服務(wù)熱線
400-0592-364
科里奧利質(zhì)量流量計作為質(zhì)量流量測量儀表,已被廣泛應(yīng)用于貿(mào)易計量、成本考核和生產(chǎn)過程控制。由于質(zhì)量流量計具有測量精度高、穩(wěn)定性好、通訊功能強、使用方便、維護量小、通過儀表組態(tài)可實現(xiàn)多參數(shù)測量等特點;同時,質(zhì)量流量計具有強大的批量控制功能。
摘 要：油品計量分為靜態(tài)計量與動態(tài)計量。靜態(tài)計量是最早采用的計量方式，它具有通用、直接、投資少的特點，但也存在諸多的不確定因素，如：人員、溫度、密度、體積、取樣等環(huán)節(jié)。近些年來，隨著石油行業(yè)計量水平的提高以及市場競爭不斷加劇，計量準(zhǔn)確度越來越受到各企業(yè)的重視，動態(tài)計量更為符合石化行業(yè)的需求，它多以質(zhì)量測量進行交接計量，直接測量油品的質(zhì)量，避免了不必要的測量因素，提高了測量的準(zhǔn)確度。
關(guān)鍵字：動態(tài)計量 質(zhì)量測量 準(zhǔn)確度
質(zhì)量流量計發(fā)展于上世紀(jì)70年代，在世界范圍內(nèi)，它屬于動態(tài)計量的一種重要手段，在石油化工行業(yè)的貿(mào)易結(jié)算中，質(zhì)量流量計發(fā)揮著舉足輕重的作用，它的測量誤差不僅直接影響著企業(yè)的經(jīng)濟效益，也擔(dān)負(fù)著監(jiān)督各類生產(chǎn)裝置物料供需之間的平衡關(guān)系。然而在實際使用過程中，由于其本身結(jié)構(gòu)、工作原理及工況條件不為大家所熟悉，經(jīng)常會造成計量失準(zhǔn)的問題，給企業(yè)的經(jīng)濟效益及平穩(wěn)生產(chǎn)帶來了風(fēng)險。本人長期以來在質(zhì)量流量計檢定、維護及使用過程中總結(jié)了一些經(jīng)驗，在此與大家分享。
1 工作原理
簡單點說，質(zhì)量流量計（以下簡稱“流量計”）由傳感器和變送器兩部分組成。
傳感器是基于科里奧利力（科里奧利1792年至1843年，法國數(shù)學(xué)家、氣象物理學(xué)家）效應(yīng)的相位敏感型諧振式傳感器。為描述旋轉(zhuǎn)體系的運動，需要在運動方程中引入一個假想的力，這就是科里奧利力。引入科里奧利力之后，人們可以像處理慣性系中的運動方程一樣簡單地處理旋轉(zhuǎn)體系中的運動方程，簡化了旋轉(zhuǎn)系的處理方式（圖1）。
圖1 科里奧利力
傳統(tǒng)的傳感器組件包括：核心處理器、驅(qū)動線圈、檢測線圈、保護殼、流量管、電阻溫度檢測器、過程接頭。驅(qū)動線圈與磁鐵配合使用，使科里奧利傳感器流量管發(fā)生振動。經(jīng)線圈驅(qū)動，會使流量管以其諧振頻率進行振動。流量管的兩側(cè)安裝有檢測線圈及磁鐵構(gòu)成的電磁檢測器。電磁檢測器會產(chǎn)生一個代表振動管在該位置上的正比于流量的信號。傳感器內(nèi)的驅(qū)動線圈、檢測線圈、RTD元件（指溫度檢測裝置）都連接到核心處理器。核心處理器是一精密的電子設(shè)備，用于控制傳感器和信號測量及處理。核心處理器可執(zhí)行所有必要運算以獲得測量的過程變量值，并將這些值傳送給變送器，以供控制系統(tǒng)使用。當(dāng)介質(zhì)通過流量管時，兩根流量管的入口側(cè)管和出口側(cè)管都會產(chǎn)生科里奧利力。這些力會使流量管彼此相對扭曲振動。從流量管入口側(cè)流入的質(zhì)量流會產(chǎn)生一個科里奧利力，該力會抵制流量管振動。當(dāng)質(zhì)量流過出口側(cè)管時，科里奧利力則會加強流量管的振動。在入口和出口側(cè)的科里奧利力方向相反，從而導(dǎo)致了流量管產(chǎn)生扭曲運動，正是利用這一運動來測量質(zhì)量流量。由于流量管的扭曲，使入口側(cè)與出口側(cè)的運動不同，因此檢測組件上產(chǎn)生的正弦波便出現(xiàn)了不同步的現(xiàn)象，即兩個正弦波出現(xiàn)了時間延遲（相位差）。相位差與質(zhì)量流量成正比?？评飱W利力越大，產(chǎn)生的相位差也越大，質(zhì)量流量也越大。介質(zhì)質(zhì)量、管材剛性和振動頻率之間的關(guān)系是科里奧利流量計進行密度測量的基礎(chǔ)。以彈簧系統(tǒng)為例：當(dāng)質(zhì)量增加時，系統(tǒng)的振動頻率則會下降。當(dāng)質(zhì)量減少時，系統(tǒng)的振動頻率則會提高。振動頻率的單位是Hz。流量管的振動周期則是振動頻率的倒數(shù)?？评飱W利流量計通過測量流量管振動周期來計算密度。介質(zhì)密度與所測得的流量管振動周期成正比。
2 安裝
2.1 方向
科里奧利質(zhì)量流量計是直接的質(zhì)量流量測量。其測量的準(zhǔn)確度與介質(zhì)的流態(tài)無關(guān)，因此沒有直管段的需要，可以因地制宜的安裝傳感器。
安裝應(yīng)遵循三個基本原則：
液體：要能夠始終充滿傳感器（圖2）。
圖2 測量液體安裝
氣體：在傳感器內(nèi)不產(chǎn)生積液（圖3）。
圖3 測量氣體安裝
漿液/臟污介質(zhì)：要易于從傳感器中排空（圖4）。
圖4 測量漿液/臟污介質(zhì)安裝
除此之外，流量計應(yīng)避免安裝在管道相對高點的位置，原因是管道高端的氣體很難排除，易對流量計的計量造成影響。
2.2 施工要求
四不要（圖5）：
（1）不要使用傳感器對中管線；
（2）不要使用傳感器支撐管線；
（3）不要直接支撐在傳感器上；
（4）不要使用傳感器頂拉管段距離。
圖5 禁止安裝的形式
質(zhì)量流量計的安裝狀態(tài)應(yīng)該是無應(yīng)力影響的狀態(tài)?，F(xiàn)場安裝后的傳感器如果受到外來應(yīng)力的沖擊會直接影響到流量計的計量準(zhǔn)確度。
2.3 其它注意事項
（1）流量調(diào)節(jié)閥應(yīng)該安裝在傳感器的出口端；
（2）傳感器的兩側(cè)應(yīng)該安裝截止閥，便于調(diào)零；
（3）設(shè)置旁路管線，便于流量計的拆裝維護；
（4）新投用的管線應(yīng)該在管線吹掃完畢后再安裝傳感器；
3 導(dǎo)致計量誤差的關(guān)鍵因素
3.1 操作因素影響
（1）儀表參數(shù)。組態(tài)了錯誤的流量系數(shù)、儀表系數(shù)。（流量計檢定過程中出現(xiàn)了問題，如：標(biāo)準(zhǔn)秤準(zhǔn)確度下降、測量介質(zhì)含氣、閥門漏量等），輸出信號與量程設(shè)置不匹配（遠(yuǎn)程顯示時）。
（2）量值與修正。組態(tài)了不適用的計量單位、小流量切除值。
（3）零點。流量計調(diào)零不正確。（調(diào)零時測量管介質(zhì)不滿管、介質(zhì)處于流動狀態(tài)、介質(zhì)處于兩相狀態(tài)）
3.2 性能影響
（1）傳感器。流量計傳感器腐蝕、磨損等導(dǎo)致性能下降。
（2）變送器。流量計變送器器件老化。
（3）接線端。電纜進線孔密封不嚴(yán)，導(dǎo)致水汽進入（造成零點漂移或設(shè)備損壞）。
3.3 工藝因素影響
（1）氣液兩相。
（2）閥門泄漏。
（3）壓力低導(dǎo)致氣化。
（4）操作流量變化過大。
3.4 溫度對傳感器的影響
（1）對流量管的影響，金屬的彈性會隨溫度的變化而變化。
（2）對傳感器零點的影響，所有機械結(jié)構(gòu)都會受到溫度影響，由于幾何形狀和結(jié)構(gòu)的不對稱，溫度的變化擴大了這種影響。這個影響的定義是當(dāng)介質(zhì)溫度與調(diào)零溫度不一致時所可能產(chǎn)生的最大偏差。
（3）不同材質(zhì)、形狀、壁厚的流量管的修正系數(shù)也不同。
3.5 溫度對變送器的影響
環(huán)境溫度對模擬輸出的影響定義是每偏離校準(zhǔn)溫度1℃，變化為量程的±0.005%。
3.6 壓力對傳感器的影響
可以增加流量管的壁厚來降低壓力影響，增加壁厚會降低靈敏度，靈敏度的降低會降低計量準(zhǔn)確度。流量管壁厚必須加以優(yōu)化來保證最佳性能。
4 解決措施
4.1 流動性
（1）為避免測量介質(zhì)在通過流量計時摻入氣體造成氣液兩相，建議在流量計上游安裝消氣器。
（2）有些生產(chǎn)裝置產(chǎn)出的產(chǎn)品易帶有雜質(zhì)，這些雜質(zhì)在通過流量計時會堵塞測量管，建議在流量計上游安裝過濾器。
（3）測量時，液體介質(zhì)中帶有大團的氣體或氣體介質(zhì)中帶有大的液滴時，需要開啟團狀流（SlugFlow）功能，團狀流功能使儀表測量及輸出不受流體狀態(tài)短暫變化的影響。
（4）通過檢測流量計的驅(qū)動增益判斷流量計運行情況，一般情況下，驅(qū)動增益超過8%的時候可視為出現(xiàn)異常。流量計測量管氣液兩項的時候，驅(qū)動增益一般在40%左右；流量計測量管固液兩項的時候，驅(qū)動增益一般在20%左右（以上是參考值，因流量計型號及管徑不同實際值會有所偏差）。
4.2 安裝
流量計的安裝地點應(yīng)該遠(yuǎn)離油泵、壓縮機、變壓器、高頻開關(guān)。這些設(shè)施會使流量計與管路發(fā)生共振及產(chǎn)生電信號疊加導(dǎo)致流量計失準(zhǔn)。另外，流量計的安裝方向應(yīng)該由被測介質(zhì)的流體狀態(tài)決定。
4.3 電伴熱
有些地區(qū)冬季寒冷，為了滿足油品正常輸送與計量，要求油品溫度保持在一定范圍內(nèi)，這時需要使用電伴熱來解決這一問題。如果電伴熱的溫度過高，產(chǎn)品會出現(xiàn)汽化現(xiàn)象，導(dǎo)致驅(qū)動增益超限，流量計報警。原因是氣液兩相使得諧振頻率與驅(qū)動頻率相差過大，核心處理器為了保護電路強行關(guān)閉驅(qū)動電壓。解決辦法為控制電伴熱的溫度上限，以滿足被測介質(zhì)計量需求為佳。
4.4 量程選擇
流量計的最低使用流量不能低于量程的10%，常用流量應(yīng)該為量程的50%~75%之間，這樣可以減少零點漂移和流量計線性誤差的影響。
表1 質(zhì)量流量計管徑與流速對照表
4.5 雙向計量
流量計在現(xiàn)場使用時，由于地勢高低、管道壓力及操作失誤，經(jīng)常使得流量計中的被測介質(zhì)發(fā)生倒流現(xiàn)象，為了避免這種情況我們要對流量計進行雙向計量設(shè)置，防止流量計丟量計量[2]。
4.6 零點設(shè)置
流量計調(diào)零的條件
（1）被測介質(zhì)通過傳感器預(yù)熱20min以上；
（2）傳感器的溫度與被測介質(zhì)接近一致；
（3）測量管中被測介質(zhì)完全充滿；
（4）關(guān)閉流量計的前后閥門使被測介質(zhì)處于相對靜止?fàn)顟B(tài)。
導(dǎo)致零點漂移的因素很多，如：溫度、壓力、測量管壁變薄、兩相流、不滿管、振動、電磁干擾。解決辦法為定期到現(xiàn)場進行零點調(diào)試、設(shè)定流量切除值，建議為量程的0.5%~1.0%。（注：由于應(yīng)力導(dǎo)致的零點漂移是不能通過零點調(diào)試根本解決的，因為管線熱脹冷縮的必然性會導(dǎo)致應(yīng)力再次變化進而影響零點。解決辦法為校準(zhǔn)質(zhì)量流量計與管線的安裝位置，使其在同一軸線上。）
4.7 背壓
輕烴是石化行業(yè)的重要產(chǎn)品，它包括：乙烯、丙烯、丁烯、甲烷、乙烷、丁烷等。正常狀態(tài)下它們?yōu)闅鈶B(tài)，實際計量中多以測量液相為主。在測量液相輕烴時，如果流量計的背壓低于其飽和蒸汽壓時，測量管就會出現(xiàn)氣液兩相情況，導(dǎo)致計量準(zhǔn)確度大幅度下降。
背壓指流量計出口端的管道壓力，通常情況下背壓應(yīng)大于被測介質(zhì)飽和蒸汽壓的1.25倍與流量計壓損的2倍之和。
（1）
式中：P—被測介質(zhì)的出口端壓力，MPa；
Pa—被測介質(zhì)的飽和蒸汽壓，MPa；
ΔP—質(zhì)量流量計的永久壓力損失，MPa。
如果滿足不了上式要求，可以參考高于飽和蒸汽壓的15%（最低要求），見表2。
表2 輕烴飽和蒸汽壓表
4.8 “掛壁”現(xiàn)象
有些油品黏度較大或容易凝結(jié)，經(jīng)常會在測量管上發(fā)生掛壁現(xiàn)象，掛壁以后，流量計也會出現(xiàn)驅(qū)動增益超限，導(dǎo)致流量計報警。發(fā)現(xiàn)掛壁現(xiàn)象后，如：液蠟裝車之前，被測介質(zhì)密度會高于正常值，這時可以把流量計拆下進行吹掃，若不具備拆下條件，可以通過打循環(huán)的方法使凝結(jié)部分隨著溫度升高及沖擊慢慢溶解將掛壁現(xiàn)象慢慢消除，液蠟掛壁現(xiàn)象一般循環(huán)1h后即可消除。
4.9 遠(yuǎn)傳數(shù)據(jù)
流量計大多安裝在生產(chǎn)現(xiàn)場，由于石油化工裝置現(xiàn)場多為高溫高壓、易燃易爆區(qū)，為了讀數(shù)方便，我們經(jīng)常要把流量計的流量信號采集到儀表室進行讀取。流量計常用的信號輸出端包括：4~20mA輸出、頻率輸出、RS485輸出。僅從同步精度上講：RS485輸出精度相對高于4~20mA輸出和頻率輸出。因為它不需要把輸出信號進行二次轉(zhuǎn)換，而是直接通過網(wǎng)絡(luò)協(xié)議采集最終數(shù)據(jù)，這樣避免了流量精度的下降。因此，應(yīng)該盡量選擇具備RS485輸出的變送器。
4.10 MF修正
MF為流量計檢定報告中的各流量點的誤差修正系數(shù)，質(zhì)量流量計采取離線檢定時，可以采用基本誤差法進行交接計量，但是相鄰兩次檢定結(jié)果如果處于同一方向，應(yīng)該采用流量點誤差系數(shù)修正計量結(jié)果。尤其是在大宗物料的貿(mào)易結(jié)算中，千分之一的誤差也會帶來巨大的效益損失。
修正點的選擇以常用流量點為準(zhǔn)，如一臺羅斯蒙特CMF300的質(zhì)量流量計：
第一次的檢定結(jié)果見表3。
表3 流量計檢定結(jié)果表（一）
第二次的檢定結(jié)果見表4。
表4 流量計檢定結(jié)果表（二）
如果常用流量點為40t/h，兩次檢定結(jié)果分別為：+0.08%和+0.15%，那么第二次檢定后使用流量計在40t/h的計量狀態(tài)下計量，結(jié)算油量應(yīng)該再乘以0.9985進行MF修正，使計量結(jié)果的誤差進一步向零趨近。
4.11 振動管的選材
流量計傳感器的振蕩管是金屬材料，振蕩管的抗沖擊、抗腐蝕能力直接影響著流量計的計量準(zhǔn)確度與穩(wěn)定性。通常決定振蕩管這種特性的因素包括：
（1）振蕩管的振動幅值；
（2）振蕩管的壁厚；
（3）振蕩管的金屬材料。
振動幅值與壁厚改變很困難，會直接影響流量計的靈敏度與準(zhǔn)確度，我們只能通過改變振蕩管的選材改變其特性。
實際生產(chǎn)中，多數(shù)企業(yè)選用的是316L不銹鋼振蕩管的流量計，其實更為理想的是選用哈氏合金振蕩管的流量計，以提高計量穩(wěn)定性。因為造價昂貴，目前使用哈氏合金流量計的企業(yè)較少。
5 結(jié)束語
綜上所述，如何做好質(zhì)量流量計量并不是一件難事，關(guān)鍵在于我們一定要搞清楚其工作原理，要學(xué)會正確安裝、調(diào)試并使用它，這樣才能發(fā)揮它高準(zhǔn)確度高穩(wěn)定性的優(yōu)勢，避免計量糾紛的出現(xiàn)，為企業(yè)的經(jīng)濟效益保駕護航。
公司地址
廈門市海滄區(qū)東孚工業(yè)園過坂北里208號聯(lián)系電話
400-0592-364電子郵箱
service@homkom.comCopyright © 2011-2020 HOMKOM 版權(quán)所有 備案號：閩ICP備12000575號-7