橢圓齒輪流量計高溫環境下計量誤差分析

橢圓齒輪流量計高溫環境下計量誤差分析與處理

摘要：橢圓齒輪流量計作為冬季原油長輸管道加注降凝劑的主要計量設備，加注量的準確與否影響著長輸管道的安全性。本文結合日常生產實際情況，對橢圓齒輪流量計高溫環境下引起計量誤差的主要原因進行分析。

  某油田長輸管道企業為保障冬季輸油安全生產，添加降凝劑以降低長輸管道中原油凝固點。降凝劑加注量必須，過多造成成本浪費，過少起不到降低凝固點效果，反而會對冬季管線安全輸送造成隱患。

  降凝劑使用溫度在≥35℃時效果***佳，過低的溫度下降凝劑呈現膠狀，失去流動性。因此降凝劑生產企業慣常做法是接到訂單后連夜生產，然后使用保溫罐車長距離運抵使用單位，使用單位安排人員卸放至儲存罐內以備今后一段時間使用。為此該單位安裝降凝劑加注設備2套，一用一備使用。在使用期間為保障降凝劑溫度在合適范圍內，儲存罐通常為保溫罐，加裝電加熱棒用以提升降凝劑溫度。
 

1、橢圓齒輪流量計工作原理：

  為確保降凝劑加注量滿足管輸要求，通常選用橢圓齒輪流量計作為計量設備（見圖1）。橢圓齒輪流量計是用于管道中液體流量連續或間斷測量和控制的容積式計量儀表。它具有量程范圍大、準確度高、壓力損失小、粘度適應性強、能測量高溫高粘液體、標定方便、安裝建議等諸多優點。廣泛適用于石油、化工、化纖、交通、商貿、食品、醫藥衛生等部門的流量計量。

圖1 橢圓齒輪流量計外觀
  橢圓齒輪流量計橢圓齒輪流量計由流量變送器和計數機構組成（見圖2）。計量室內由一對橢圓齒輪與蓋板構成初月形空腔作為流量的計量單位。橢圓齒輪靠流量計進出口壓力差推動而旋轉，從而不斷地將液體經初月形空腔計量后送到出口處，每轉流過的液體是初月形空腔的四倍，由密封聯軸器將橢圓齒輪轉的總數以及旋轉的快慢傳遞給計數機構或發訊器，便可知道通過管道中液體總量和瞬時流量。計數機構則包含減速機構、調節機構、計數器、發訊器。



圖2 橢圓齒輪流量計工作原理

2、計量誤差原因分析及處理：
   2015年冬季該單位投用降凝劑加注設備設施，在使用一周后發現計量數據存在偏差，并且偏差情況呈非線性變化，相關數據摘錄如表1所示。
 
表1 2015年1月2日流量計讀數表
 

 
依據現場故障現象判斷分析產生計量誤差原因如下幾點：
1）降凝劑流動性變差，造成計量數據波動；
 
2）流量計安裝過程中管線存在施工質量問題，存在泄漏；
 
3）流量計橢圓齒輪偶發性卡阻，致使計量數據不準確；
4）流量計計量腔磨損，計量數據偏差；
 
5）流量計計數器損壞，造成計量數據偏差。
  根據上述原因，該單位組織技術力量對上述原因進行逐項驗證，排查引起流量計計量誤差的主要原因。
  在對橢圓齒輪流量計進行拆解過程中發現，流量計計數器采用磁力耦合方式進行數據記錄，未發現計量數據偏差問題；流量計計量腔內完好，未出現磨損情況；流量計橢圓齒輪嚙合良好，轉動未出現卡阻現象；流量計安裝管網采用原裝不銹鋼管材，安裝質量完好，未發現泄漏等情況；降凝劑在電加熱棒高溫預熱情況下使用，不存在流動性變差等情況。
  在隨后拆解檢查過程中發現，橢圓齒輪流量計計量腔壓蓋側密封墊圈出現破損（圖3），經仔細觀察發現密封墊圈內側為高溫燙化變形，計量腔壓蓋側外壁降凝劑流出受溫降影響已形成膠裝物質，失去流動性。


圖3 變形的密封墊圈
  據此判斷，降凝劑預熱溫度過高導致橢圓齒輪流量計計量腔密封墊圈破損（見圖4），計量腔內降凝劑溢流，從而導致計量數據發生偏差。由于密封墊圈破損并非一次性形成，所以偏差數據呈非線性變化。


圖4 破損的密封墊圈

觀察該單位在用的橢圓齒輪流量計為LC-A型，要求被測介質溫度-20～100℃，而降凝劑罐預熱用的電加熱棒溫度雖然設定在50℃，但實際電加熱棒出口加熱溫度達到了240℃，遠高于流量計對被測流量溫度要求。
 
故障原因判斷清楚后，該單位技術人員尋找到合適的高溫墊片對橢圓齒輪流量計計量腔密封問題進行修復，重新調整設置了電加熱棒的工作溫度。修復后重新啟動加注設備，并對降凝劑加注量進行比對標定，相關數據摘錄見表2。
 
表2 2015年1月6日流量計讀數
 

 
3、結束語：
   經過運行崗位人員使用，橢圓齒輪流量計未再發生計量偏差問題。使用橢圓齒輪流量計要注意被測介質的溫度不能過高，否則不僅會增加計量誤差，而且有使齒輪發生卡死的可能。為此，橢圓齒輪流量計在儀表所規定的使用溫度范圍內使用。