質(zhì)量流量計在成品油交接中的應用

上海自動(dòng)化儀表有限公司質(zhì)量流量計也稱(chēng)流量計，近年來(lái)，廣泛應用于石化工業(yè)對流量的測量，特別是對成品油的計量。它屬于直接式質(zhì)量流量計，其計量精度一般在0.1%-0.2%之間，流量計有CMF10~CMF400七種型號可供選擇，流量范圍在0~409t/h之間，達到用于成品油貿易結算的要求，且性能穩定。這種流量計集流量測量、溫度測量、密度測量于一體，內部沒(méi)有可動(dòng)部件，可以很方便地測出成品油的密度、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，而體積測量須把測量的體積修正到標準條件下；石油工業(yè)通常以“噸（t）”作為石油計量的基本單位，而成品油通常以“升（L）”為基本單位，流量計可以很方便地實(shí)現計量單位的轉換。因此流量計在我國成品油領(lǐng)域中得到廣泛應用。

1 質(zhì)量流量計的工作原理

1.1 質(zhì)量測量

質(zhì)量流量計主要由傳感器和變送器兩大部分組成。

典型的質(zhì)量流量計傳感器主要由流量管、驅動(dòng)線(xiàn)圈探測器和測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動(dòng)線(xiàn)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)口和出口的探測器進(jìn)行檢測。探測器輸出一個(gè)代表流量的正弦運動(dòng)的信號，當沒(méi)有物流通過(guò)時(shí)，入口和出口探測器輸出的信號相互重疊，當有物流通過(guò)流量管時(shí)，兩個(gè)探測器之間產(chǎn)生了一個(gè)時(shí)間差△t，當質(zhì)量流量大時(shí)，流量管變形的程度，兩個(gè)探測器信號的時(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 — 流量標定系數，g/（sμs）；

△t— 時(shí)間差，μs。

1.2 密度測量

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

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— 標定常數。

1.3 溫度測量

溫度測量是由安裝在質(zhì)量流量計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)和含氣量對質(zhì)量流量計的影響

2.1 振動(dòng)的影響

因為質(zhì)量流量計是振動(dòng)式儀表，如果質(zhì)量流量計在振動(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(xiàn)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)生測量誤差，儀表對振動(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(xiàn)上，因為同一型號和同一尺寸的傳感器以非常類(lèi)似的頻率運行，傳感器會(huì )通過(guò)管線(xiàn)傳遞足夠的能量，導致產(chǎn)生測量誤差。

2.2 含氣量的影響

在傳感器里的氣液混合物往往是人們容易忽略的問(wèn)題。氣液兩相的結合緩沖了儀表的振動(dòng)，但要求驅動(dòng)線(xiàn)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，供給驅動(dòng)管的電流大小也受到限制。一旦儀表發(fā)生了這種現象，儀表將無(wú)法測量。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量誤差。

質(zhì)量流量計受氣體的影響，估計在氣體的體積分數大于等于5%時(shí)，流量計開(kāi)始出現誤差，當氣體所占的體積分數在10%~20%之間時(shí)，振動(dòng)管會(huì )停止振動(dòng)，HKC質(zhì)量流量計幾乎無(wú)法測量。因此在用質(zhì)量流量計測量汽油時(shí)應避免發(fā)生汽化現象，保持管道內有一定的壓力。

3 儀表零點(diǎn)的校準方法和影響零點(diǎn)的因素

3.1 儀表零點(diǎn)的校準方法

在質(zhì)量流量計運行以前，在沒(méi)有物流流動(dòng)的條件下，須確定兩個(gè)探測器之間的基準偏移，這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為校零點(diǎn)。雖然沒(méi)有物流流動(dòng)，但是在兩個(gè)探測器之問(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(mǎn)液體；② 傳感器須正確地安裝在管線(xiàn)上；③ 當校零點(diǎn)時(shí)，傳感器下游的閥門(mén)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(huà)，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(mén)來(lái)解決。

校零是通過(guò)按變送器內的鍵開(kāi)始的，測量?jì)蓚€(gè)探測器之間的時(shí)間差，變送器把時(shí)間差△t和零值，儲存在寄存器內，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計，從HKC質(zhì)量流量計的不確定度的等式，零點(diǎn)偏移對儀表流量測量的影響就不難理解了。

不確定度=基本準確度+（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)偏移對儀表準確度的影響，比在滿(mǎn)量程時(shí)的流速要大。

3.2 管道應力對零點(diǎn)的影響

如果管道不對中，或管道溫度發(fā)生了變化，那么管道應力就會(huì )影響HKC質(zhì)量流量計，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)流量管不對中，導致兩個(gè)探測器不對稱(chēng)。兩個(gè)探測器位置的改變將改變零點(diǎn)。HKC質(zhì)量流量計安裝和重新移動(dòng)位置時(shí)須校準零點(diǎn)。為了減小管道應力變化的影響，儀表設計人員常常在管線(xiàn)的軸線(xiàn)上安裝重力流管。

3.3 溫度對零點(diǎn)的影響

溫度對儀表零點(diǎn)影響的機理現在還沒(méi)有完全明白，但是主要原理是溫度改變了流量管的應力，應力的變化能導致兩個(gè)探測器之間的位置發(fā)生變化。溫度對儀表零點(diǎn)的影響因表而異，人們希望溫度影響應力，因為溫度對零點(diǎn)的影響不容易補償。通常有三種方式可以降低溫度對儀表零點(diǎn)的影響。

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

（2）當溫度變化大于等于10℃時(shí)應重新校零。

（3）在不同的溫度下，確定溫度改變值，用內部的計算機對流量指示值進(jìn)行修正。

3.4 密度對零點(diǎn)的影響

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

（1）選擇儀表時(shí)，盡量在流速的上限運行，密度對零點(diǎn)的影響可忽略不計。

（2）如果密度變化了應重新校零。

（3）不同的流體，確定其零點(diǎn)改變值，可用內部的計算機進(jìn)行密度修正。

4 溫度和壓力變化對測量的影響

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。因為質(zhì)量流速沒(méi)有改變，所以將造成測量誤差，不過(guò)溫度和壓力的影響是系統誤差，在儀表測量時(shí)能夠消除掉。

4.1 溫度變化的影響

當溫度升高時(shí)，流量管的材料變得越來(lái)越柔軟，當溫度降低時(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，溫度對質(zhì)量流速和密度的影響不同，所以流量計都有溫度補償。

4.2 壓力變化的影響

當壓力升高時(shí)，流量管的材料將變得越來(lái)越堅硬，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。對于密度的測量，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(zhù)壓力對傳感器影響的大小。儀表的口徑越大，壓力的影響就越大，因為較薄的流量管將減小傳感器產(chǎn)生的信號。如果傳感器非常敏感，由安裝在儀表下游的補償器對壓力的影響進(jìn)行補償。對流量和密度進(jìn)行修正的修正因子和來(lái)自壓力補償器的信號輸入到變送器內，對壓力變化進(jìn)行自動(dòng)補償。如果整個(gè)過(guò)程的壓力保持不變，標定因子能夠抵消工作壓力的影響，而不用在線(xiàn)的壓力補償。

5 質(zhì)量流量計在石油測量中的其它應用

5.1 不含氣原油的測量

質(zhì)量流量計既能測量密度又能測量流速，還能進(jìn)行一些獨特的計算。不含油氣的測量是通過(guò)測量密度，儀表可以確定井口油流中油和水的百分數，再結合流量測量就可以確定純凈的石油產(chǎn)量。既然HKC質(zhì)量流量計沒(méi)有內部結構，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的氣體，以防止密度和流量測量時(shí)準確度降低。

5.2 壓縮天然氣的測量

質(zhì)量流量計能夠測量液體也能夠測量壓縮天然氣，但是測量壓縮天然氣時(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)量流量計只適合于測量管道內的壓縮天然氣。

5.3 液化石油氣、乙烯、輕質(zhì)油的測量

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

6 結語(yǔ)

上海自動(dòng)化儀表有限公司質(zhì)量流量計具有非常重要的特性，適合于石油工業(yè)的原油計量，特別適合石油庫成品油的計量。使用一臺流量計，就不用再安裝體積儀表、密度計、流量計算機，流量計是集測量流量、溫度、密度為一體的一種流量?jì)x表。因為流量計內部無(wú)可動(dòng)部件，所以即使介質(zhì)的潤滑性能較差，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(zhù)流量計。