交接计量，此处稠油具有如下特点：介质密度（60℃）为910kg/m³，介质粘度（60℃）为102～1000mPa.s，其特点为粘稠，含水率高，含杂质较多，含少量气体等特点，其计量流程如图1。

图1 计量流程

    在其安装使用时应注意如下问题

    （1）质量流量计

    使用质量流量计时可以有3种安装方式，箱体朝上安装，箱体朝下安装和竖式安装。根据不同类型的介质，选择不同的安装方式。一般来说，当介质为液体时，采用箱体朝下安装的方式为好，可以避免介质中气体对计量精度的影响。另外，对于同一质量流量计，采用不同的安装方法，对计量精度将有不同的影响。当介质中气液不能均匀混合时，将产生很大的计量误差，当气液均匀混合时，气体的质量相对可以忽略，将不影响质量流量的测量，实际使用中，应避免质量流量计的安装距离泵的出口过近或输油管线经过太多的高低起伏和弯转；

    （2）过滤器

    过滤器用于延长流量计使用寿命，防止被计量液体所携带的金属物、焊渣、石块等杂质和脏物进入流量计，影响流量计正常运行。它安装在流量计的进口；

    （3）消气器

    此处稠油含有一定气体，这些气体在管道中占有一定的空间，随油流进入流量计内就会把气体也当成油进行计量。要确保流量计的计量精度，必须将这部分气体在进入流量计前排除掉，消气器能起此作用；

    （4）差压变送器

    检测过滤器进出口差压值，以此判断过滤器是否被堵。

    5 质量流量计计量性能影响因素

    （1）密度和粘度。对质量流量的测量影响较小，通常不需要进行补偿。然而，对某些特殊设计和尺寸的流量计，密度的改变会导致流量计零点输出和/或流量计校准系数的偏移；

    （2）零点稳定度。对小流量的影响较大，因此，在确定流量计量程比时，零点稳定度是一个限制因素。在稳定的工作条件下，流量计的零点漂移值一般不会超出零点稳定度，重新调零可以使流量计的零点漂移更小；    

    （3）振动影响。不同结构形式的科氏流量计振动管的振动频率差异较大，一般在几十赫兹到上千赫兹。外部的振动源可能会影响流量计的性能。当流量计的安装位置靠近振动源时，应向厂家咨询；

    （4）上游流态的影响。对不同设计形式的流量来说，由于上、下游管路结构不同而造成的漩涡和不均匀流速分布对流量计计量性能的影响不同，因此是否需要整流器、上下游直管段也不同。对于某些理论上不受流态影响的科氏流量计，其实际应用效果还需要进一步验证。用户可要求厂家提供相关技术文件以证明流态的影响；

    （5）安装应力。安装科氏流量计时，应考虑对传感器和进出口法兰的支撑，并且应先用短接代替流量计安装在管路系统中。压力、温度等的变化可能会产生轴向、弯曲和扭曲应力，从而影响流量计性能，尤其是零点稳定度。

    6 质量流量计的检定

    用于贸易计量用的流量计国家规定精度为0.2级以上，即基本误差不大于±0.2%，国家规定流量计属国家强制检定计量器具。凡达到检定周期的、经检修后或长期不用需要使用的，对其测量值发生怀疑的流量计都要及时检定，确保其公平交易。

    质量流量计的检定，是为了评定其测量性能，如：准确度、重复性等。检定是进行量值溯源或量值传递以及保证量值准确一致和量值统一的重要措施，是国家对整个计量器具进行管理的技术手段。因此，质量流量计的检定具有十分重要的意义。质量流量计的检定一般有4种方法：质量法，容积法，体积管法和标准流量计法。检定时可以采用离线检定和在线检定2种检定方式，在线检定可以在实际使用条件中直观的反映系统的精度。

    流量计的基本误差应不超过表1中规定的基本误差限。

表1 质量流量计基本误差限

    其误差限用公式（1）计算可得出：

        （1）

    式中

    E_0i—第i，点的误差限；

    E₀—表中的基本误差限；

    q_i—第i点的质量流量；

    q₀—流量即的零点稳定度。    

    7 结束语    

    新疆油田重油公司61#稠油处理站中的质量流量计自投产以来，状态良好，性能稳定，降低了人员劳动强度，提高了劳动生产率，保证了计量准确度，满足了油田生产计量的要求，为油田生产管理自动化打下了基础，其设计方案值得其它工程及设计项目借鉴。除此之外，今后在质量流量计的安装及设计上还是应该尽量避免以下问题：

    （1）工艺流程应尽量满足质量流量计的使用要求，即综合介质最好能做到气体、液体彻底分离；

    （2）介质中含砂应尽量在流量计之前得以消除，同时应尽量避免质量流量计内部管壁垢；

    （3）必须尽量减少纯水纯油密度测量误差对含水所造成的影响，也就是说纯水纯油密度值必须具有代表性，建议进行多次取样化验。对于某一区块的油、水密度一般变化不大，但若新井投产量大或产量波动较大时，重新作一次纯水、纯油的密度；

    （4）流量计应定期进行标定，以确保流量计的计量精度。

    针对我国以质量为计量单位的实际情况，质量流量计不失为先进、合理的流量计量仪表，可以预见。质量流量计将还会在今后油品储运领域的现代化管理中大显身手。