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质量流量计产生误差的原因分析与调整

点击次数:256 发布时间:2024-02-19 09:33:27

科里奥利质量流量计是一种在石油化工领域中得到广泛应用的质量流量计,具有计量准确度高、运行温度可靠的特点,在行业内得到了普遍认可。某公司铁路装车栈台共有200台质量流量计,计量精度为0.15级,担负着成品油、苯系物、液化气等产品装车过程中的计量工作。2013年起,该公司生产的汽油、柴油、煤油三大品种逐步采用装车栈台质量流量计的计量结果作为贸易结算依据供给用户,质量流量计的贸易结算避免了从装车过程到过轨道计量衡期间的油品挥发损耗,提高了公司的计量经济效益。


科里奥利质量流量计

科里奥利质量流量计也叫科氏力流量计(下同),是一种直接式质量流量计,可直接反映流体介质的质量流量值。它的工作原理是指管线内某一点位的流体物质按一定速度运动时,当其运动方向改变后,此点位的流体物质仍有保持原有运动方向的趋势,并产生一个力,这个力的大小根据物理定律与该流体物质的质量有正比关系。质量流量是一种最理想、最准确表示物质的量的方法,过程控制大部分以质量为基准,可测导电或非导电、非牛顿流体,如浆液等。让测量管在一定范围内高速往复振动即可改变内部介质运行方向,同时经测量同样可产生科里奥利力,因而可通过测量克里奥利力对测量管作用后所产生的微型形变而测量流过介质的质量。

科里奥利质量流量计一般由振动管、转换器和显示器组成。振动管是流量计的测量管道,是流量计的核心组成部分,是一种非常敏感的元器件。它的形状主要有U形、直管形。测量管数量大多是单管式和双管式,虽然形状各异、数量不同,但测量的基本原理相同。在石油化工行业的装车栈台大多采用U形管质量流量计作为贸易结算依据。U形管质量流量计见图1。

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U形管的两个开口端固定,介质流体由此入口流入和出口流出。U形管顶端装有电磁激振装置,用于驱动U形管,使其垂直于U形管所在平面的方向,以O-O为轴按固有频率振动。U形管的振动迫使管中介质流体在沿管道流动的同时又随管道作垂直运动;此时介质流体将受到科氏力的作用,同时以反作用力作用于U形管。由于介质流体在U形管两侧的流动方向相反,所以作用于U形管两侧的科氏力大小相等,方向相反;从而使U形管受到一个力矩的作用,管端绕R-R轴扭转而产生扭转变形,该变形量的大小与通过流量计的质量流量确定。因此,测得这个变形量,即可测得管内流体的质量流量。科里奥利质量流量计的计算公式可用下式表示。

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式中:FC为标定常数,意为每产生1μs相差所对应的流量;△t为相位差;Kn为传感器在流量为零时的相差;FTC为常数,即温度变化100℃时由于流量管刚性变化而引起的流量百分比误差;TD为测量管的实测温度。


误差原因

影响质量流量计计量精度的因素主要有:零点、斜率、温度、含气、堵塞、挂壁、机械振动和电磁干扰等。

2.1 零点影响

2.1.1 零点漂移

振动管是质量流量计的检测单元,大多都采用双管式的构造。振动管在驱动单元的作用下,振动管两管发生振动。由于两管在制造加工工序过程中存在的些微差异(如焊接或螺钉连接等),以及振动管本身存在的结构刚度、双管谐振频率的不一致和材料的内衰减等因素,造成了振动管机械振动的不对称。所以当介质流体的物理指标,如流量和黏度等发生变化时,管体结构的不平衡便会造成流量计的零位产生漂移。

受室外环境温度影响,测量管和测量元件会产生热胀冷缩现象,造成流量传输异常。同时,流量计在安装过程中由于人为安装所带来的安装应力等因素变化也会导致即使测量管内的液体是静止状态,也能带来不确定的相位差,造成零点漂移。


2.1.2 仪表故障

①输入同一路信号,查看变送器零位是否正常。如果变送器零位不正常,则可能由于变送器本身问题或者电磁干扰等引起。②从驱动反馈电压入手,如两路反馈差值大,在确保电缆连接无误的情况下,基本上可以确认传感器存在故障。


2.1.3  工艺问题

①质量流量计需要满管计量,在流量管未充满或介质出现两相流时会导致流量和密度测量值波动较大,流量计会给出报警信息,此时带来的测量误差无规律。②质量流量计运行工况与设计工况偏差较大。由于工艺负荷变化带来操作流量过大或过小,背压不足、介质汽化等问题。


2.2 斜率

每一台流量计传感器的斜率都是固定的,是直接和流量相关的参数,是需要单独标定的因数。现场更换变送器或者配对错误,都会引起计量误差。斜率被更改,有的甚至改为0,这样肯定会引起流量误差大或没有流量。


2.3 工艺温度

工艺温度的变化会引起敏感管刚度的变化,改变传感器、变送器的工作状态。2021年冬季,某装车台1台P80流量计出现流量波动大,经检查是气温低造成变送器启震线松,紧固后恢复正常。


2.4 含气

工艺管线含气主要影响敏感管的质量分布,扰乱了敏感管正常的工作状态,从而使计量出现偏差。

①参考密度值。如果密度明显偏低,含气可能性比较大,密度明显偏高,变送器接线松的可能性比较大。②了解工艺介质。夏季,石脑油、汽油装车时,由于介质组分轻,加上阀门、法兰处可能有泄漏现象,使管线内夹带有气体,个别鹤位装车阀打开后还没有开泵,就出现1~2t/h小流量,如果不及时清除,会造成流量计走虚量,使实际槽车装车量欠量。


2.5 超量程范围

①以汽油装车计量为例,栈台单鹤位管径DN100,瞬时流量达到150t/h及以上时,根据密度计算其流速超过7m/s,明显偏高,造成流量计计量精度和重复性都不好。②石化企业铁路装车栈台,装车鹤位打开数量太多或鹤管下不到底及产生虚量、小流量时,最低流量仅为3~4t/h,明显超出其测量范围,所以造成计量误差。


对策

3.1 正确零点校准

①零点校准是流量计一种重要的常规操作。一般分为首次安装时的零点校准和流量计检维修零点校准。新的流量计第一次安装后以及流量计传感器在出现维修、移动和被拆卸后,都要进行重零点标定以保证流量计数据可靠。流量计的零点校准一般都要在流量计稳定运行至少30min,以便流量计内戒指温度保持在一个稳定状态(正常温度±10℃)。流量计的零点标定要求整个标定期间传感器管束内充满静止态介质流体。零点校准过程中出现的介质温度细微变化和管内有微小流量或者有少量非同相介质,都将影响零点校准结果,从而影响测量精度。②零点校准时,要保证流量计处于运行压力和温度下,且待测介质不流动。③记录流量计零点值、工作条件及环境条件参数。④每次零点检查应测量3次零点值。


3.2 加强日常维护

①维护人员经常检查记录变送器显示各个数据:质流、温度、密度、零点和均流等,温度和密度需要介质真实一致,零点和均流在介质不流动时应基本一致。②对在用流量计经常检查,主要检查传感器、变送器线路是否虚接、松动,及时紧固。③仿真4~20mA信号,确认现场流量计显示与DCS系统显示是否一致。④对于新投用或者校验后的质量流量计,要检查传感器和变送器配对情况。⑤检查斜率,检查表内斜率和铭牌斜率是否一致。⑥查看修正因子。曾经有一台测石脑油的质量流量计,计量相差20%,最后检查修正因子为其他介质的修正因子。后期查证为人员误操作造成。⑦用设定温度校正系数的方法来解决对传感管材质刚度的影响。一般质量流量计在出厂时,都给了温度补偿系数,有些是在配套的表中设好的。温度升高,测量管材质刚性降低,振幅增大,相位差增大,修正向负向修正。最新温度补偿为4.25,表示温度每上升100℃对流量影响的百分比。建议现场如果温度较高的仪表出现误差时,需要考虑更改为4.25,但要将斜率根据温度补偿系数做相应更改。


3.3 优化工艺操作

①装车作业从工艺管线末端开始,输油泵开泵后,介质先流向管线末端,消除管线内气泡,保证工艺管线充满液体介质。②根据流量计投用数量控制好总流量、单车瞬时量。以汽油装车为例,一台输油泵流量为300t/h,质量流量计投用5台为宜,如果开两台泵,输油泵流量达到约500t/h,质量流量计投用8~10台为宜,保持单鹤位流量计工作流量在50~70t/h,流速控制在2~3m/s。


结论

为实现进一步精确计量,质量流量计贸易结算已经成为目前炼化企业的主要计量趋势,并且在实际生产中发挥着越来越大的作用。企业用户应根据计量介质、工况等选择合适的质量流量计。从近几年现场质量流量计的应用情况来看,该公司火车装车用质量流量计主要问题集中在零点漂移、冬夏季室外温度影响以及显示板故障三个方面,故障的产生都是有其原因的,使用单位及维护人员只要明确质量流量计的工作原理、结构及运行所需条件,从现象到原因产生,逐步进行排查,总能找到故障点,从而顺利解决现场的疑难问题。

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