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)沒有物流通過時(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固定的方式與振動(dòng)源隔離開來(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)菀缀雎缘膯栴}。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)過程稱為校零點(diǎn)。雖然沒有物流流動(dòng)，但是在兩個(gè)探測(cè)器之問存在一小△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，以確保沒有流體通過傳感器；④ 如果有必要的話，須把儀表與其它流量干擾源隔離開來(lái)，這可以通過關(guān)閉上游的閘門來(lái)解決。

校零是通過按變送器內(nèi)的鍵開始的，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?？砂蜒b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)。