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質量流量計產生誤差的原因分析與調整

點擊次數:169 發布時間:2024-02-19 09:33:27

科里奧利質量流量計是一種在石油化工領域中得到廣泛應用的質量流量計,具有計量準確度高、運行溫度可靠的特點,在行業內得到了普遍認可。某公司鐵路裝車棧臺共有200臺質量流量計,計量精度為0.15級,擔負著成品油、苯系物、液化氣等產品裝車過程中的計量工作。2013年起,該公司生產的汽油、柴油、煤油三大品種逐步采用裝車棧臺質量流量計的計量結果作為貿易結算依據供給用戶,質量流量計的貿易結算避免了從裝車過程到過軌道計量衡期間的油品揮發損耗,提高了公司的計量經濟效益。


科里奧利質量流量計

科里奧利質量流量計也叫科氏力流量計(下同),是一種直接式質量流量計,可直接反映流體介質的質量流量值。它的工作原理是指管線內某一點位的流體物質按一定速度運動時,當其運動方向改變后,此點位的流體物質仍有保持原有運動方向的趨勢,并產生一個力,這個力的大小根據物理定律與該流體物質的質量有正比關系。質量流量是一種最理想、最準確表示物質的量的方法,過程控制大部分以質量為基準,可測導電或非導電、非牛頓流體,如漿液等。讓測量管在一定范圍內高速往復振動即可改變內部介質運行方向,同時經測量同樣可產生科里奧利力,因而可通過測量克里奧利力對測量管作用后所產生的微型形變而測量流過介質的質量。

科里奧利質量流量計一般由振動管、轉換器和顯示器組成。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。測量管數量大多是單管式和雙管式,雖然形狀各異、數量不同,但測量的基本原理相同。在石油化工行業的裝車棧臺大多采用U形管質量流量計作為貿易結算依據。U形管質量流量計見圖1。

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U形管的兩個開口端固定,介質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流體在沿管道流動的同時又隨管道作垂直運動;此時介質流體將受到科氏力的作用,同時以反作用力作用于U形管。由于介質流體在U形管兩側的流動方向相反,所以作用于U形管兩側的科氏力大小相等,方向相反;從而使U形管受到一個力矩的作用,管端繞R-R軸扭轉而產生扭轉變形,該變形量的大小與通過流量計的質量流量確定。因此,測得這個變形量,即可測得管內流體的質量流量??评飱W利質量流量計的計算公式可用下式表示。

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式中:FC為標定常數,意為每產生1μs相差所對應的流量;△t為相位差;Kn為傳感器在流量為零時的相差;FTC為常數,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

振動管是質量流量計的檢測單元,大多都采用雙管式的構造。振動管在驅動單元的作用下,振動管兩管發生振動。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構剛度、雙管諧振頻率的不一致和材料的內衰減等因素,造成了振動管機械振動的不對稱。所以當介質流體的物理指標,如流量和黏度等發生變化時,管體結構的不平衡便會造成流量計的零位產生漂移。

受室外環境溫度影響,測量管和測量元件會產生熱脹冷縮現象,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力等因素變化也會導致即使測量管內的液體是靜止狀態,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質量流量計需要滿管計量,在流量管未充滿或介質出現兩相流時會導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律。②質量流量計運行工況與設計工況偏差較大。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,是直接和流量相關的參數,是需要單獨標定的因數?,F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。2021年冬季,某裝車臺1臺P80流量計出現流量波動大,經檢查是氣溫低造成變送器啟震線松,緊固后恢復正常。


2.4 含氣

工藝管線含氣主要影響敏感管的質量分布,擾亂了敏感管正常的工作狀態,從而使計量出現偏差。

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。夏季,石腦油、汽油裝車時,由于介質組分輕,加上閥門、法蘭處可能有泄漏現象,使管線內夾帶有氣體,個別鶴位裝車閥打開后還沒有開泵,就出現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性都不好。②石化企業鐵路裝車棧臺,裝車鶴位打開數量太多或鶴管下不到底及產生虛量、小流量時,最低流量僅為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操作。一般分為首次安裝時的零點校準和流量計檢維修零點校準。新的流量計第一次安裝后以及流量計傳感器在出現維修、移動和被拆卸后,都要進行重零點標定以保證流量計數據可靠。流量計的零點校準一般都要在流量計穩定運行至少30min,以便流量計內戒指溫度保持在一個穩定狀態(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充滿靜止態介質流體。零點校準過程中出現的介質溫度細微變化和管內有微小流量或者有少量非同相介質,都將影響零點校準結果,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,且待測介質不流動。③記錄流量計零點值、工作條件及環境條件參數。④每次零點檢查應測量3次零點值。


3.2 加強日常維護

①維護人員經常檢查記錄變送器顯示各個數據:質流、溫度、密度、零點和均流等,溫度和密度需要介質真實一致,零點和均流在介質不流動時應基本一致。②對在用流量計經常檢查,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,確認現場流量計顯示與DCS系統顯示是否一致。④對于新投用或者校驗后的質量流量計,要檢查傳感器和變送器配對情況。⑤檢查斜率,檢查表內斜率和銘牌斜率是否一致。⑥查看修正因子。曾經有一臺測石腦油的質量流量計,計量相差20%,最后檢查修正因子為其他介質的修正因子。后期查證為人員誤操作造成。⑦用設定溫度校正系數的方法來解決對傳感管材質剛度的影響。一般質量流量計在出廠時,都給了溫度補償系數,有些是在配套的表中設好的。溫度升高,測量管材質剛性降低,振幅增大,相位差增大,修正向負向修正。最新溫度補償為4.25,表示溫度每上升100℃對流量影響的百分比。建議現場如果溫度較高的儀表出現誤差時,需要考慮更改為4.25,但要將斜率根據溫度補償系數做相應更改。


3.3 優化工藝操作

①裝車作業從工藝管線末端開始,輸油泵開泵后,介質先流向管線末端,消除管線內氣泡,保證工藝管線充滿液體介質。②根據流量計投用數量控制好總流量、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。


結論

為實現進一步精確計量,質量流量計貿易結算已經成為目前煉化企業的主要計量趨勢,并且在實際生產中發揮著越來越大的作用。企業用戶應根據計量介質、工況等選擇合適的質量流量計。從近幾年現場質量流量計的應用情況來看,該公司火車裝車用質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,故障的產生都是有其原因的,使用單位及維護人員只要明確質量流量計的工作原理、結構及運行所需條件,從現象到原因產生,逐步進行排查,總能找到故障點,從而順利解決現場的疑難問題。

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