[導讀] 分析了腰輪流量計的制造誤差以及泄漏量、油品粘度、溫度等因素對測量精度的影響，提出了減少計量誤差的辦法以及在運行過程中的注意事項，保證流量計在要求的計量精度下運行，盡量減少由此帶來的經濟損失。
青海油田采油一廠所管轄的尕斯聯合站是采油一廠的油、氣、水處理中心，同時也是對外交接合格原油的重要關口。該站自建成時就采用精度高、誤差小的LL-150型腰輪流量計向管道首站交油。在計量系統規劃、設計時就把該流量計的量值溯源于標準體積管，體積管的誤差≤土0.05%，重復性誤差≤土0.02%。體積管安裝在交接油計量流程上，進行在線實液檢定，掌握流量計的誤差變化情況。一旦發現流量計的誤差超過基本誤差，應立即停用，啟用備用流量計，確保交油量值準確。
雖然流量計的誤差、計量準確度可以通過標準體積管鑒定、調整，但是流量計的計量誤差是客觀存在的。如何盡量提高交油量的準確性，與交接計量操作人員實際操作的熟練程度、判斷分析能力，對腰輪流量計的誤差特性了解程度有著直接的關系。為此，對腰輪流量計的結構、工作原理與誤差特性以及運行注意事項做具體分析。
1 腰輪流量計的結構和工作原理
1.1 結構
腰輪流量計屬于容積式流量計，結構如圖1。它的轉子是一對擺線腰形輪，按照工作狀態可分為立式和臥式；按照其結構可分為單轉子（圖2）和雙轉子（圖3）。通常大口徑流量計均采用立式或臥式雙轉子結構，小口徑流量計均采用單轉子結構。二者的工作原理相同，區別在于雙轉子流量計在同一根軸上固定了2個轉子，轉子之間的夾角為45o，相當于2個流量計并聯運行，運轉平穩，管道內壓力波動較小，因此，許多計量交接點都在使用。
1.2 工作原理
當被測液體流經計量腔時，流量計的進出門端形成一個差壓，在此壓力推動下，便腰輪旋轉。同時通過固定在腰輪軸上的一對驅動齒輪使2個腰輪交換驅動旋轉（如圖4）。由于計量腔的容積是一個固定值，所以，被測液體的流量與腰輪轉數成正比，并通過一定傳動比的變速機構傳給計數器，計數器的累計值即是被測液體在某段時間內的體積流量。
2 腰輪流量計的誤差組成
2.1 結構參數引起的誤差
在不考慮其他因素引起的誤差時，假設流過的液體體積為VΣ，腰輪流量計把VΣ分割成n個相等的體積V（V為腰輪流量計的計量空問），即，VΣ=nV。如果與VΣ對應的表頭指示值為I；與V對應的表頭指示值為α，則I=nα。其誤差為
Ej=[（I-VΣ）/I]×100%=（1-V/α）×100%
V為結構參數，制造完成后為定值。α與制造精度無關，也與流過液體的流量和粘度無關，而與齒輪的傳動比有關。當α<V時，Ej<0，是因為齒輪的傳動比太小；當α>V時，Ej>0，則是傳動比太大。
2.2 泄漏量誤差
a）制造間隙引起的泄漏在測量流量時，腰輪流量計除了把體積VΣ的液體分割成n個計量容積V排出外，還多流出一部分液體。這部分液體不是被封閉后排出的，而是通過運動部件和外殼之間或者運動部件之間的間隙直接從入口流至出口，這種現象稱為泄漏。泄漏的油品雖然經過流量計，但不被計量。僅從泄漏量誤差來看（假設制造誤差為零），腰輪流量計總是流出的量多而指示的量少，即是負誤差，此誤差與油品的粘度有關。
b）壓力損失對泄漏量的影響油品要推動運動件動作，需要克服機械阻力和液體粘滯阻力造成的壓力損失。泄漏量與壓力損失密切相關，流量越大，壓力損失越大，泄漏量越大；流量計機械阻力越大，壓力損失越大，泄漏量越多。
2.3 油品粘度的影響
腰輪流量計的優點是計量數據準確，但被測油品的粘度對測量精度也有影響，同一流量下，高粘度油品的測量誤差較小。
2.4 溫度的影響
溫度對油品測量誤差的影響主要是溫度對粘度的影響造成的。粘度與溫度、壓力有關，一般情況下，壓力對油品粘度的影響可以忽略，溫度對粘度的影響較大。當油品溫度升高時，粘度下降，泄漏量增加，測量誤差較大。
2.5 油質的影響
含烴組分較高的油品，當溫度偏高時，油品中的烴組分揮發變成氣體。油氣混合通過腰輪流量計時，流量計對油品的檢測量就會大于實際通過的油品量，誤差>0；含蠟量高的油品，當溫度較低時，轉子結蠟，使計量腔減小，誤差>0。
通過以上分析知，腰輪流量計的計量誤差與腰輪間隙成正比、與壓力差成正比、與油品粘度成反比（粘度與溫度成反比），即
E∝k△PLCWcβ（T-T1）/μ
式中，E為計量誤差；k為常數；△p為流量計前后壓力差；Lc為運動部件之間的間隙長度；Wc為運動部件之間的間隙寬度；β為流量計計量腔體材質體積膨脹系數；T為流量計實驗時油品溫度；T1為流量計檢定時油品溫度；μ為原油粘度。
3 誤差的確定
實際使用中要標定腰輪流量計的誤差，主要是通過標準裝置對其檢定得到。其值為
E=[（Qzh-Qb）/Qzh]×100%=（1-ξ）×100%
式中，E為腰輪流量計的綜合誤差；Qzh為被檢腰輪流量計指示值；Qb為標準裝置容積值；ξ為流量計系數，ξ=Qb/Qzh。
4 減小誤差的方法
a）改變傳動齒輪傳動比。當E>0時，齒輪傳動比向小于1的方向調整；當E<0時，齒輪傳動比向大于1的方向調整。直到誤差在允許范圍內。
b）當油品中含有氣體時，在流量計前加消氣器，消除油品中的氣體。
c）采用分段修正的方法減小誤差。
d）根據使用情況縮短檢定周期。
e）優化腰輪流量計的運行環境。
5 注意事項
從上述分析可以看出，腰輪流量計的計量誤差不僅與流量計本身的制造精度有關，而且與被測流體的壓力、溫度、流量、粘度以及流體本身質量密切相關。雖然，腰輪流量計的誤差可以通過標準體積管調整，但這只是調整了計量器具誤差，同時流量計檢定是有周期的，不是實時的，實際計量誤差只有通過改變腰輪流量計的運行環境來減小。因此，在腰輪流量計的運行過程中應注意4點：
a）從結構和工作原理可知，腰輪流量計屬于機械容積式流量計，沒有外力驅動，僅靠壓力差推動其運轉。因此，應加強流量計的巡回檢查力度，觀察其運行狀況，定期清潔位于流量計前邊的過濾器，防止腰輪被雜質卡住使流量計不轉，造成嚴重的油量損失。
b）從腰輪流量計的誤差特性可以得知，流量計的漏失量與壓力差、流量、溫度、粘度等密切聯系在一起。因此，應維護好流量計各運動部件（如止推軸承、光電齒輪等）潤滑狀況，減小機械阻力，同時，將壓力、溫度、流量等參數控制平穩，并且結合尕斯聯合站處理原油的粘溫特性和南北干線原油粘溫曲線（如圖5），將以上參數在適當范圍內做合理調整，當溫度在60～70℃時，南北干線原油粘度幾乎不變，也就是說在此區間段，粘度對誤差值影響較小。為此，流量計的運行溫度應控制在50~70℃。
c）從腰輪流量計鑒定時確定的流量計系數（如表1～表3）可以看出，流量計系數為1時計量誤差最小。結合原油交接計量方法（通常采用平均值法），應盡量將運行參數（流量、溫度、壓力等）控制在流量計系數為1的附近。
表1 1#流量計系數對照表
檢測點排量
90
130
170
200
240
排量范圍Q/m3·h-1
<110
110≤Q
150≤Q
185≤Q
≥220
<150
<185
<220
流量計系數ξ
0.9998
1.0001
1.0004
1.0004
1.0002
表2 2#流量計系數對照表
檢測點排量
90
130
170
200
240
排量范圍Q/m3·h-1
<110
110≤Q
150≤Q
185≤Q
≥220
<150
<185
<220
流量計系數ξ
0.9995
1.0004
1.0007
1.0011
1.0011
表3 備用流量計系數對照表
檢測點排量
90
130
170
200
240
排量范圍Q/m3·h-1
<110
110≤Q
150≤Q
185≤Q
≥220
<150
<185
<220
流量計系數ξ
0.9989
0.9995
1.0005
1.0015
1.0017
d）為了更好地提高原油交接計量數值的準確性，需要從事計量的管理和技術人員熟練掌握原油處理和計量專業技能，同時，應具備一定的數學應用能力，優化原油處理系統和交接計量系統的運行方式。
6 減小誤差的措施
1）定期用標準體積管在線標定腰輪流量計，當誤差超過規定值時，及時調整齒輪的傳動比，使其達到計量精度要求,, , , , 。
2）培訓合格的管理和操作人員，及時檢查和清潔流量計及其過濾器。讓各運動件始終處于良好潤滑狀態。
3）根據流量系數選擇合適的流量范圍；根據原油粘溫特性，讓流量計工作在溫度對粘度影響最小的溫度范圍。
4）控制液體的壓力、溫度、流量，達到平穩狀態。