0 引言
  計(jì)量橇裝系統(tǒng)作為一種可以保證高計(jì)量精度的計(jì)量系統(tǒng)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于原油、成品油和天然氣的貿(mào)易交接計(jì)量中。目前世界上新建項(xiàng)目中，原油貿(mào)易交接80%都是采用計(jì)量橇裝系統(tǒng)形式。我國近幾年在石油天然氣工業(yè)的許多大型項(xiàng)目上也都采用了計(jì)量橇裝系統(tǒng)，例如：蘭成渝成品油管道、珠江三角洲成品油管道及我國在國外投資的哈薩克斯坦原油項(xiàng)目、肯尼亞成品油項(xiàng)目等。計(jì)量橇裝系統(tǒng)以其高精度、高穩(wěn)定性廣泛應(yīng)用于石油天然氣工業(yè)。
1 計(jì)量橇裝系統(tǒng)組成
  計(jì)量橇裝就是通常我們所說的計(jì)量系統(tǒng)，它是把涉及計(jì)量的各個(gè)部分集成在一起，預(yù)先安裝在一個(gè)鋼制基座上，出廠前做試壓及各項(xiàng)功能測(cè)試，并取得計(jì)量檢定證書，到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后只需和上下游管道連接并把信號(hào)連接到控制室的儀表柜后便可以投入運(yùn)行。計(jì)量橇裝是一個(gè)集成的“工程”，是像一個(gè)整體產(chǎn)品一樣“打包”供貨，可以減少用戶的很多麻煩。
油品計(jì)量橇裝主要工藝流程圖見圖1，主要包括以下部分：
1）計(jì)量儀表：質(zhì)量流量計(jì)、超聲波流量計(jì)、渦輪流量計(jì)、刮板流量計(jì)等。
2）檢測(cè)儀表：溫度、壓力變送器及溫度表、壓力表。
3）分析儀表：自動(dòng)取樣器、含水分析儀、密度計(jì)。
4）在線比對(duì)回路和在線標(biāo)定接口。
5）管路和閥門：包括下游關(guān)斷閥、流量調(diào)節(jié)閥、排污閥、泄放閥。
6）儀表電路系統(tǒng),比如：電源分配箱、信號(hào)接線箱、撓性連接管、防爆穿線管、穿線盒等。
7）控制機(jī)柜,流量計(jì)算機(jī)，PLC(控制閥門和回路切換，選配)。
8）各種鋼架支撐結(jié)構(gòu)、扶梯、過道等。
9）鋼質(zhì)底座。
1.1 計(jì)量儀表
  計(jì)量儀表為計(jì)量橇裝系統(tǒng)的核心部分，根據(jù)規(guī)范要求，油田外輸原油的貿(mào)易交接計(jì)量精度為0.2級(jí)，目前主要應(yīng)用的儀表類型包括：刮板流量計(jì)、質(zhì)量流量計(jì)、超聲波流量計(jì)、渦輪流量計(jì)等。計(jì)量儀表同時(shí)輸出兩路脈沖測(cè)量信號(hào)，一路傳至各自的計(jì)量流量計(jì)算機(jī)，一路傳至標(biāo)定用流量計(jì)算機(jī)。
刮板流量計(jì)作為傳統(tǒng)的檢測(cè)儀表，具有測(cè)量精度高、適應(yīng)性強(qiáng)、不受介質(zhì)密度影響等優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛應(yīng)用。
但當(dāng)原油以刮板流量計(jì)進(jìn)行計(jì)量時(shí)，在運(yùn)行工藝條件下，由于溫度、壓力、粘度等因素的變化均會(huì)影響原油的體積，會(huì)導(dǎo)致流量計(jì)自身產(chǎn)生的附加誤差，再加上刮板流量計(jì)計(jì)量腔室長期磨損會(huì)產(chǎn)生的誤差等，所以刮板流量計(jì)也具有一定的缺陷性。
質(zhì)量流量計(jì)，直接測(cè)量流體的質(zhì)量，可測(cè)量的液體范圍廣（包括高粘度的液體，含油固體顆粒的液體、含有均勻分布的少量氣體的液體等），測(cè)量管的振幅小，可視為無可動(dòng)部件，無上下游直管段要求，可同時(shí)測(cè)量液位的密度和溫度等優(yōu)點(diǎn)，也逐漸得到了廣泛使用。但質(zhì)量流量計(jì)也有一定的局限性：壓力損失大，目前質(zhì)量流量計(jì)的zui大口徑僅為DN150，對(duì)外界振動(dòng)敏感，價(jià)格昂貴等。
  超聲波流量計(jì)，多聲道超聲波流量計(jì)在大口徑管道、大流量計(jì)量中有突出的優(yōu)勢(shì)，其無可動(dòng)部件的構(gòu)造和完善的自診斷功能大大提高了流量計(jì)的可靠性，無附加壓力損失使其在節(jié)能方面具有明顯優(yōu)勢(shì)，測(cè)量范圍也遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其它流量計(jì)。由于超聲波流量計(jì)是靠智能電子單元間接測(cè)量超聲波傳輸時(shí)間來計(jì)算出流量，人工“制造”出與流量相關(guān)的脈沖（頻率），流量脈沖和串行信號(hào)是通過計(jì)算獲得的，因此輸出信號(hào)會(huì)落后于流體特性，而且經(jīng)過數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換處理，脈沖信號(hào)很可能落后于串行數(shù)據(jù)信號(hào)；由于流體流動(dòng)存在不穩(wěn)定性，微小的流動(dòng)擾動(dòng)或脈動(dòng)都會(huì)被流量計(jì)測(cè)量到，導(dǎo)致流量計(jì)產(chǎn)生不均勻脈沖等缺點(diǎn)。
1.2 流量計(jì)算機(jī)
  計(jì)量橇裝系統(tǒng)提供的流量計(jì)算機(jī)是已獲得認(rèn)證機(jī)構(gòu)（如API、OIML等）的有關(guān)認(rèn)證，且獲得中華人民共和國計(jì)量器具型式批準(zhǔn)證書，允許專門用于商貿(mào)交接的流量計(jì)算機(jī)，它將與相關(guān)流量計(jì)以及相關(guān)的儀表組成流量計(jì)量系統(tǒng)，用于貿(mào)易計(jì)量、流量檢測(cè)及流量標(biāo)定。
流量計(jì)算機(jī)可根據(jù)用戶的需求安裝于控制室或者現(xiàn)場(chǎng)，在工程的實(shí)際應(yīng)用中多選用非防爆的流量計(jì)算機(jī)，安裝于控制室。每一計(jì)量支路配套一臺(tái)流量計(jì)算機(jī)，用于該支路的流量計(jì)量。同時(shí)流量計(jì)算機(jī)還可以控制上下游管道關(guān)斷閥的緊急開關(guān)及調(diào)節(jié)閥的開度控制。（注：閥門的開關(guān)控制、支路切換也可單獨(dú)設(shè)一套PLC控制系統(tǒng)，由PLC完成相應(yīng)的控制）。
計(jì)量橇裝系統(tǒng)提供的流量計(jì)算機(jī)具有很高的可靠性和穩(wěn)定性，其技術(shù)特性能滿足以下要求：
1）流量計(jì)算機(jī)應(yīng)是基于微處理器的智能型儀表，選用32bit或64bit的微處理器，其內(nèi)存的容量至少為2M，能滿足流量計(jì)算及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的要求。
2）流量計(jì)算機(jī)的計(jì)算軟件含有多種可選擇的商貿(mào)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)，能通過簡單的組態(tài)或選項(xiàng)進(jìn)行計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)選擇并鎖定。正常計(jì)算時(shí)，不應(yīng)受其它計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的影響。
3）可根據(jù)流量計(jì)的類型選擇有關(guān)計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)。可選擇參考?jí)毫蛥⒖紲囟龋鶕?jù)選用的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)完成參比條件（如101.325kPa，20℃）下的體積流量、質(zhì)量流量等瞬時(shí)流量的計(jì)算和各自的累積流量計(jì)算。流量計(jì)算機(jī)應(yīng)該可以根據(jù)相關(guān)報(bào)告，依據(jù)在線的組分?jǐn)?shù)據(jù)和溫度壓力數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)計(jì)算流量相關(guān)數(shù)據(jù)，超出設(shè)定的偏差范圍時(shí)報(bào)警。
4）能顯示標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的瞬時(shí)流量、累積流量和能量流量，并且應(yīng)能顯示前1h、前1天及當(dāng)天的累積流量。
5）流量計(jì)算機(jī)配有安全系統(tǒng)，以控制進(jìn)入其內(nèi)部通道，避免人為對(duì)采集的數(shù)據(jù)、計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)、校準(zhǔn)系數(shù)等參數(shù)進(jìn)行越權(quán)修改。同時(shí)，應(yīng)防止計(jì)算機(jī)病毒的侵入。可建立用戶并能定義用戶權(quán)限，登錄一定時(shí)間后可自動(dòng)退出，降為zui低的查看權(quán)限。
6）流量計(jì)算機(jī)能提供3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的RS-485和一個(gè)RS-232接口，其輸出應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)MODBUS-RTU通信協(xié)議，至少提供兩個(gè)以太網(wǎng)口。采用以太網(wǎng)組網(wǎng)方式連接線路上的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其中一個(gè)以太網(wǎng)口用于和站控PLC通信，實(shí)現(xiàn)流量計(jì)算機(jī)計(jì)量數(shù)據(jù)上傳和組分時(shí)鐘信號(hào)下載同步。另一個(gè)以太網(wǎng)口將構(gòu)筑流量計(jì)遠(yuǎn)程管理網(wǎng)絡(luò)，采集流量計(jì)報(bào)警等數(shù)據(jù)，通過用戶安裝在服務(wù)器上的軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)收集，以便延長標(biāo)定。
7）通過通訊口流量計(jì)算機(jī)可以和分析儀直接進(jìn)行通訊，接收組分信息。另外通過模擬量板卡可自動(dòng)采集流量計(jì)讀數(shù)、溫度、壓力變送器傳來的補(bǔ)償用測(cè)量值。這些測(cè)量值可以是標(biāo)準(zhǔn)模擬信號(hào)（4～20mADC）或脈沖信號(hào)。總之流量計(jì)算機(jī)具備獨(dú)立完成所有與流量計(jì)量有關(guān)的數(shù)據(jù)采集和計(jì)算的能力。
8）流量計(jì)算機(jī)的輸入、輸出的信號(hào)通道包括：
①模擬輸入：4路，標(biāo)準(zhǔn)4～20mADC，并支持HART協(xié)②頻率輸入：4路，頻率符合所選流量計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)。
③開關(guān)量輸入：2路。
④模擬輸出：2路，標(biāo)準(zhǔn)4～20mADC，并支持HART協(xié)議。
⑤開關(guān)量輸出：4路（繼電器輸出）。
⑥通信接口：1路，RS-232接口。
⑦通信接口：3路，RS-485接口。
⑧通信接口：2路，以太網(wǎng)口（ETHERNET）。
2 計(jì)量橇裝系統(tǒng)的特點(diǎn)
1）保證計(jì)量精度，避免貿(mào)易計(jì)量糾紛
一個(gè)貿(mào)易交接的計(jì)量場(chǎng)站，zui核心的部分就是貿(mào)易交接計(jì)量部分。計(jì)量的與否涉及到各方的利益，容易引起計(jì)量糾紛。
如果是各種單臺(tái)設(shè)備組成的貿(mào)易交接計(jì)量，安裝不當(dāng)，放空或排污閥的泄漏，法蘭連接等的滲漏，關(guān)斷閥的不嚴(yán)密，溫度壓力流量等儀表的調(diào)試不準(zhǔn)確等情況都會(huì)影響到整個(gè)系統(tǒng)的計(jì)量精度，而且很難判斷是什么原因引起的，不好確定是哪個(gè)廠家產(chǎn)品的責(zé)任。計(jì)量橇座出廠前工廠會(huì)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)作嚴(yán)格測(cè)試，保證整個(gè)計(jì)量系統(tǒng)而不僅僅是單臺(tái)儀表的精度，所有管路、渦流和其它影響總體精度的因素都在橇座設(shè)計(jì)中得到了仔細(xì)評(píng)估。一體化的設(shè)計(jì)和嚴(yán)格的整體測(cè)試有效地避免了貿(mào)易糾紛。
2）簡化采購流程，有效縮短施工、調(diào)試及投運(yùn)時(shí)間傳統(tǒng)的分散的計(jì)量設(shè)備需要用戶逐項(xiàng)分批訂貨、催款、組織安裝、調(diào)試、驗(yàn)收、投產(chǎn)，要花費(fèi)用戶很多的精力和時(shí)間。采用計(jì)量橇裝系統(tǒng)可以合理安排工程進(jìn)度，在工廠就對(duì)橇中的所有儀表都經(jīng)過嚴(yán)格測(cè)試，并對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)合調(diào)試，出具整體測(cè)試報(bào)告。另外，橇座的各種儀表接線已在工廠中完成，在現(xiàn)場(chǎng)只需將外接電纜接入橇座配帶接線箱即可。橇座運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)后，與管道對(duì)接后就可以開車投產(chǎn)，大大縮短了項(xiàng)目安裝調(diào)試工期。
3）方便用戶進(jìn)行項(xiàng)目管理
計(jì)量橇裝系統(tǒng)供應(yīng)商是單一責(zé)任人，提供一體化的設(shè)計(jì)、施工、維護(hù)，方便用戶進(jìn)行項(xiàng)目管理。業(yè)主只需和計(jì)量橇座供應(yīng)商聯(lián)絡(luò)即可解決所有相關(guān)計(jì)量的問題，簡化溝通程序。系統(tǒng)廠商可根據(jù)要求隨橇裝設(shè)備提交所有的設(shè)計(jì)文件和測(cè)試報(bào)告，使整個(gè)計(jì)量文件保持完整有效，便于以后隨時(shí)查閱和進(jìn)行項(xiàng)目管理。
4）布置美觀，結(jié)構(gòu)合理，節(jié)約占地面積30%以上專業(yè)的計(jì)量橇裝系統(tǒng)廠家具有豐富的工程經(jīng)驗(yàn)，整體的設(shè)計(jì)和施工使計(jì)量系統(tǒng)更加緊湊，布局更合理美觀，并且能夠節(jié)約占地面積30%以上。
5）整體投資高于傳統(tǒng)的流量計(jì)量方式根據(jù)以往的工程經(jīng)驗(yàn)，在選用相同的設(shè)備材料情況下，橇裝系統(tǒng)的費(fèi)用比傳統(tǒng)的做法高出30%左右。這主要是因?yàn)椋阂皇怯姓w的底座和各種支撐等要比非橇裝增加些成本；二是計(jì)量橇裝系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、工程費(fèi)；三是對(duì)單體和整個(gè)橇座進(jìn)行的各種測(cè)試等（無損探傷和整體的密封性試驗(yàn)等）。
3 計(jì)量橇裝系統(tǒng)的標(biāo)定
計(jì)量橇裝系統(tǒng)的標(biāo)定，目前zui為常用的標(biāo)定方式有兩種，即大體積管（雙向球）標(biāo)定法、小體積管標(biāo)定法。兩個(gè)標(biāo)定方式根據(jù)其工作原理及設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，各有優(yōu)缺點(diǎn)，具體如下：
3.1 大體積管（雙向球）
1）優(yōu)點(diǎn)：
①高度的可靠性，操作簡便。
②可用于檢定低脈沖分辨率的流量計(jì)，只要求流量計(jì)在檢測(cè)開關(guān)之間流量計(jì)輸出10000個(gè)脈沖。
③在一個(gè)流量點(diǎn)上檢定次數(shù)少。
④對(duì)被檢液體中固體微粒反應(yīng)不敏感。
⑤維護(hù)費(fèi)用低；重復(fù)性好，優(yōu)于0.02%。
⑥使用四個(gè)檢測(cè)開關(guān)，可以減少檢定次數(shù)。
2）缺點(diǎn)：
①大體積管的標(biāo)定球非常龐大且笨重，占地面積大,安裝復(fù)雜、昂貴。
②單向型附有液壓系統(tǒng)。
③大體積管由于采用機(jī)械式位置開關(guān)，精度受到影響。
④位置開關(guān)對(duì)震動(dòng)敏感。
⑤四通換向閥故障率高。
3.2 小體積管
1）優(yōu)點(diǎn)：
①占地面積小。
②檢定時(shí)間短，一次運(yùn)行中zui短檢定時(shí)間0.5s。
③計(jì)量缸采用無電鍍鎳，抗蝕能力強(qiáng)。
④小體積管無需使用復(fù)雜的4方向閥（這是大體積管的關(guān)鍵部件）。
⑤小體積管沒有大體積管必須的標(biāo)定球發(fā)射腔、接收
腔和直管段結(jié)構(gòu)。⑥小體積管的壓損低于大體積管。
⑦大體積管需要計(jì)算溫度和壓力造成的管道變形影響。
⑧小體積管日常維護(hù)簡單。
⑨大體積管的物理尺寸和重量遠(yuǎn)大于小體積管。
2）缺點(diǎn)：
①標(biāo)準(zhǔn)體積小，（現(xiàn)有的產(chǎn)品中zui大的標(biāo)準(zhǔn)容積為300升）不適用檢定低脈沖分辨率的流量計(jì)。
②檢定運(yùn)行次數(shù)多，這樣就抵消了檢定時(shí)間短的優(yōu)點(diǎn)，按美國產(chǎn)品樣本介紹，對(duì)一個(gè)流量點(diǎn)通常要檢定15次。
③滑動(dòng)密封處的密封件與運(yùn)動(dòng)件的相對(duì)速度達(dá)1.5m/s，因此密封件易損，更換困難。
④對(duì)被檢液體中的固體微粒反應(yīng)敏感，容易造成計(jì)量缸中活塞密封件的損壞。
⑤維修費(fèi)用高。
⑥采用脈沖插入法，會(huì)導(dǎo)致重復(fù)性降低。
⑦采用脈沖插入法時(shí)，必須要知道流量計(jì)輸出脈沖周期的標(biāo)準(zhǔn)偏差бt，按國標(biāo)GB/T17286.3的規(guī)定，在一次檢定中采集的脈沖數(shù)N，按下式求得N=500(бt)2根據(jù)N和流量計(jì)系數(shù)K，確定標(biāo)準(zhǔn)容積，бt應(yīng)由流量計(jì)生產(chǎn)廠結(jié)出。但流量計(jì)生產(chǎn)廠通常給不出，這樣就給小體積規(guī)格的確定帶來了困難。