椭圆齿轮流量计高温环境下计量误差分析

椭圆齿轮流量计高温环境下计量误差分析与处理

摘要：椭圆齿轮流量计作为冬季原油长输管道加注降凝剂的主要计量设备，加注量的准确与否影响着长输管道的安全性。本文结合日常生产实际情况，对椭圆齿轮流量计高温环境下引起计量误差的主要原因进行分析。

  某油田长输管道企业为保障冬季输油安全生产，添加降凝剂以降低长输管道中原油凝固点。降凝剂加注量必须，过多造成成本浪费，过少起不到降低凝固点效果，反而会对冬季管线安全输送造成隐患。

  降凝剂使用温度在≥35℃时效果***佳，过低的温度下降凝剂呈现胶状，失去流动性。因此降凝剂生产企业惯常做法是接到订单后连夜生产，然后使用保温罐车长距离运抵使用单位，使用单位安排人员卸放至储存罐内以备今后一段时间使用。为此该单位安装降凝剂加注设备2套，一用一备使用。在使用期间为保障降凝剂温度在合适范围内，储存罐通常为保温罐，加装电加热棒用以提升降凝剂温度。
 

1、椭圆齿轮流量计工作原理：

  为确保降凝剂加注量满足管输要求，通常选用椭圆齿轮流量计作为计量设备（见图1）。椭圆齿轮流量计是用于管道中液体流量连续或间断测量和控制的容积式计量仪表。它具有量程范围大、准确度高、压力损失小、粘度适应性强、能测量高温高粘液体、标定方便、安装建议等诸多优点。广泛适用于石油、化工、化纤、交通、商贸、食品、医药卫生等部门的流量计量。

图1 椭圆齿轮流量计外观
  椭圆齿轮流量计椭圆齿轮流量计由流量变送器和计数机构组成（见图2）。计量室内由一对椭圆齿轮与盖板构成初月形空腔作为流量的计量单位。椭圆齿轮靠流量计进出口压力差推动而旋转，从而不断地将液体经初月形空腔计量后送到出口处，每转流过的液体是初月形空腔的四倍，由密封联轴器将椭圆齿轮转的总数以及旋转的快慢传递给计数机构或发讯器，便可知道通过管道中液体总量和瞬时流量。计数机构则包含减速机构、调节机构、计数器、发讯器。



图2 椭圆齿轮流量计工作原理

2、计量误差原因分析及处理：
   2015年冬季该单位投用降凝剂加注设备设施，在使用一周后发现计量数据存在偏差，并且偏差情况呈非线性变化，相关数据摘录如表1所示。
 
表1 2015年1月2日流量计读数表
 

 
依据现场故障现象判断分析产生计量误差原因如下几点：
1）降凝剂流动性变差，造成计量数据波动；
 
2）流量计安装过程中管线存在施工质量问题，存在泄漏；
 
3）流量计椭圆齿轮偶发性卡阻，致使计量数据不准确；
4）流量计计量腔磨损，计量数据偏差；
 
5）流量计计数器损坏，造成计量数据偏差。
  根据上述原因，该单位组织技术力量对上述原因进行逐项验证，排查引起流量计计量误差的主要原因。
  在对椭圆齿轮流量计进行拆解过程中发现，流量计计数器采用磁力耦合方式进行数据记录，未发现计量数据偏差问题；流量计计量腔内完好，未出现磨损情况；流量计椭圆齿轮啮合良好，转动未出现卡阻现象；流量计安装管网采用原装不锈钢管材，安装质量完好，未发现泄漏等情况；降凝剂在电加热棒高温预热情况下使用，不存在流动性变差等情况。
  在随后拆解检查过程中发现，椭圆齿轮流量计计量腔压盖侧密封垫圈出现破损（图3），经仔细观察发现密封垫圈内侧为高温烫化变形，计量腔压盖侧外壁降凝剂流出受温降影响已形成胶装物质，失去流动性。


图3 变形的密封垫圈
  据此判断，降凝剂预热温度过高导致椭圆齿轮流量计计量腔密封垫圈破损（见图4），计量腔内降凝剂溢流，从而导致计量数据发生偏差。由于密封垫圈破损并非一次性形成，所以偏差数据呈非线性变化。


图4 破损的密封垫圈

观察该单位在用的椭圆齿轮流量计为LC-A型，要求被测介质温度-20～100℃，而降凝剂罐预热用的电加热棒温度虽然设定在50℃，但实际电加热棒出口加热温度达到了240℃，远高于流量计对被测流量温度要求。
 
故障原因判断清楚后，该单位技术人员寻找到合适的高温垫片对椭圆齿轮流量计计量腔密封问题进行修复，重新调整设置了电加热棒的工作温度。修复后重新启动加注设备，并对降凝剂加注量进行比对标定，相关数据摘录见表2。
 
表2 2015年1月6日流量计读数
 

 
3、结束语：
   经过运行岗位人员使用，椭圆齿轮流量计未再发生计量偏差问题。使用椭圆齿轮流量计要注意被测介质的温度不能过高，否则不仅会增加计量误差，而且有使齿轮发生卡死的可能。为此，椭圆齿轮流量计在仪表所规定的使用温度范围内使用。