中哈原油管道流量计量系统误差的主要来源分析及改进途径探讨.docx
- 文档编号:25247286
- 上传时间:2023-06-06
- 格式:DOCX
- 页数:14
- 大小:559.42KB
中哈原油管道流量计量系统误差的主要来源分析及改进途径探讨.docx
《中哈原油管道流量计量系统误差的主要来源分析及改进途径探讨.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《中哈原油管道流量计量系统误差的主要来源分析及改进途径探讨.docx(14页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
中哈原油管道流量计量系统误差的主要来源分析及改进途径探讨
中哈原油管道流量计量系统误差的主要来源分析及改进途径探讨
徐鹏、吴浩、陈群尧
2012-02-1713:
27:
33 来源:
《检验检疫学刊》2010年第5期
(徐鹏.中国检验认证集团新疆有限公司 新疆乌鲁木齐 830011;
吴浩.新疆出入境检验检疫局;陈群尧.中哈管道有限责任公司)
摘要:
本文通过中哈管道2年多的数据积累分析,找出了减少误差,使计量数据更接近实际值的改进途径,为我国跨国原油管道的计量工作探索出有价值的方法。
关键词:
管道;流量计;系统误差
中图分类号:
TP211+.3
项目基金:
国家质检总局科研课题(2006Z002800)
TheMeteringErronsofFlow-MeterandIt'sImprovementWaysofKazakhstan-ChinaCrudeOilPipeline
XuPeng1,WuHao2,ChenQunyao3
(1.ChinaCertification&InspectionGroupXinjiangCo.,Ltd.,Urumq,iXinjiang,830011;2.XinjiangEntry-ExitInspectionAndQuarantineBureau;3.Kazakhstan-ChinaPipelineLLP)
Abstract:
ThroughtheananlysisofdatacollectedoverthepasttwoyearsforKazakhstan-ChinaPipeline,thispaperintroducedanimprovementmethodreducingerrorandreadingtherealvalueofmetering.Itsoughtoutamoreprecisemeteringmethodforinternationalcrudeoilpipeline.
Keywords:
Pipeline;Flow-Meter;MeteringErrons
1 前言
中哈原油管道建设一期投运已经2年多,引起这个长输管道计量结果波动和同一密闭管道上两个计量站计量结果出现差异有诸多因素;受各种变化因素影响,两个计量站短期计量数据具有不可比性,可以应用累积相对计量差指标对管道上2个及2个以上不同计量点计量结果差异进行评估;统计技术分析结果表明,原油物理特性变化而产生的净重计量结果差异基本呈正态分布,在计量运行中存在较大的系统性误差[1]。
为了减少误差,使计量数据更接近实际值,本文着重分析引起系统性计量误差的主要原因,并探讨改进计量运行质量,提高计量准确度的方法。
2 引起首末站计量差异的主要原因及分析
2.1 实际流量计仪表系数漂移对计量结果的影响
为了检查流量计仪表系数的变化,在两国联合检定后和再次联合检定前通过在线实流检定对流量计的实际仪表系数漂移情况进行监测,结果见图1。
图1 中哈原油管道阿拉山口计量站流量计实际工作点漂移示意图
图中黑色的折线为联合检定确定的流量计仪表特性曲线,而上下平行的两条折线为0.2%的上下极限,数据点为日常检测取得的相应流量点下的实际仪表系数。
从图1中可以清楚地看出,在以6个月为周期的联合检定结果有效期内,绝大多数情况下实际仪表系数会飘漂离检定值,并且远远超出0.2%的上下极限;多数情况下,流量计的实际仪表系数高于检定值。
将图1与参考文献[1]图4对照可以看出,2007年3月19日到2007年9月15日、2008年3月12日到2008年9月15日这两个流量计实际仪表系数集中较大向上漂移的时间区间正是首末站出现正差高峰的区间,因此可以推定,流量计实际仪表系数在检定有效期内的单向漂移是产生首末站累积计量差异的主要原因。
为了进一步考察流量计系数随时间漂移的情况,以两国联合检定确定的曲线作为考察基准,观察检定周期内实际仪表特性对考察基准的相对漂移量的百分比,并用数据点沿时间轴标注在基准线的两侧,不同时段的基准位置的变化采用该时段联合检定结果的平均值的位置,同一日期不同流量点的仪表系数监测值将重叠在时间轴上,结果见图2a、b、c。
图2a 12511流量计实际仪表系数漂移示意图
图2b 12521流量计实际仪表系数漂移示意图
图2c 12531流量计实际仪表系数漂移示意图
从3路流量计的偏离量随时间变化图可以清楚地看到:
(1)在流量计2年多运行的时间内,实际仪表系数随时间向正向漂移;
(2)从漂移速度上看在一个月内产生超过标定值0.2%漂移的情况很少,且与联合检定值的位置有很大关系;(3)图2c在2008年10月后出现了实际仪表系数远低于检定值的特例,这是因流量计维修所引起。
2.2 检定环境温度对联合检定结果值的影响
由于容积式流量计的计量特性与计量温度下的介质粘度有着密切关系,因此执行联合检定时的温度会对流量仪表计系数的确定产生较大影响。
从图2a~c可以清楚地看出,凡是在3月份做的联合检定,所确定的仪表系数均值要么较前值低,要么较前值有较小幅度增高;而凡是在9月份执行的联合检定,所确定的仪表系数均值较前值有大幅的增高(由于流量计维修产生的变化情况除外)。
为了形象地说明问题,将连续检测获得的流量计运行温度变化曲线绘于图3。
图3 2006年12月~2009年2月中哈原油管道阿拉山口计量站计量温度波动图
图3表明中哈原油管道阿拉山口计量站的计量运行温度是呈非常规则的正弦规律变化,最低温度大约6℃,出现在3月;最高温度大约19℃,出现在9月。
而两国计量部门选择的联合检定时间恰恰在这2个月,这样必然造成前后2次检定值出现较大的差距,从而引起计量结果的大幅度周期波动。
2.3 原油温度-粘度特性对计量结果的影响
由于容积式流量计转子与壳体之间都存在间隙,致使在计量过程中存在流量的漏失,而且粘度越低,单位时间的漏失量就越大,所产生的计量误差也就越大,加之原油的粘度随温度而变化,不同类型原油的温度-粘度特性也不同。
因此,容积式流量计的计量特性对粘度非常敏感[2]。
如果输送的是单一来源的原油,则可以通过其温度-粘度特性曲线来实现换算,当发现粘度变化大时可以立即进行重新检定。
但中哈原油管道输送的原油根据季节和油源的变化处于动态的调整之中,而且混合的不均匀性还可能造成管道中原油特性的瞬时波动,这样阿拉山口计量站就难以准确地估计原油类型、配比的变化,无法知晓当前计量原油的构成和特性,从而无法进行有效的监控。
虽然实验室配备了运动粘度检测设备,但只能做20℃以上的粘度,而实际需要的是计量运行温度下的运动粘度。
因此,为了了解原油温度-粘度特性对计量可能产生的影响,本研究对中哈管道所输送的若干中原油的温度-粘度特性基础资料进行了搜集、整理,见表1。
表1 库混油粘温特性
依照上述实验数据绘出这6种原油的温度-粘度曲线,见图5~图9。
从图表中可以看出,不同类型原油的温度粘度特性不一样,尤其是在低温端(大约在低于10℃度的区间),原油粘度随温度增长梯度很大,并且对于不同的剪切速率粘度值也不一致,这意味着在这些温度点上不同流量点的流量计漏失量将发生较大的差异,从而造成这一温度下流量计计量特性曲线的变化。
中哈两国计量部门确定的流量计联合检定时间点恰选在计量运行的最高和最低极限温度点。
在最低温度点检定时,由于原油粘度增大,单位时间流量计泄漏减小,必然获得较低的仪表系数,同时,由于多数管输原油的物性在低于10℃时随温度和剪切速度变化粘度变化梯度增大,从而造成检定值的不确定度增大;另一方面,由于在检定完成后至下次联合周期检定前度温度为持续上升,在离开最低温度点较短的温度变化区间原油运动粘度快速下降,单位时间流量计泄漏增加,实际仪表系数增大,这就造成实际流量计仪表系数向上漂移,而流量计正常磨损造成的转子与壳体间隙增大、单位时间泄漏量增大形成的仪表系数向上正常漂移更是加剧了向上漂移(年漂移量大约为0.1%[2],但根据图9显示,阿拉山口计量站流量计实际漂移量远大于这个幅度)。
在最高温度点检定时,由于在高于10℃的较宽温度区段,原油粘度相对温度变化的梯度较小,因此对实际仪表系数降低的影响因子较低,而且一部分影响会被流量计磨损造成的仪表系数向上漂移作用相抵消,这就造成了整体计量数据向一侧的偏移。
总的说来,流量计仪表系数检定值的大起大落,加剧了计量误差的产生和积累。
2.4 首站计量系统误差对计量结果的影响
上述的讨论都是基于一个前提,就是首站的计量数据是准确的。
事实上,首站计量系统同样会出现系统性误差。
位于哈萨克斯坦的阿塔苏首站所使用的流量计是质量流量计,其优点是:
直接测量质量流量;可测量流体范围广泛,包括高粘度液的各种液体、含有固形物的浆液、含有微量气体的液体、甚至包括有足够密度的中高压气体。
在用于原油计量时,不用担心由于原油夹带的杂质损坏流量计;测量值对流体粘度不敏感,流体密度变化对测量值的影响微小。
但是,质量流量计也具有致命的缺点:
主要是零点不稳定形成零点漂移,影响其精确度的进一步提高;对外界振动干扰较为敏感;测量管内壁磨损腐蚀或沉积结垢会影响测量精确度;在其量程低位运行时会产生较大的计量误差。
而且,首站计量检定周期为1年,产生漂移的可能性更大。
因此,在分析比对时,还应该考虑到是否可能是首站计量误差引起。
由于条件所限,我们掌握的具体资料比较少,目前还无法进行进一步分析评述,但可以借助国内独山子计量站的交接数据进行证实性评估。
3个计量站的监测数据如表2。
表2 2007年1月~2009年2月3个计量站月度计量数据与均值比较(单位:
t)
年月
阿拉山口
阿塔苏
独山子(GB)
密度
独山子
三站均值
2007年1月
377292.906
379819.904
375081.595
833.872
375577.036
377563.282
2007年2月
338911.548
341229.201
336738.359
836.256
337181.884
339107.544
2007年3月
384142.033
383500.967
377216.153
834.583
377713.898
381785.663
2007年4月
400293.002
399827.000
403333.367
828.427
403869.632
401329.878
2007年5月
409260.563
409622.000
420796.811
834.057
421352.514
413411.692
2007年6月
386837.916
381733.831
381452.794
833.436
381956.915
383509.554
2007年7月
439883.120
435451.000
429554.027
830.194
430123.938
435152.686
2007年8月
357932.835
358840.000
346284.402
826.389
346745.953
354506.263
2007年9月
441835.083
439917.000
438944.749
827.943
439528.704
440426.929
2007年10月
440456.649
439915.000
445091.722
828.448
445683.483
442018.381
2007年11月
434181.436
434853.000
439644.707
827.047
440230.228
436421.555
2007年12月
362268.537
362161.000
359966.612
829.468
360444.616
361624.718
2008年1月
405332.951
406876.000
402322.555
833.104
402854.470
405021.140
2008年2月
417152.041
416841.000
401035.663
832.362
401566.349
411853.130
2008年3月
477446.122
482734.000
480370.118
837.321
481002.017
480394.046
2008年4月
502187.559
500023.000
509825.931
842.077
510492.785
504234.448
2008年5月
517770.808
511274.000
511182.628
841.581
511851.651
513632.153
2008年6月
491466.710
489586.000
504807.058
836.363
505471.864
495508.191
2008年7月
521666.065
516156.000
500969.608
837.955
501628.105
513150.057
2008年8月
509644.976
507184.000
526229.541
834.513
526924.098
514584.358
2008年9月
555029.122
553782.000
551970.996
837.820
552696.649
553835.924
2008年10月
630318.517
629032.000
625810.881
837.123
626634.294
628661.604
2008年11月
549539.903
549837.000
552776.719
832.650
553507.949
550961.617
2008年12月
547694.275
549727.000
532930.147
836.481
533631.891
543684.389
2009年1月
494453.677
498097.000
503564.891
836.239
504228.160
498926.279
2009年2月
458204.936
458300.000
462216.227
839.686
462822.531
459775.822
合计
11851203.290
11836318.903
11820118.261
11835721.714
11841081.302
累积相对误差
+0.08%
-0.040%
+0.177%
-0.045%
由于独山子计量站提供的计量数据是按照中国国家标准GB9109.5[3]计算获得,得到的是扣除空气浮力后的空气中的净量,而依照两国的交接协议,管输原油的交接是按照真空中净质量进行,因此,需要将表2中独山子计量站GB下的空气中重量换算到真空质量。
换算的方法如下:
式
(1)中,W为真空质量,为空气中的重量(GB计算结果),为20℃标准密度。
需要说明的是,在用于换算净质量时上式忽略了中哈交接需按ГОСТР8.595-2004[4]扣除盐含量的差别,先前的研究已经证明所产生的影响极其微小。
从表2可以看出,阿拉山口站、阿塔苏站、独山子站相对均值的累积计量误差分别为+0.085%、-0.040%、-0.045%。
这一数据明显表明,阿拉山口站确实存在正向的系统误差,而独山子站较阿塔苏站累积计量数据更小、数据更接近并且更加接近均值说明将阿塔苏计量站作为参照基准是可信的。
为了进一步证实这一结论,利用表2的数据进行分析处理后可以得到图10、图11和图12。
从图10可以看出3个计量站计量数据的走向基本相符,这说明3个计量站的运行都正常,不存在人为的粗误差。
独山子计量站(白色)的数据波动图走势虽然在部分位置存在不一致,但也属正常,因为在中哈管道阿拉山口计量站与国内端的阿拉山口输油站的输油泵之间存在2座5万m3的缓冲储罐,由于中间缓存量的不同必然造成独山子末站交接计量数据与中哈管道计量数据不同步。
因此,只有在直输情况下,3个站的数据走向才能一致。
图11清晰地描述了3个计量站月度计量数据相对3站月度数据均值的误差波动情况,可以看出,阿拉山口站、阿塔苏站的月度计量数据从曲线形态上看更具有相似性和可比性,两站误差曲线偏离的时段恰恰是前面讨论时指出的阿拉山口站流量计实际仪表系数发生较大漂移的时段。
而独山子计量站的交接数据相对误差波动曲线与阿拉山口站、阿塔苏站不具有对应性。
图12描述了自2007年1月~2009年2月阿塔苏、阿拉山口、独山子3个计量站自起始月累积至月的原油净重计量值相对3站自起始月至各月累积数据均值的绝对误差的波动情况。
从图中看出阿拉山口计量站的的累积偏差曲线与阿塔苏计量站相比波动趋势基本一致,但有明显向上漂移趋势,而发生漂移和不一致的主要时间区段也是在2007年3月19日~2007年9月15日、2008年3月12日~2008年9月15日,这与图2显示的这两个时间区段实际流量计仪表系数相对联合检定值的偏离是完全一致的,而独山子计量站由于国内段阿拉山口输油站2个5万m3缓冲调节储罐的存在,其月度数据不可比,但是,自2008年6月以后也与阿塔苏站趋于一致或在一定范围交叉波动,这对于阿塔苏计量站数据的可参照性也是一个印证。
3 主要研究结论
根据以上的讨论我们可以得出以下结论:
(1)阿塔苏、阿拉山口、独山子3个计量站2年多来的监测数据表明3个计量站的计量运行数据关系均符合逻辑,无人为造成的粗误差。
(2)两国计量部门联合周期检定时间点选择的不合理和流量计磨损造成的实际仪表系数常规向上漂移是引起计量运行系统性误差并导致阿拉山口流量计计量数据偏高的根本原因。
4 讨论及建议
(1)目前中哈原油管道计量运行采取按流量计基本误差交接的方式,即在检定有效期内采用两国计量部门联合检定确定的流量仪表系数进行计量交接,但在实际应用中出现了在检定有效期内实际仪表系数已严重偏离检定值,甚至远远超出流量计使用精度允许的偏离极限的情况。
一方面在阿拉山口计量站流量计的使用过程中较多地出现实际仪表系数远高于检定值的情况,在一定程度上造成计量数据的虚高,从而形成目前末站计量数据大于首站发油量;另一方面,在独山子计量站出现较大累积短少的状况。
因此,应采用流量计系数法进行交接,以即时地修正流量计系数的漂移,避免首末站计量数据差出现与检定周期有关的大幅振荡。
(2)两国联合检定的时间点应设置在每年计量站所处的最高最低工作温度的中间点,建议联合计量检定时间由现在的3月和9月改为5月和11月,检定点应不少于五个点,且应覆盖可能的最高最低流量点,其目的在于确定流量计仪表系数及相应的流量特性曲线。
(3)当运行温度接近或略低于10℃时,为确定流量计系数而进行的在线实流检定周期应不大于2周;在工作温度高于12℃时,在线实流检定周期应不大于1个月;当工作温度大大低于10℃时,在线实流检定确定流量计系数后应保持检定点附近的流量稳定;在调整流量时,应考虑重新进行检定和确定新的流量计系数,以避免由于原油低温下运动粘度-剪切速度差异引起的流量计特性曲线的变化产生的计量误差。
(本文完成于2009年5月)
参考文献
[1] 吴浩,周建文,陈群尧等.中哈原油管道流量计运行质量分析与评估[J].检验检疫学刊,2010,20(3):
1~5.
[2] GB/T17287-1998液态烃动态测量体积计量系统的统计控制
[3] GB9109.5-88原油动态计量油量计算[S].
[4] ГОСТР8.595-2004石油与石油产品的质量对测定方法的总要求[S].
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 原油 管道 流量 计量 系统误差 主要 来源 分析 改进 途径 探讨