Тема лекции:
Системы измерений количества и
показателей качества нефти и нефтепродуктов.
Организация:
Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт расходометрии" (ФГУП "ВНИИР").
Докладчик:
начальник научно-исследовательского отдела № 14
.
В начале своего выступления я хотел бы отметить, что Российская Федерация является одним из крупнейших в мире производителей, потребителей и экспортеров нефти и занимает одно из лидирующих мест в мире по добыче нефти, а также важные позиции на мировом рынке. В настоящее время такой вид сырья, как нефть, имеет уникальное и огромное значение в экономике страны. Нефтяная промышленность – это крупный народнохозяйственный комплекс, который живет и развивается по своим закономерностям. Нефть – наше национальное богатство, источник могущества страны, фундамент ее экономики. Значение нефти в народном хозяйстве велико: это сырье для нефтехимии в производстве различных материалов (синтетического каучука, спиртов, полиэтилена, широкой гаммы различных пластмасс, искусственных тканей), источник для выработки бензина, керосина, дизельного, реактивного и других видов топлив, масел и смазок, а также котельного печного топлива (мазут), строительных материалов (битумы, гудрон, асфальт), сырье для получения ряда белковых препаратов. Этот список можно еще долго продолжать. Россия – одна из крупных промышленно развитых стран мира, которая не только полностью обеспечена нефтью, но и в значительной мере экспортирует данное сырье. Нефтедобывающие компании являются крупными налогоплательщиками в стране.
Велика роль России в мировом балансе топливно-энергетических ресурсов. Для России, как и для большинства стран-экспортеров, нефть – один из важнейших источников валютных поступлений. Удельный вес экспорта нефти и нефтепродуктов в общей валютной выручке страны составляет значительную часть.
Россия относится к немногим странам мира, имеющим возможность в течение длительного времени развивать крупномасштабную нефтяную промышленность, полностью ориентируясь на собственные природные ресурсы.
Нефтяной потенциал России очень велик, что обеспечивает долгосрочные потребности промышленности.
Исходя из вышеизложенного, понятно насколько важно и необходимо техническое и метрологическое обеспечение измерений количества нефти. На сегодняшний день измерение количества нефти в России требует не только применения современных средств измерений, но особого внимания к точности измерений для обеспечения достоверности учета нефти.
На это и ориентировано метрологическое обеспечение измерений расхода и количества нефти.
Метрологическое обеспечение – это установление и применение научных и организационных основ, технических средств, правил и норм, необходимых для достижения единства и требуемой точности проводимых измерений.
Метрологическое обеспечение систем измерений количества и показателей качества нефти включает в себя:
- нормирование и расчет метрологических характеристик системы измерений количества и показателей качества нефти;
- метрологическая экспертиза (анализ и оценка правильности установления и соблюдения метрологических требований применительно к объекту, подвергаемому экспертизе) технической документации на систему измерений;
- испытания системы измерений в целях утверждения типа (работы по определению метрологических и технических характеристик однотипных, стандартных образцов или средств измерений);
- поверка системы измерений (совокупность операций, выполняемых в целях подтверждения соответствия средств измерений метрологическим требованиям), т. е. проверка системы измерений на соответствие метрологическим характеристикам;
- разработка и аттестация методики измерений, т. е. документа, устанавливающего совокупность операций и правил при измерениях количества нефти, выполнение которых обеспечивает получение результатов измерений с гарантированной точностью в соответствии с принятым методом);
- метрологический надзор (контрольная деятельность в сфере государственного регулирования обеспечения единства измерений, осуществляемая уполномоченными федеральными органами исполнительной власти и заключающаяся в систематической проверке соблюдения установленных законодательством Российской Федерации обязательных требований, а также в применении установленных законодательством Российской Федерации мер за нарушения, выявленные во время надзорных действий) за состоянием и применением системы измерений.
Данные мероприятия направлены на обеспечение единства измерений.
Единство измерений – это состояние измерений, характеризующееся тем, что их результаты выражаются в узаконенных единицах, размеры которых в установленных пределах равны размерам единиц, воспроизводимых первичными эталонами, а погрешности результатов измерений известны и с заданной вероятностью не выходят за установленные пределы.
Единство измерений основывается на нормативной и эталонной базе страны, которые образуют Государственную систему обеспечения единства измерений, представляющую собой комплекс нормативных документов, устанавливающих правила, нормы, требования, направленные на достижение и поддержание единства измерений в стране (при требуемой точности), и эталонных средств измерений, осуществляющих передачу размера единиц величин рабочим эталонам и рабочим средствам измерений.
Нормативная база России в области измерений количества нефти включает в себя межгосударственные стандарты, национальные стандарты, правила по метрологии, методики измерений, методики поверки и др.
Основными нормативными документами являются:
- Федеральный закон № 000–ФЗ "Об обеспечении единства измерений", устанавливающий правовые основы обеспечения единства измерений в Российской Федерации, защиту прав и законных интересов граждан, общества и государства от отрицательных последствий недостоверных результатов измерений, обеспечение потребности граждан общества и государства объективных, достоверных и сопоставимых результатов измерений, используемых в целях защиты жизни и здоровья граждан, охраны окружающей среды, животного и растительного мира, обеспечения обороны и безопасности государства, в том числе экономической безопасности, содействие развитию экономики России и научно-техническому прогрессу;
- ГОСТ Р 8.595–2004 "ГСИ. Масса нефти и нефтепродуктов. Общие требования к методикам выполнения измерений", распространяющийся на методики измерений массы нефти различными методами и определяющий значения погрешности измерений массы брутто и нетто нефти.
- ГОСТ Р 8.615–2005 "ГСИ. Измерения количества извлекаемых из недр нефти и нефтяного газа. Общие метрологические и технические требования", устанавливающий общие технические и метрологические требования к измерениям количества сырой нефти;
- ГОСТ Р 8.563–2009 "ГСИ. Методики (методы измерений)", распространяющийся на методики и методы измерений, и устанавливает общие положения и требования к разработке, аттестации, применению методик измерений и метрологическому надзору за ними;
- РМГ 100–2010 "ГСИ. Рекомендации по определению массы нефти при учетных операциях с применением систем измерений количества и показателей качества нефти", устанавливающий требования к системам измерений количества и показателей качества нефти и порядок определения при учетных операциях массы нефти прямым и косвенным методами динамических измерений с нормированными значениями погрешности;
- ГОСТ 8.510–2002 "ГСИ. Государственная поверочная схема для средств измерений объема и массы жидкости", определяющий комплекс применяемых средств измерений, их основные метрологические характеристики средств измерений, порядок передачи размеров единиц объема и массы и методы поверки;
- МИ 2825–2002 "Рекомендация. ГСИ. Системы измерений количества и показателей качества нефти. Метрологические и технические требования к проектированию".
Организацией мероприятий по разработке и утверждению нормативных документов в области измерений расхода и количества нефти занимается Технический комитет 024 (ТК024) "Метрологическое обеспечение добычи и учета углеводородов", который объединяет организации, занимающиеся обеспечением единства измерений, разработкой и эксплуатацией средств измерений нефтегазового комплекса. Задачей ТК024 является упорядочивание и регулирование взаимоотношений между всеми участниками добычи, транспортировки и переработки углеводородного сырья. Руководство ТК024 осуществляет наш институт, ВНИИР.
Поверочная схема для средств измерений — нормативный документ, устанавливающий соподчинение средств измерений, участвующих в передаче размера единицы от эталона рабочим средствам измерений (с указанием методов и погрешности при передаче). Различают государственные и локальные поверочные схемы, ранее существовали также ведомственные ПС.
Государственная поверочная схема распространяется на все средства измерений данной физической величины, применяемые в стране, например, на средства измерений электрического напряжения в определённом диапазоне частот. Устанавливая многоступенчатый порядок передачи размера единицы физической величины от государственного эталона, требования к средствам и методам поверки, государственная поверочная схема представляет собой структуру метрологического обеспечения определённого вида измерений в стране. Эти схемы разрабатываются главными центрами эталонов и оформляются одним ГОСТом ГСИ.
Локальные поверочные схемы распространяются на средства измерений, подлежащие поверке в данном метрологическом подразделении на предприятии, имеющем право поверки средств измерений и оформляются в виде стандарта предприятия. Ведомственные и локальные поверочные схемы не должны противоречить государственным и должны учитывать их требования применительно к специфике конкретного предприятия.
Ведомственная поверочная схема разрабатывается органом ведомственной метрологической службы, согласовывается с главным центром эталонов – разработчиком государственной поверочной схемы средств измерений данной ФВ и распространяется только на средства измерений, подлежащие внутриведомственной поверке.
Эталонная база России включает в себя государственные первичные эталоны (государственный эталон единицы величины, обеспечивающий воспроизведение, хранение и передачу единицы величины с наивысшей в Российской Федерации точностью, утверждаемый в этом качестве в установленном порядке и применяемый в качестве исходного на территории Российской Федерации), государственные первичные специальные эталоны, рабочие эталоны различных разрядов.
Во ВНИИР находятся государственные первичные эталоны:
- Государственный первичный специальный эталон единицы объемного влагосодержания нефти и нефтепродуктов ГЭТ 87, предназначенный для воспроизведения, хранения и передачи размера единицы объемного влагосодержания рабочим эталонам и рабочим средствам измерений;
- Государственный первичный эталон единицы массового расхода жидкости ГЭТ 63, предназначенный для воспроизведения, хранения и передачи размера единицы объемного и массового расхода жидкости рабочим эталонам и рабочим средствам измерений;
- Государственный первичный специальный эталон единицы объемного и массового расхода воды ГЭТ 119, предназначенный для воспроизведения, хранения и передачи размера единицы объемного и массового расхода воды рабочим эталонам и рабочим средствам измерений;
- Государственный первичный специальный эталон единицы объемного и массового расхода нефтепродуктов ГЭТ 120, предназначенный для воспроизведения, хранения и передачи размера единицы объемного и массового расхода нефти и нефтепродуктов рабочим эталонам и рабочим средствам измерений, которые эксплуатируются на нефти и нефтепродуктах;
- Государственный первичный специальный эталон газожидкостных смесей ГЭТ 195, предназначенный для формирования и подачи многофазного потока с определенными свойствами и характеристиками, воспроизведения, хранения и передачи размера единицы массового расхода газожидкостных смесей рабочим эталонам и рабочим средствам измерений.
Всероссийский научно-исследовательский институт расходометрии (ВНИИР) является ведущей организацией в стране, занимающейся вопросами метрологического обеспечения учета нефти. ВНИИР является также хранителем государственных первичных эталонов единиц величин (в частности таких величин, как объем и объемный расход, масса и массовый расход). Сотрудники нашего института имеют большой практический опыт по метрологическому обеспечению средств и систем измерений, полученный в результате проведения практических работ на объектах добычи, переработки и транспорта нефти, нефтепродуктов, газового конденсата. Наш институт является разработчиком большого количества нормативных документов в области метрологического обеспечения учета нефти. Сотрудники нашего института имеют научные связи со многими крупнейшими нефтяными и газовыми предприятиями страны, а также с различными зарубежными компаниями, метрологическими центрами и научно-исследовательскими лабораториями.
Основными техническими средствами измерений количества нефти в России являются системы измерений количества и показателей качества нефти, реализующие прямой или косвенный методы динамических измерений, т. е. с применением преобразователей расхода (расходомеров).
СИКН могут выполнять функцию основной схемы учета или резервной схемы учета (Резервная схема учета - система, применяемая для измерения массы нефти при отказе основной схемы - системы измерения количества и показателей качества нефти).
Измерительная система (по ГОСТ 8.596) – совокупность измерительных, связующих, вычислительных компонентов, образующих измерительные каналы, и вспомогательных устройств (компонентов измерительной системы), функционирующих как единое целое.
Система измерений количества и показателей качества нефти (СИКН) - совокупность функционально объединенных измерительных преобразователей, измерительных показывающих приборов, системы обработки информации, технологического оборудования.
Данные системы измерений в общем случае включают в свой состав следующие элементы:
- блок измерительных линий, состоящий из рабочих, резервных и контрольных измерительных линий, оснащенных преобразователями расхода различных принципов действия (турбинные преобразователи расхода, лопастные преобразователи расхода, кориолисовые преобразователи расхода (массомеры), ультразвуковые преобразователи расхода), датчиками температуры и давления, термометрами и манометрами, запорной и регулирующей арматурой;
- блок измерений показателей качества нефти, оснащенный преобразователями плотности, преобразователями вязкости, преобразователями влагосодержания, автоматическими и ручными пробоотборниками, пробозаборным устройством, датчиками температуры и давления, термометрами и манометрами, преобразователем расхода, запорной и регулирующей арматурой;
- блок поверочной установки, которая необходима для проведения поверки и контроля метрологических характеристик преобразователей расхода;
- система сбора и обработки информации, включающая в себя измерительно-вычислительные комплексы, автоматизированные рабочие места оператора системы измерений со специальным программным обеспечением;
- блок фильтров, оснащенный фильтрами и средствами измерений разности давления.
Применение систем измерений количества и показателей качества нефти обусловлено с рядом преимуществ:
- необходимая точность измерений;
- измерения количества нефти в условиях эксплуатации в широких диапазонах расхода, температуры, давления, плотности, вязкости нефти;
- возможность непрерывного учета нефти;
- возможность полной автоматизации процесса учета нефти;
- возможность определения метрологических характеристик средств измерений и системы измерений в целом, а также контроля метрологических характеристик средств измерений.
Средства измерений, входящие в состав системы измерений количества нефти и применяемые для измерений количества нефти, должны быть утвержденного типа, т. е. пройти испытания в целях утверждения типа, должны быть поверены и иметь поверительные клейма или пломбы, несущие на себе оттиски поверительных клейм.
Применение каждого средства измерений влечет за собой проведение мероприятий по метрологическому обеспечению: поверка в соответствии с действующим нормативным документом на методику поверки, наличие необходимых средств поверки, надзор за применением средства измерений.
Измерения количества нефти осуществляются в соответствии с утвержденной методикой измерений для данной системы измерений, т. е. документом, устанавливающим совокупность операций и правил при измерениях количества нефти, выполнение которых обеспечивает получение результатов измерений с гарантированной точностью в соответствии с принятым методом измерений.
Устанавливаемые на магистральных трубопроводах системы измерений количества и показателей качества нефти в зависимости от выполняемых функций делятся на коммерческие и оперативные. Коммерческие системы измерений осуществляют учет с точностью, необходимой для учетно-расчетных (торговых) операций. Оперативные системы измерений производят учет с точностью, необходимой для оперативных целей и задач, решаемых предприятием, и могут являться резервными средствами коммерческого учета.
По типу измеряемой нефти системы измерений разделяются на системы измерений расхода и количества нефти, соответствующей требованиям ГОСТ Р 51858–2002 "Нефть. Общие технические условия", при содержании массовой доли воды не более 1 %, массовой концентрации хлористых солей не более 900 мг/дм3, массовой доли механических примесей не более 0,05 % и системы измерений расхода и количества сырой нефти, параметры которой превышают значения, указанные в ГОСТ Р 51858.
Метрологическое обеспечение СИКН:
Нормирование и расчет метрологичеких характеристик СИКН
МЭ проектной документации на СИКН
Испытания СИКН в целях утверждения типа (Утверждение типа проводится в целях обеспечения единства измерений. Все средства измерений, применяемые в сфере государственного регулирования обеспечения единства измерений, подлежат обязательному утверждению. При утверждении типа средств измерений, устанавливаются показатели точности, а так же интервал и методика проведения поверки средств измерений данного типа).
Поверка СИКН и СИ, входящих в состав СИКН.
Принцип действия ТПР заключается в преобразовании скорости потока жидкости, проходящего через известное сечение трубопровода, в частоту вращения турбины, установленной в трубопроводе, которая в свою очередь преобразует ее в частоту электрических импульсов. При этом частота электрических импульсов пропорциональна мгновенному объемному расходу жидкости, а суммарное число подсчитанных импульсов - суммарному объему прошедшей через ТПР жидкости за заданный период времени.
Принцип действия ультразвукового расходомера (частота более 20 кГц) жидкости основан на явлении смещения звукового колебания, проходящего сквозь движущуюся жидкую среду.
При движении жидкости в трубопроводе происходит снос ультразвуковой волны, который приводит к изменению времени распространения ультразвукового сигнала (далее – УЗС): по потоку жидкости (от ПЭП 1 к ПЭП 2) время прохождения уменьшается, а против потока (от ПЭП 2 к ПЭП 1) – возрастает. Разность времен прохождения УЗС через жидкость по и против потока пропорциональна скорости потока V и, следовательно, объемному расходу F. По полученным сигналам с пьезопреобразователей рассчитываются: времена прохождения сигнала от ПЭП 1 до ПЭП 2, расход, накопленный объем жидкости, и значение частоты выходного сигнала, пропорционального расходу. Вычисленные таким образом параметры, пропорциональные расходу, объему и времени подаются на текстовый дисплей для отображения.
Кориолисовы расходомеры — приборы, использующие эффект Кориолиса для измерения массового расхода жидкостей, газов. Принцип действия основан на изменениях фаз механических колебаний U-образных трубок, по которым движется среда. Сдвиг фаз пропорционален величине массового расхода. Поток с определенной массой, движущийся через входные ветви расходомерных трубок, создает кориолисову силу, которая сопротивляется вибрации расходомерных трубок. Наглядно это сопротивление чувствуется, когда гибкий шланг извивается под напором прокачиваемой через него воды.
Градуировочные характеристики преобразователей расхода в виде:
постоянного значения коэффициента преобразования во всем диапазоне расхода;
постоянных значений коэффициентов преобразования в поддиапазонах расхода (полочки);
ломанной (кусочно-линейная);
полинома.
Если соотношение погрешностей, как 1 к 3 не выполняется, то применяют метод многократных измерений, при котором определяют систематическую и случайную составляющие погрешности.
ГОСТ 2477–65 Нефть и нефтепродукты. Метод определения содержания
воды.
ГОСТ 6370–83 Нефть, нефтепродукты и присадки. Методы определения механических примесей.
ГОСТ 21534–76 Нефть. Методы определения содержания хлористых солей.
