質(zhì)量流量計(jì)在成品油交接中的應(yīng)用

上海自動(dòng)化儀表有限公司質(zhì)量流量計(jì)也稱流量計(jì)，近年來(lái)，廣泛應(yīng)用于石化工業(yè)對(duì)流量的測(cè)量，特別是對(duì)成品油的計(jì)量。它屬于直接式質(zhì)量流量計(jì)，其計(jì)量精度一般在0.1%-0.2%之間，流量計(jì)有CMF10~CMF400七種型號(hào)可供選擇，流量范圍在0~409t/h之間，達(dá)到用于成品油貿(mào)易結(jié)算的要求，且性能穩(wěn)定。這種流量計(jì)集流量測(cè)量、溫度測(cè)量、密度測(cè)量于一體，內(nèi)部沒(méi)有可動(dòng)部件，可以很方便地測(cè)出成品油的密度、溫度和流量。其優(yōu)點(diǎn)是不用再進(jìn)行溫度和壓力的修正，而體積測(cè)量須把測(cè)量的體積修正到標(biāo)準(zhǔn)條件下；石油工業(yè)通常以“噸（t）”作為石油計(jì)量的基本單位，而成品油通常以“升（L）”為基本單位，流量計(jì)可以很方便地實(shí)現(xiàn)計(jì)量單位的轉(zhuǎn)換。因此流量計(jì)在我國(guó)成品油領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。

1 質(zhì)量流量計(jì)的工作原理

1.1 質(zhì)量測(cè)量

質(zhì)量流量計(jì)主要由傳感器和變送器兩大部分組成。

典型的質(zhì)量流量計(jì)傳感器主要由流量管、驅(qū)動(dòng)線圈探測(cè)器和測(cè)量溫度的熱敏電阻組成。流量管以固有頻率振動(dòng)，變送器向裝配在流量管上的驅(qū)動(dòng)線圈提供一交替變化的電流，與裝在另量管上的磁鐵吸引和排斥，使流量管以正弦波的方式上下振動(dòng)。當(dāng)物流通過(guò)以固有頻率振動(dòng)的傳感器的流量管時(shí)，就產(chǎn)生了科氏力，科氏力使流量管的進(jìn)口和出口以相反的方向變形，變形的大小，由安裝在流量管進(jìn)口和出口的探測(cè)器進(jìn)行檢測(cè)。探測(cè)器輸出一個(gè)代表流量的正弦運(yùn)動(dòng)的信號(hào)，當(dāng)沒(méi)有物流通過(guò)時(shí)，入口和出口探測(cè)器輸出的信號(hào)相互重疊，當(dāng)有物流通過(guò)流量管時(shí)，兩個(gè)探測(cè)器之間產(chǎn)生了一個(gè)時(shí)間差△t，當(dāng)質(zhì)量流量大時(shí)，流量管變形的程度，兩個(gè)探測(cè)器信號(hào)的時(shí)間差就大。

質(zhì)量流速由下式?jīng)Q定：m=k△t （1）

式中 m — 質(zhì)量流速，g/s；

K — 流量標(biāo)定系數(shù)，g/（sμs）；

△t— 時(shí)間差，μs。

1.2 密度測(cè)量

流量管以固有的頻率在相反的方向振動(dòng)，當(dāng)流體的密度變化時(shí)，將引起流體的質(zhì)量流速的變化，探測(cè)器輸出的電壓信號(hào)頻率也發(fā)生變化，通過(guò)測(cè)量探測(cè)器的信號(hào)頻率就可以決定流量管中流體的密度，計(jì)算公式如下：

ρ=k1（1/f）2- k2（2）

式中 ρ— 流體的密度，g/mL；

f— 流量管的頻率，Hz；

k1，k2— 標(biāo)定常數(shù)。

1.3 溫度測(cè)量

溫度測(cè)量是由安裝在質(zhì)量流量計(jì)傳感器上的熱敏電阻完成的，其工作原理與溫度變送器的原理一樣。

2 振動(dòng)和含氣量對(duì)質(zhì)量流量計(jì)的影響

2.1 振動(dòng)的影響

因?yàn)橘|(zhì)量流量計(jì)是振動(dòng)式儀表，如果質(zhì)量流量計(jì)在振動(dòng)的環(huán)境下工作，那么它就不能夠正常地發(fā)揮其功能。人們不希望發(fā)生這種情況，通常將儀表安裝在沒(méi)有振動(dòng)的管線上。如果傳感器在以一定的固有頻率振動(dòng)的環(huán)境下工作，那么就會(huì)產(chǎn)生測(cè)量誤差，儀表對(duì)振動(dòng)的環(huán)境非常敏感。因此有必要把傳感器通過(guò)固定的方式與振動(dòng)源隔離開(kāi)來(lái)，盡量避免很多傳感器安裝在同一管線上，因?yàn)橥恍吞?hào)和同一尺寸的傳感器以非常類似的頻率運(yùn)行，傳感器會(huì)通過(guò)管線傳遞足夠的能量，導(dǎo)致產(chǎn)生測(cè)量誤差。

2.2 含氣量的影響

在傳感器里的氣液混合物往往是人們?nèi)菀缀雎缘膯?wèn)題。氣液兩相的結(jié)合緩沖了儀表的振動(dòng)，但要求驅(qū)動(dòng)線路輸出更多的能量來(lái)保持流量管的振動(dòng)。由于傳感器本身安全的限制，供給驅(qū)動(dòng)管的電流大小也受到限制。一旦儀表發(fā)生了這種現(xiàn)象，儀表將無(wú)法測(cè)量。為了使儀表能正常發(fā)揮作用，須使流量管振動(dòng)起來(lái)，否則會(huì)引起被人們所忽略的測(cè)量誤差。

質(zhì)量流量計(jì)受氣體的影響，估計(jì)在氣體的體積分?jǐn)?shù)大于等于5%時(shí)，流量計(jì)開(kāi)始出現(xiàn)誤差，當(dāng)氣體所占的體積分?jǐn)?shù)在10%~20%之間時(shí)，振動(dòng)管會(huì)停止振動(dòng)，HKC質(zhì)量流量計(jì)幾乎無(wú)法測(cè)量。因此在用質(zhì)量流量計(jì)測(cè)量汽油時(shí)應(yīng)避免發(fā)生汽化現(xiàn)象，保持管道內(nèi)有一定的壓力。

3 儀表零點(diǎn)的校準(zhǔn)方法和影響零點(diǎn)的因素

3.1 儀表零點(diǎn)的校準(zhǔn)方法

在質(zhì)量流量計(jì)運(yùn)行以前，在沒(méi)有物流流動(dòng)的條件下，須確定兩個(gè)探測(cè)器之間的基準(zhǔn)偏移，這個(gè)過(guò)程稱為校零點(diǎn)。雖然沒(méi)有物流流動(dòng)，但是在兩個(gè)探測(cè)器之問(wèn)存在一小△t，這個(gè)小△t是零點(diǎn)漂移的主要因素，為了消除零點(diǎn)漂移，須具備下列條件：① 傳感器須充滿液體；② 傳感器須正確地安裝在管線上；③ 當(dāng)校零點(diǎn)時(shí)，傳感器下游的閥門必須關(guān)閉，以確保沒(méi)有流體通過(guò)傳感器；④ 如果有必要的話，須把儀表與其它流量干擾源隔離開(kāi)來(lái)，這可以通過(guò)關(guān)閉上游的閘門來(lái)解決。

校零是通過(guò)按變送器內(nèi)的鍵開(kāi)始的，測(cè)量?jī)蓚€(gè)探測(cè)器之間的時(shí)間差，變送器把時(shí)間差△t和零值，儲(chǔ)存在寄存器內(nèi)，從隨后的△t中減去它們。雖然儀表進(jìn)行了校零，但零點(diǎn)測(cè)量時(shí)，仍然存在剩余偏差，這些偏差是由于電子元件的性能所產(chǎn)生的，這些微小的剩余偏差被定義為“穩(wěn)定偏移”或是“零點(diǎn)偏移”。

零點(diǎn)偏移的大小取決于變送器和傳感器的設(shè)計(jì)，從HKC質(zhì)量流量計(jì)的不確定度的等式，零點(diǎn)偏移對(duì)儀表流量測(cè)量的影響就不難理解了。

不確定度=基本準(zhǔn)確度+（零點(diǎn)偏移/流速）×100 （3）

從等式（3）可以看到，質(zhì)量流速的減小將在總不確定度中增加零點(diǎn)偏移對(duì)儀表準(zhǔn)確度的影響，比在滿量程時(shí)的流速要大。

3.2 管道應(yīng)力對(duì)零點(diǎn)的影響

如果管道不對(duì)中，或管道溫度發(fā)生了變化，那么管道應(yīng)力就會(huì)影響HKC質(zhì)量流量計(jì)，這種情況能引起壓力、拉力、扭曲力，并施加于傳感器。這些力能使兩個(gè)流量管不對(duì)中，導(dǎo)致兩個(gè)探測(cè)器不對(duì)稱。兩個(gè)探測(cè)器位置的改變將改變零點(diǎn)。HKC質(zhì)量流量計(jì)安裝和重新移動(dòng)位置時(shí)須校準(zhǔn)零點(diǎn)。為了減小管道應(yīng)力變化的影響，儀表設(shè)計(jì)人員常常在管線的軸線上安裝重力流管。

3.3 溫度對(duì)零點(diǎn)的影響

溫度對(duì)儀表零點(diǎn)影響的機(jī)理現(xiàn)在還沒(méi)有完全明白，但是主要原理是溫度改變了流量管的應(yīng)力，應(yīng)力的變化能導(dǎo)致兩個(gè)探測(cè)器之間的位置發(fā)生變化。溫度對(duì)儀表零點(diǎn)的影響因表而異，人們希望溫度影響應(yīng)力，因?yàn)闇囟葘?duì)零點(diǎn)的影響不容易補(bǔ)償。通常有三種方式可以降低溫度對(duì)儀表零點(diǎn)的影響。

（1）選擇儀表時(shí)，盡量在流速的上限運(yùn)行，這樣零點(diǎn)的影響相對(duì)少一些。

（2）當(dāng)溫度變化大于等于10℃時(shí)應(yīng)重新校零。

（3）在不同的溫度下，確定溫度改變值，用內(nèi)部的計(jì)算機(jī)對(duì)流量指示值進(jìn)行修正。

3.4 密度對(duì)零點(diǎn)的影響

流體密度的變化，可使流量測(cè)量時(shí)質(zhì)量發(fā)生變化，由此能改變傳感器的質(zhì)量平衡，導(dǎo)致不對(duì)稱。造成兩個(gè)探測(cè)器基準(zhǔn)偏差的變化。與溫度影響一樣，下列三種方式可以降低度對(duì)儀表零點(diǎn)的影響

（1）選擇儀表時(shí)，盡量在流速的上限運(yùn)行，密度對(duì)零點(diǎn)的影響可忽略不計(jì)。

（2）如果密度變化了應(yīng)重新校零。

（3）不同的流體，確定其零點(diǎn)改變值，可用內(nèi)部的計(jì)算機(jī)進(jìn)行密度修正。

4 溫度和壓力變化對(duì)測(cè)量的影響

流體特性的變化將影響振動(dòng)管的鋼度和柔軟性，在質(zhì)量流速不變的條件下，溫度和壓力的變化將改變流量管的鋼度，從而改變流量管兩邊的△t。因?yàn)橘|(zhì)量流速?zèng)]有改變，所以將造成測(cè)量誤差，不過(guò)溫度和壓力的影響是系統(tǒng)誤差，在儀表測(cè)量時(shí)能夠消除掉。

4.1 溫度變化的影響

當(dāng)溫度升高時(shí)，流量管的材料變得越來(lái)越柔軟，當(dāng)溫度降低時(shí)，流量管的材料將變得越來(lái)越硬。在一定質(zhì)量流速的條件下，流量管隨溫度的升高，將更加柔軟，造成了流量管偏移和質(zhì)量流速的增加。此外，溫度的增加也將使振蕩管的頻率降低，造成密度值增加。可把裝在流量管上的熱敏電阻測(cè)量的溫度，輸入到變送器上，來(lái)修正溫度變化造成的影響。流量管的材料不同，溫度對(duì)質(zhì)量流速和密度的影響不同，所以流量計(jì)都有溫度補(bǔ)償。

4.2 壓力變化的影響

當(dāng)壓力升高時(shí)，流量管的材料將變得越來(lái)越堅(jiān)硬，使流量管更難以振動(dòng)。在質(zhì)量流速不變的條件下，單方面地增加壓力，可使流量管的偏移變小，造成儀表的示值比真實(shí)的流速要低。對(duì)于密度的測(cè)量，壓力的增加會(huì)使流量管振動(dòng)的頻率增加，造成示值降低。流量管的厚度、直徑、幾何尺寸、材料決定著壓力對(duì)傳感器影響的大小。儀表的口徑越大，壓力的影響就越大，因?yàn)檩^薄的流量管將減小傳感器產(chǎn)生的信號(hào)。如果傳感器非常敏感，由安裝在儀表下游的補(bǔ)償器對(duì)壓力的影響進(jìn)行補(bǔ)償。對(duì)流量和密度進(jìn)行修正的修正因子和來(lái)自壓力補(bǔ)償器的信號(hào)輸入到變送器內(nèi)，對(duì)壓力變化進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償。如果整個(gè)過(guò)程的壓力保持不變，標(biāo)定因子能夠抵消工作壓力的影響，而不用在線的壓力補(bǔ)償。

5 質(zhì)量流量計(jì)在石油測(cè)量中的其它應(yīng)用

5.1 不含氣原油的測(cè)量

質(zhì)量流量計(jì)既能測(cè)量密度又能測(cè)量流速，還能進(jìn)行一些獨(dú)特的計(jì)算。不含油氣的測(cè)量是通過(guò)測(cè)量密度，儀表可以確定井口油流中油和水的百分?jǐn)?shù)，再結(jié)合流量測(cè)量就可以確定純凈的石油產(chǎn)量。既然HKC質(zhì)量流量計(jì)沒(méi)有內(nèi)部結(jié)構(gòu)，因此流體的砂或者其它一些固體顆粒能夠順利通過(guò)傳感器而不損壞傳感器。如果井口油流含氣，就須使用分離器分離流體內(nèi)的氣體，以防止密度和流量測(cè)量時(shí)準(zhǔn)確度降低。

5.2 壓縮天然氣的測(cè)量

質(zhì)量流量計(jì)能夠測(cè)量液體也能夠測(cè)量壓縮天然氣，但是測(cè)量壓縮天然氣時(shí)小需要0.7MPa的壓力，以保證壓縮天然氣有足夠的質(zhì)量流速通過(guò)傳感器，HKC質(zhì)量流量計(jì)只適合于測(cè)量管道內(nèi)的壓縮天然氣。

5.3 液化石油氣、乙烯、輕質(zhì)油的測(cè)量

質(zhì)量流量計(jì)也可以測(cè)量液化石油氣、乙烯和輕質(zhì)油，和測(cè)量壓縮天然氣的情況一樣同樣需要管道內(nèi)有不小于0.7MPa的壓力，保證沒(méi)有氣體分離出來(lái)。

6 結(jié)語(yǔ)

上海自動(dòng)化儀表有限公司質(zhì)量流量計(jì)具有非常重要的特性，適合于石油工業(yè)的原油計(jì)量，特別適合石油庫(kù)成品油的計(jì)量。使用一臺(tái)流量計(jì)，就不用再安裝體積儀表、密度計(jì)、流量計(jì)算機(jī)，流量計(jì)是集測(cè)量流量、溫度、密度為一體的一種流量?jī)x表。因?yàn)榱髁坑?jì)內(nèi)部無(wú)可動(dòng)部件，所以即使介質(zhì)的潤(rùn)滑性能較差，也不受影響，維修工作量小，但是這篇章中所描述的各種影響素都不同程度地影響著流量計(jì)。