質(zhì)量流量計產(chǎn)生誤差的原因分析與調(diào)整
科里奧利質(zhì)量流量計是一種在石油化工領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用的質(zhì)量流量計,具有計量準確度高、運行溫度可靠的特點,在行業(yè)內(nèi)得到了普遍認可。某公司鐵路裝車棧臺共有200臺質(zhì)量流量計,計量精度為0.15級,擔負著成品油、苯系物、液化氣等產(chǎn)品裝車過程中的計量工作。2013年起,該公司生產(chǎn)的汽油、柴油、煤油三大品種逐步采用裝車棧臺質(zhì)量流量計的計量結(jié)果作為貿(mào)易結(jié)算依據(jù)供給用戶,質(zhì)量流量計的貿(mào)易結(jié)算避免了從裝車過程到過軌道計量衡期間的油品揮發(fā)損耗,提高了公司的計量經(jīng)濟效益。
科里奧利質(zhì)量流量計
科里奧利質(zhì)量流量計也叫科氏力流量計(下同),是一種直接式質(zhì)量流量計,可直接反映流體介質(zhì)的質(zhì)量流量值。它的工作原理是指管線內(nèi)某一點位的流體物質(zhì)按一定速度運動時,當其運動方向改變后,此點位的流體物質(zhì)仍有保持原有運動方向的趨勢,并產(chǎn)生一個力,這個力的大小根據(jù)物理定律與該流體物質(zhì)的質(zhì)量有正比關(guān)系。質(zhì)量流量是一種*理想、*準確表示物質(zhì)的量的方法,過程控制大部分以質(zhì)量為基準,可測導(dǎo)電或非導(dǎo)電、非牛頓流體,如漿液等。讓測量管在一定范圍內(nèi)高速往復(fù)振動即可改變內(nèi)部介質(zhì)運行方向,同時經(jīng)測量同樣可產(chǎn)生科里奧利力,因而可通過測量克里奧利力對測量管作用后所產(chǎn)生的微型形變而測量流過介質(zhì)的質(zhì)量。
科里奧利質(zhì)量流量計一般由振動管、轉(zhuǎn)換器和顯示器組成。振動管是流量計的測量管道,是流量計的核心組成部分,是一種非常敏感的元器件。它的形狀主要有U形、直管形。測量管數(shù)量大多是單管式和雙管式,雖然形狀各異、數(shù)量不同,但測量的基本原理相同。在石油化工行業(yè)的裝車棧臺大多采用U形管質(zhì)量流量計作為貿(mào)易結(jié)算依據(jù)。U形管質(zhì)量流量計見圖1。
U形管的兩個開口端固定,介質(zhì)流體由此入口流入和出口流出。U形管頂端裝有電磁激振裝置,用于驅(qū)動U形管,使其垂直于U形管所在平面的方向,以O-O為軸按固有頻率振動。U形管的振動迫使管中介質(zhì)流體在沿管道流動的同時又隨管道作垂直運動;此時介質(zhì)流體將受到科氏力的作用,同時以反作用力作用于U形管。由于介質(zhì)流體在U形管兩側(cè)的流動方向相反,所以作用于U形管兩側(cè)的科氏力大小相等,方向相反;從而使U形管受到一個力矩的作用,管端繞R-R軸扭轉(zhuǎn)而產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形,該變形量的大小與通過流量計的質(zhì)量流量確定。因此,測得這個變形量,即可測得管內(nèi)流體的質(zhì)量流量??评飱W利質(zhì)量流量計的計算公式可用下式表示。
式中:FC為標定常數(shù),意為每產(chǎn)生1μs相差所對應(yīng)的流量;△t為相位差;Kn為傳感器在流量為零時的相差;FTC為常數(shù),即溫度變化100℃時由于流量管剛性變化而引起的流量百分比誤差;TD為測量管的實測溫度。
誤差原因
影響質(zhì)量流量計計量精度的因素主要有:零點、斜率、溫度、含氣、堵塞、掛壁、機械振動和電磁干擾等。
2.1 零點影響
2.1.1 零點漂移
振動管是質(zhì)量流量計的檢測單元,大多都采用雙管式的構(gòu)造。振動管在驅(qū)動單元的作用下,振動管兩管發(fā)生振動。由于兩管在制造加工工序過程中存在的些微差異(如焊接或螺釘連接等),以及振動管本身存在的結(jié)構(gòu)剛度、雙管諧振頻率的不一致和材料的內(nèi)衰減等因素,造成了振動管機械振動的不對稱。所以當介質(zhì)流體的物理指標,如流量和黏度等發(fā)生變化時,管體結(jié)構(gòu)的不平衡便會造成流量計的零位產(chǎn)生漂移。
受室外環(huán)境溫度影響,測量管和測量元件會產(chǎn)生熱脹冷縮現(xiàn)象,造成流量傳輸異常。同時,流量計在安裝過程中由于人為安裝所帶來的安裝應(yīng)力等因素變化也會導(dǎo)致即使測量管內(nèi)的液體是靜止狀態(tài),也能帶來不確定的相位差,造成零點漂移。
2.1.2 儀表故障
①輸入同一路信號,查看變送器零位是否正常。如果變送器零位不正常,則可能由于變送器本身問題或者電磁干擾等引起。②從驅(qū)動反饋電壓入手,如兩路反饋差值大,在確保電纜連接無誤的情況下,基本上可以確認傳感器存在故障。
2.1.3 工藝問題
①質(zhì)量流量計需要滿管計量,在流量管未充滿或介質(zhì)出現(xiàn)兩相流時會導(dǎo)致流量和密度測量值波動較大,流量計會給出報警信息,此時帶來的測量誤差無規(guī)律。②質(zhì)量流量計運行工況與設(shè)計工況偏差較大。由于工藝負荷變化帶來操作流量過大或過小,背壓不足、介質(zhì)汽化等問題。
2.2 斜率
每一臺流量計傳感器的斜率都是固定的,是直接和流量相關(guān)的參數(shù),是需要單獨標定的因數(shù)?,F(xiàn)場更換變送器或者配對錯誤,都會引起計量誤差。斜率被更改,有的甚至改為0,這樣肯定會引起流量誤差大或沒有流量。
2.3 工藝溫度
工藝溫度的變化會引起敏感管剛度的變化,改變傳感器、變送器的工作狀態(tài)。2021年冬季,某裝車臺1臺P80流量計出現(xiàn)流量波動大,經(jīng)檢查是氣溫低造成變送器啟震線松,緊固后恢復(fù)正常。
2.4 含氣
工藝管線含氣主要影響敏感管的質(zhì)量分布,擾亂了敏感管正常的工作狀態(tài),從而使計量出現(xiàn)偏差。
①參考密度值。如果密度明顯偏低,含氣可能性比較大,密度明顯偏高,變送器接線松的可能性比較大。②了解工藝介質(zhì)。夏季,石腦油、汽油裝車時,由于介質(zhì)組分輕,加上閥門、法蘭處可能有泄漏現(xiàn)象,使管線內(nèi)夾帶有氣體,個別鶴位裝車閥打開后還沒有開泵,就出現(xiàn)1~2t/h小流量,如果不及時清除,會造成流量計走虛量,使實際槽車裝車量欠量。
2.5 超量程范圍
①以汽油裝車計量為例,棧臺單鶴位管徑DN100,瞬時流量達到150t/h及以上時,根據(jù)密度計算其流速超過7m/s,明顯偏高,造成流量計計量精度和重復(fù)性都不好。②石化企業(yè)鐵路裝車棧臺,裝車鶴位打開數(shù)量太多或鶴管下不到底及產(chǎn)生虛量、小流量時,*低流量僅為3~4t/h,明顯超出其測量范圍,所以造成計量誤差。
對策
3.1 正確零點校準
①零點校準是流量計一種重要的常規(guī)操作。一般分為*次安裝時的零點校準和流量計檢維修零點校準。新的流量計*一次安裝后以及流量計傳感器在出現(xiàn)維修、移動和被拆卸后,都要進行重零點標定以保證流量計數(shù)據(jù)可靠。流量計的零點校準一般都要在流量計穩(wěn)定運行至少30min,以便流量計內(nèi)戒指溫度保持在一個穩(wěn)定狀態(tài)(正常溫度±10℃)。流量計的零點標定要求整個標定期間傳感器管束內(nèi)充滿靜止態(tài)介質(zhì)流體。零點校準過程中出現(xiàn)的介質(zhì)溫度細微變化和管內(nèi)有微小流量或者有少量非同相介質(zhì),都將影響零點校準結(jié)果,從而影響測量精度。②零點校準時,要保證流量計處于運行壓力和溫度下,且待測介質(zhì)不流動。③記錄流量計零點值、工作條件及環(huán)境條件參數(shù)。④每次零點檢查應(yīng)測量3次零點值。
3.2 加強日常維護
①維護人員經(jīng)常檢查記錄變送器顯示各個數(shù)據(jù):質(zhì)流、溫度、密度、零點和均流等,溫度和密度需要介質(zhì)真實一致,零點和均流在介質(zhì)不流動時應(yīng)基本一致。②對在用流量計經(jīng)常檢查,主要檢查傳感器、變送器線路是否虛接、松動,及時緊固。③仿真4~20mA信號,確認現(xiàn)場流量計顯示與DCS系統(tǒng)顯示是否一致。④對于新投用或者校驗后的質(zhì)量流量計,要檢查傳感器和變送器配對情況。⑤檢查斜率,檢查表內(nèi)斜率和銘*斜率是否一致。⑥查看修正因子。曾經(jīng)有一臺測石腦油的質(zhì)量流量計,計量相差20%,*后檢查修正因子為其他介質(zhì)的修正因子。后期查證為人員誤操作造成。⑦用設(shè)定溫度校正系數(shù)的方法來解決對傳感管材質(zhì)剛度的影響。一般質(zhì)量流量計在出廠時,都給了溫度補償系數(shù),有些是在配套的表中設(shè)好的。溫度升高,測量管材質(zhì)剛性降低,振幅增大,相位差增大,修正向負向修正。*新溫度補償為4.25,表示溫度每上升100℃對流量影響的百分比。建議現(xiàn)場如果溫度較高的儀表出現(xiàn)誤差時,需要考慮更改為4.25,但要將斜率根據(jù)溫度補償系數(shù)做相應(yīng)更改。
3.3 優(yōu)化工藝操作
①裝車作業(yè)從工藝管線末端開始,輸油泵開泵后,介質(zhì)先流向管線末端,消除管線內(nèi)氣泡,保證工藝管線充滿液體介質(zhì)。②根據(jù)流量計投用數(shù)量控制好總流量、單車瞬時量。以汽油裝車為例,一臺輸油泵流量為300t/h,質(zhì)量流量計投用5臺為宜,如果開兩臺泵,輸油泵流量達到約500t/h,質(zhì)量流量計投用8~10臺為宜,保持單鶴位流量計工作流量在50~70t/h,流速控制在2~3m/s。
結(jié)論
為實現(xiàn)進一步精確計量,質(zhì)量流量計貿(mào)易結(jié)算已經(jīng)成為目前煉化企業(yè)的主要計量趨勢,并且在實際生產(chǎn)中發(fā)揮著越來越大的作用。企業(yè)用戶應(yīng)根據(jù)計量介質(zhì)、工況等選擇合適的質(zhì)量流量計。從近幾年現(xiàn)場質(zhì)量流量計的應(yīng)用情況來看,該公司火車裝車用質(zhì)量流量計主要問題集中在零點漂移、冬夏季室外溫度影響以及顯示板故障三個方面,故障的產(chǎn)生都是有其原因的,使用單位及維護人員只要明確質(zhì)量流量計的工作原理、結(jié)構(gòu)及運行所需條件,從現(xiàn)象到原因產(chǎn)生,逐步進行排查,總能找到故障點,從而順利解決現(xiàn)場的疑難問題。
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