靜態(tài)質(zhì)量法與動態(tài)質(zhì)量法流量標準裝置的比較

楊瀟萍 大慶油田設計院

靜態(tài)質(zhì)量法與動態(tài)質(zhì)量法流量標準裝置的比較

楊瀟萍 大慶油田設計院

質(zhì)量法流量標準裝置按照測量方法分為動態(tài)質(zhì)量法與靜態(tài)質(zhì)量法兩類，二者主要區(qū)別為靜態(tài)質(zhì)量法采用換向器進行介質(zhì)切換，對介質(zhì)狀態(tài)影響較小；動態(tài)質(zhì)量法采用閥門切換，對介質(zhì)狀態(tài)影響較大。靜態(tài)質(zhì)量法試驗是在靜止的時候測量的，消除了液流的動力影響，與管路沒有機械聯(lián)系，大大提升了系統(tǒng)的準確度。動態(tài)質(zhì)量法稱量快速方便，可縮短測量時間；不需要換向器，減小了換向器系統(tǒng)引起的測量不確定度；裝置易實現(xiàn)密封，可采用有害、易揮發(fā)介質(zhì)；動態(tài)質(zhì)量法用于低流速時，動態(tài)稱量系統(tǒng)能獲得很高的準確度和復現(xiàn)性。相比動態(tài)質(zhì)量法，靜態(tài)質(zhì)量法應用比較廣泛，技術更加成熟。

靜態(tài)質(zhì)量法；動態(tài)質(zhì)量法；工藝流程；工藝原理

國內(nèi)油流量試驗裝置以原油為檢定介質(zhì)，流量標準器采用體積管，使用容積法（二等金屬量器）溯源至國家標準，溯源至基本量長度，裝置的流量測量不確定度在0.04%以上。

國際先進油流量標準裝置大多采用質(zhì)量法裝置，測量范圍為0.02%～0.03%。質(zhì)量法裝置相對于體積管流量裝置，由于其通過質(zhì)量溯源更容易實現(xiàn)較低的測量不確定度，因此提升了裝置的測量準確性。

質(zhì)量法流量標準裝置按照測量方法可以分為動態(tài)質(zhì)量法與靜態(tài)質(zhì)量法兩類，二者主要區(qū)別為靜態(tài)質(zhì)量法采用換向器進行介質(zhì)切換，對介質(zhì)狀態(tài)影響較小；動態(tài)質(zhì)量法采用閥門切換，對介質(zhì)狀態(tài)影響較大，不利于提高測量的準確度。靜態(tài)質(zhì)量法測量不確定度小于動態(tài)質(zhì)量法，但靜態(tài)質(zhì)量法對于高流量、高黏度狀態(tài)下的介質(zhì)，不易達到較高的準確度。

1 靜態(tài)質(zhì)量法

靜態(tài)質(zhì)量法測量原理是將一定時間內(nèi)通過流量計的介質(zhì)，經(jīng)由換向器全部導入置于稱量儀器上的容器中，然后測量容器中介質(zhì)的質(zhì)量從而得到流過流量計的介質(zhì)質(zhì)量，再通過測量時間得到質(zhì)量流量。

靜態(tài)質(zhì)量法工藝流程如下：緩沖容器中存放的介質(zhì)經(jīng)過消氣及液位穩(wěn)定后通過泵組增壓輸送到換熱器中，并采用可調(diào)性控制對試驗介質(zhì)溫度進行穩(wěn)定，這樣可使通過換熱器的介質(zhì)溫度波動較小。經(jīng)過溫度控制的流體依次流過流量計、夾表器、連接管道后通過換向器流入稱量容器中。當容器中液體的質(zhì)量達到要求的值后，換向器執(zhí)行機構動作將流體導出容器，介質(zhì)由旁通管線進入緩沖容器。這樣，在測量時間段中流過流量計的流體全部流入容器中，通過測量容器中的液體質(zhì)量實現(xiàn)對流量的測量。靜態(tài)質(zhì)量法的工藝流程有如下特點：①試驗是在靜止的時候測量的，消除了液流的動力影響，與管路沒有機械聯(lián)系，大大提升了系統(tǒng)的準確度；②結構簡單，復現(xiàn)的力量范圍較寬。

試驗過程中，靜態(tài)質(zhì)量法主要受以下誤差源的影響：

（1）一套設計精良的標準裝置，一次換向循環(huán)中，由啟停計時器引起的不確定度與流量大小、換向器頂點在每個方向上通過的液流速度以及計時器觸發(fā)器相對于從噴嘴縫流出的液流確切位置有很大的關系。

（2）換向器的換向速度及換向行程時間對整個系統(tǒng)不確定度的影響很大。

（3）介質(zhì)的溫度、壓力會不斷變化，對介質(zhì)密度的測量也會有一定的影響。

（4）以易揮發(fā)液體為介質(zhì)時，準確度會受到一定的影響。

2 動態(tài)質(zhì)量法

靜態(tài)質(zhì)量法需要測量皮重，稱量很費時間，因此不適用于快速測量的場合。要想操作方便且測量速度快則需采用動態(tài)質(zhì)量法。動態(tài)質(zhì)量法測量原理是在液體流動過程中，將一定時間內(nèi)通過流量計的介質(zhì)質(zhì)量變化量與時間進行比較，從而計算出質(zhì)量流量。

動態(tài)質(zhì)量法工藝流程如下：試驗開始前，介質(zhì)以穩(wěn)定的流速通過流量計進入稱量容器，當達到預定的初始質(zhì)量時，計時器開始計時，當收集的介質(zhì)達到預定的質(zhì)量時，計時停止。

試驗過程中，動態(tài)質(zhì)量法主要受以下誤差源的影響：

（1）在使用動態(tài)質(zhì)量法時，試驗之初，液體以自由落體的狀態(tài)進入稱量容器，此時的液體會對稱量容器產(chǎn)生一定的沖力。隨著液位的不斷上升，這個沖力力矩會逐漸減小。

（2）當稱量容器充滿時，重心會升高，從而對稱量容器產(chǎn)生一個不穩(wěn)定的推力。

（3）稱量容器的傳感器不能與計時器完全同步，在計時開始和計時結束都會有所延遲。

與靜態(tài)質(zhì)量法比較，動態(tài)質(zhì)量法有如下特點：①稱量快速方便，可縮短測量時間；②不需要換向器，減小了換向器系統(tǒng)引起的測量不確定度；③裝置易實現(xiàn)密封，可以采用有害、易揮發(fā)介質(zhì)；④動態(tài)質(zhì)量法用于低流速時，動態(tài)稱量系統(tǒng)能獲得很高的準確度和復現(xiàn)性。

3 結論

通過以上比較可以得出如下結論：靜態(tài)質(zhì)量法比動態(tài)質(zhì)量法更易于實現(xiàn)，且更易于控制準確度。相比動態(tài)質(zhì)量法，靜態(tài)質(zhì)量法應用比較廣泛，技術更加成熟。

（欄目主持樊韶華）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.4.029

基金論文：中石化華北分公司安保基金科研項目（SHHB/AQ/201402）。