王 杰 孟祥波 高素然 郭 靜

(1.國家石油天然氣大流量計(jì)量站東營分站，東營 257000；2.中石化勝利油田分公司油氣集輸總廠，東營 257000)

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檢測開關(guān)對體積管標(biāo)準(zhǔn)容積值的影響分析

王 杰1孟祥波1高素然1郭 靜2

(1.國家石油天然氣大流量計(jì)量站東營分站，東營 257000；2.中石化勝利油田分公司油氣集輸總廠，東營 257000)

通過建立數(shù)學(xué)模型分析了體積管檢測開關(guān)觸頭位置發(fā)生變化時(shí)對單向型體積管及雙向型體積管標(biāo)準(zhǔn)容積值的影響，為體積管現(xiàn)場檢定過程中遇到類似情況時(shí)提供了分析依據(jù)。

體積管；檢測開關(guān)；標(biāo)準(zhǔn)容積值

0 引言

體積管作為流量計(jì)檢定的標(biāo)準(zhǔn)裝置，確保體積管標(biāo)準(zhǔn)容積值的準(zhǔn)確性是十分重要的。所以在JJG 209—2010《體積管》檢定規(guī)程中要求體積管檢定周期為3年，并對體積管的重復(fù)性和復(fù)現(xiàn)性作了相應(yīng)的要求。體積管的標(biāo)準(zhǔn)容積值是指體積管兩個(gè)檢測開關(guān)之間的容積段在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)(20℃，101.325kPa)下的容積[1]，其確定方法是體積管的置換器在液體推動下，以一定的速度先后觸發(fā)兩個(gè)檢測開關(guān)時(shí)，將置換出的液體導(dǎo)進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)器內(nèi)，由標(biāo)準(zhǔn)器的指示值經(jīng)換算求得體積管的標(biāo)準(zhǔn)容積值。所以，當(dāng)檢測開關(guān)觸頭深度發(fā)生變化時(shí)，置換器觸發(fā)檢測開關(guān)的時(shí)間隨之變化，這將會對體積管的標(biāo)準(zhǔn)值產(chǎn)生一定的影響，但具體是如何影響的卻研究相對較少，本文基于此問題，通過建立數(shù)學(xué)模型對單向型及雙向型體積管進(jìn)行了分析。

1 數(shù)學(xué)模型的建立

一套理想體積管具有以下假設(shè)：

1)基準(zhǔn)管段內(nèi)徑一致，檢測開關(guān)安裝位置位于體積管基準(zhǔn)直管段的垂直軸線上；

2)兩個(gè)檢測開關(guān)的響應(yīng)時(shí)間相等，且觸頭的深度相等；

3)檢測開關(guān)觸頭深度固定后，置換器與觸頭發(fā)生碰撞的位置相同；

4)體積管置換器為一理想球體，不與基準(zhǔn)管段內(nèi)徑接觸的膠球前后部分，其上任一圓截面中心與基準(zhǔn)管內(nèi)徑中心線重合，且對稱[2]；

5)介質(zhì)推動置換器運(yùn)動時(shí)介質(zhì)無漏失。

假設(shè)一個(gè)檢測開關(guān)的觸頭深度從h1變化到h2時(shí)，則置換器在運(yùn)動過程中觸發(fā)檢測開關(guān)的位置將相應(yīng)發(fā)生變化，變化的距離設(shè)為Δx，其等效示意圖如圖1所示。

圖1 置換器觸發(fā)檢測開關(guān)示意圖

根據(jù)圖中所示關(guān)系得出：

式中：R為置換器半徑，mm；D為體積管基準(zhǔn)直管段直徑，mm。

由于置換器直徑和標(biāo)準(zhǔn)段管徑近似相等，則Δx可簡化為：

則體積管容積值的變化量為：

(1)

2 結(jié)果分析

2.1 單向型體積管結(jié)果分析

單向型體積管是指其置換器只能在體積管內(nèi)沿著給定的方向運(yùn)行[1]，如圖2所示，即置換器觸發(fā)檢測開關(guān)Ⅰ時(shí)對體積管的標(biāo)準(zhǔn)容積開始計(jì)量，觸發(fā)檢測開關(guān)Ⅱ時(shí)結(jié)束。

情況1：如果檢測開關(guān)Ⅰ的觸頭深度從h1增加到h2，檢測開關(guān)Ⅱ觸頭位置保持不變，則體積管的標(biāo)準(zhǔn)容積值變大，增加值為ΔV。

情況2：如果檢測開關(guān)Ⅰ觸頭位置保持不變，檢測開關(guān)Ⅱ的觸頭深度從h1增加到h2，則體積管的標(biāo)準(zhǔn)容積值將變小，減小值為ΔV。

情況3：如果檢測開關(guān)Ⅰ和Ⅱ的觸頭深度同時(shí)增加相應(yīng)的距離，則體積管的標(biāo)準(zhǔn)容積值將保持不變。

以體積管內(nèi)徑為300mm，標(biāo)準(zhǔn)容積值為3000L的單向體積管為例，假設(shè)兩個(gè)檢測開關(guān)觸頭初始深度為h1=1mm，當(dāng)h2=2mm時(shí)，則情況1和情況2引起的體積管容積值的變化量約為0.5L，占總體積的0.0167%。

圖2 單向型體積管示意圖

2.2 雙向體積管結(jié)果分析

雙向型體積管是其置換器在體積管內(nèi)作往返運(yùn)行[3]，并且以置換器在標(biāo)準(zhǔn)容積段內(nèi)所置換出來的液體體積，換算到標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，作為體積管的標(biāo)準(zhǔn)容積值V0，如圖3所示。由于理想的雙向體積管是對稱的，假設(shè)檢測開關(guān)Ⅰ觸頭深度增加，檢測開關(guān)Ⅱ保持不變，則理論上體積管的檢定結(jié)果應(yīng)該是：

V反=V0-ΔV

(2)

V正=V0+ΔV

(3)

體積管的標(biāo)準(zhǔn)值為(2)、(3)兩式之和，理論上體積管的標(biāo)準(zhǔn)值將保持不變，但正反兩個(gè)行程之差為2ΔV。但實(shí)際檢定中會出現(xiàn)一定的偏差，這是由于置換器每次接觸到檢測開關(guān)時(shí)狀態(tài)不同和體積管溫度、壓力的變化等因素引起的。同樣以2.1中的例子來講，雙向體積管的正、反行程之差約為1L。在雙向體積管實(shí)際檢定過程中，如果發(fā)現(xiàn)體積管正、反行程之差較大，且體積管四通閥不漏的情況下，首先應(yīng)該考慮的檢測開關(guān)觸頭深度不一致的問題。

以某輸油處Smith雙向體積管為例，結(jié)果如表1所示。

表1 檢測開關(guān)調(diào)整前后體積管標(biāo)準(zhǔn) 容積值變化表 L

從表1可以看出，調(diào)整前體積管正、反行程之差為4.8883L，差值較大。經(jīng)過對現(xiàn)場分析后，判定為檢測開關(guān)觸頭深度不一致，調(diào)整后正、反行程之差為1.5936L，結(jié)果明顯變好。體積管的總體積發(fā)生變化，這是由于現(xiàn)場條件不可能完全與理論一致。

圖3 雙向型體積管示意圖

3 結(jié)論及建議

1)單向型體積管的檢測開關(guān)觸頭插入深度不一致時(shí)影響其標(biāo)準(zhǔn)容積值，若在實(shí)際檢定中，體積管的復(fù)現(xiàn)性較差，在排除其他因素的情況下[4]，應(yīng)考慮檢測開關(guān)觸頭位置是否發(fā)生了變化。

2)理論上檢測開關(guān)觸頭位置不影響雙向型體積管的標(biāo)準(zhǔn)容積值，只影響雙向體積管正、反行程的體積值，在實(shí)際檢定中若發(fā)現(xiàn)正、反行程體積值差異較大時(shí)，在排除其他影響因素下，應(yīng)考慮檢測開關(guān)觸頭插入深度是否一致。

[1] JJG 209—2010體積管檢定規(guī)程

[2] 孫旭，徐士敬，等.檢測開關(guān)不影響雙向體積管的標(biāo)準(zhǔn)容積值——論雙向型球式體積管的特殊應(yīng)用[J].石油工業(yè)技術(shù)監(jiān)督,2000,16(11):19-20

[3] 王志學(xué).提高體積管檢定的成功率[J].計(jì)量技術(shù),2001(2)

[4] 孟祥波.體積管檢測開關(guān)故障原因分析[J].計(jì)量技術(shù),2010(5)

10.3969/j.issn.1000-0771.2015.1.21