質(zhì)量流量計產(chǎn)生誤差的原因分析與調整
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(diǎn)，在行業(yè)內得到了普遍認可。某公司鐵路裝車(chē)棧臺共有200臺質(zhì)量流量計，計量精度為0.15級，擔負著(zhù)成品油、苯系物、液化氣等產(chǎn)品裝車(chē)過(guò)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(chē)棧臺質(zhì)量流量計的計量結果作為貿易結算依據供給用戶(hù)，質(zhì)量流量計的貿易結算避免了從裝車(chē)過(guò)程到過(guò)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(xiàn)內某一點(diǎn)位的流體物質(zhì)按一定速度運動(dòng)時(shí)，當其運動(dòng)方向改變后，此點(diǎn)位的流體物質(zhì)仍有保持原有運動(dòng)方向的趨勢，并產(chǎn)生一個(gè)力，這個(gè)力的大小根據物理定律與該流體物質(zhì)的質(zhì)量有正比關(guān)系。質(zhì)量流量是一種最理想、最準確表示物質(zhì)的量的方法，過(guò)程控制大部分以質(zhì)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(dòng)即可改變內部介質(zhì)運行方向，同時(shí)經(jīng)測量同樣可產(chǎn)生科里奧利力，因而可通過(guò)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(guò)介質(zhì)的質(zhì)量。
科里奧利質(zhì)量流量計一般由振動(dòng)管、轉換器和顯示器組成。振動(dòng)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(yè)的裝車(chē)棧臺大多采用Ｕ形管質(zhì)量流量計作為貿易結算依據。Ｕ形管質(zhì)量流量計見(jiàn)圖１。
Ｕ形管的兩個(gè)開(kāi)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，用于驅動(dòng)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(dòng)。Ｕ形管的振動(dòng)迫使管中介質(zhì)流體在沿管道流動(dòng)的同時(shí)又隨管道作垂直運動(dòng)；此時(shí)介質(zhì)流體將受到科氏力的作用，同時(shí)以反作用力作用于Ｕ形管。由于介質(zhì)流體在Ｕ形管兩側的流動(dòng)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(gè)力矩的作用，管端繞Ｒ－Ｒ軸扭轉而產(chǎn)生扭轉變形，該變形量的大小與通過(guò)流量計的質(zhì)量流量確定。因此，測得這個(gè)變形量，即可測得管內流體的質(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，意為每產(chǎn)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(shí)的相差；ＦＴＣ為常數，即溫度變化１００℃時(shí)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(shí)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(diǎn)、斜率、溫度、含氣、堵塞、掛壁、機械振動(dòng)和電磁干擾等。
2.1 零點(diǎn)影響
2.1.1 零點(diǎn)漂移
振動(dòng)管是質(zhì)量流量計的檢測單元，大多都采用雙管式的構造。振動(dòng)管在驅動(dòng)單元的作用下，振動(dòng)管兩管發(fā)生振動(dòng)。由于兩管在制造加工工序過(guò)程中存在的些微差異（如焊接或螺釘連接等），以及振動(dòng)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(dòng)管機械振動(dòng)的不對稱(chēng)。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(shí)，管體結構的不平衡便會(huì )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(huì )產(chǎn)生熱脹冷縮現象，造成流量傳輸異常。同時(shí)，流量計在安裝過(guò)程中由于人為安裝所帶來(lái)的安裝應力等因素變化也會(huì )導致即使測量管內的液體是靜止狀態(tài)，也能帶來(lái)不確定的相位差，造成零點(diǎn)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(wèn)題或者電磁干擾等引起。②從驅動(dòng)反饋電壓入手，如兩路反饋差值大，在確保電纜連接無(wú)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(wèn)題
①質(zhì)量流量計需要滿(mǎn)管計量，在流量管未充滿(mǎn)或介質(zhì)出現兩相流時(shí)會(huì )導致流量和密度測量值波動(dòng)較大，流量計會(huì )給出報警信息，此時(shí)帶來(lái)的測量誤差無(wú)規律。②質(zhì)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(lái)操作流量過(guò)大或過(guò)小，背壓不足、介質(zhì)汽化等問(wèn)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，是需要單獨標定的因數?，F場(chǎng)更換變送器或者配對錯誤，都會(huì )引起計量誤差。斜率被更改，有的甚至改為０，這樣肯定會(huì )引起流量誤差大或沒(méi)有流量。
2.3 工藝溫度
工藝溫度的變化會(huì )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(chē)臺１臺Ｐ８０流量計出現流量波動(dòng)大，經(jīng)檢查是氣溫低造成變送器啟震線(xiàn)松，緊固后恢復正常。
2.4 含氣
工藝管線(xiàn)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(xiàn)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(chē)時(shí)，由于介質(zhì)組分輕，加上閥門(mén)、法蘭處可能有泄漏現象，使管線(xiàn)內夾帶有氣體，個(gè)別鶴位裝車(chē)閥打開(kāi)后還沒(méi)有開(kāi)泵，就出現１～２ｔ／ｈ小流量，如果不及時(shí)清除，會(huì )造成流量計走虛量，使實(shí)際槽車(chē)裝車(chē)量欠量。
2.5 超量程范圍
①以汽油裝車(chē)計量為例，棧臺單鶴位管徑ＤＮ１００，瞬時(shí)流量達到１５０ｔ／ｈ及以上時(shí)，根據密度計算其流速超過(guò)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(yè)鐵路裝車(chē)棧臺，裝車(chē)鶴位打開(kāi)數量太多或鶴管下不到底及產(chǎn)生虛量、小流量時(shí)，最低流量?jì)H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(diǎn)校準
①零點(diǎn)校準是流量計一種重要的常規操作。一般分為首次安裝時(shí)的零點(diǎn)校準和流量計檢維修零點(diǎn)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(dòng)和被拆卸后，都要進(jìn)行重零點(diǎn)標定以保證流量計數據可靠。流量計的零點(diǎn)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(gè)穩定狀態(tài)（正常溫度±１０℃）。流量計的零點(diǎn)標定要求整個(gè)標定期間傳感器管束內充滿(mǎn)靜止態(tài)介質(zhì)流體。零點(diǎn)校準過(guò)程中出現的介質(zhì)溫度細微變化和管內有微小流量或者有少量非同相介質(zhì)，都將影響零點(diǎn)校準結果，從而影響測量精度。②零點(diǎn)校準時(shí)，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(dòng)。③記錄流量計零點(diǎn)值、工作條件及環(huán)境條件參數。④每次零點(diǎn)檢查應測量３次零點(diǎn)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(gè)數據：質(zhì)流、溫度、密度、零點(diǎn)和均流等，溫度和密度需要介質(zhì)真實(shí)一致，零點(diǎn)和均流在介質(zhì)不流動(dòng)時(shí)應基本一致。②對在用流量計經(jīng)常檢查，主要檢查傳感器、變送器線(xiàn)路是否虛接、松動(dòng)，及時(shí)緊固。③仿真４～２０ｍＡ信號，確認現場(chǎng)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(zhì)量流量計，要檢查傳感器和變送器配對情況。⑤檢查斜率，檢查表內斜率和銘牌斜率是否一致。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％，最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用設定溫度校正系數的方法來(lái)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(chǎng)時(shí)，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(zhì)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(chǎng)如果溫度較高的儀表出現誤差時(shí)，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(yōu)化工藝操作
①裝車(chē)作業(yè)從工藝管線(xiàn)末端開(kāi)始，輸油泵開(kāi)泵后，介質(zhì)先流向管線(xiàn)末端，消除管線(xiàn)內氣泡，保證工藝管線(xiàn)充滿(mǎn)液體介質(zhì)。②根據流量計投用數量控制好總流量、單車(chē)瞬時(shí)量。以汽油裝車(chē)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(kāi)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。
結論
為實(shí)現進(jìn)一步精確計量，質(zhì)量流量計貿易結算已經(jīng)成為目前煉化企業(yè)的主要計量趨勢，并且在實(shí)際生產(chǎn)中發(fā)揮著(zhù)越來(lái)越大的作用。企業(yè)用戶(hù)應根據計量介質(zhì)、工況等選擇合適的質(zhì)量流量計。從近幾年現場(chǎng)質(zhì)量流量計的應用情況來(lái)看，該公司火車(chē)裝車(chē)用質(zhì)量流量計主要問(wèn)題集中在零點(diǎn)漂移、冬夏季室外溫度影響以及顯示板故障三個(gè)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、結構及運行所需條件，從現象到原因產(chǎn)生，逐步進(jìn)行排查，總能找到故障點(diǎn)，從而順利解決現場(chǎng)的疑難問(wèn)題。
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