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影响质量流量计计量结果的因素
发布时间:2020-3-10 08:14:21

[摘要]质量流量计被广泛用于石油化工产品的贸易交接计量中,虽然质量流量计具有相对准确、耐用及智能化的优点,但是在实际的应用中,仍存在不少问题。如果不能正确、适当地加以解决,将影响质量流量计应用的效果。本文对影响质量流量计计量结果的因素(如检定、应力补偿、介质气化、应力等)进行了实验分析,提出了质量流量计在实际应用中应注意的事项。
1前言
  质量流量计在实际应用中会受到选型、安装、工艺条件变化、更换配件等因素的影响而导致不能准确计量,从而产生计量纠纷或造成效益流失。因此,对影响质量流量计计量结果的因素进行分析,并加以控制,使其满足质量流量计在生产实际工况下的计量条件,对质量流量计的准确计量具有重要意义。
2实验分析
  借助企业内建立的流量检定装置和相关技术力量,结合质量流量计的实际应用情况,对其计量结果的影响因素开展各种相关现场试验,评估其影响程度,找到控制方法,使相关因素对计量结果的影响降到最低,以确保质量流量计的计量准确[1]。
2.1检定[2]
  检定是保证量值溯源符合计量要求的首要环节,根据计量技术法规的要求,流量计在首次投用前必须由具备资质的检定机构检定合格才能投入使用,确保流量计的准确度符合要求,保证流量量值统一。由于现场客观条件的影响以及流量计在设计和制造过程中的工艺、材料和装配可能存在的问题,流量计在使用一段时期后,计量特性会出现变化,准确度等级下降,导致不能满足计量要求。从检定机构多年的流量计检定数据可知,有的流量计在周期检定中稳定性及重复性较好,但有的流量计在周期检定中出现超差,需要对流量系数进行调整,使示值误差符合要求,所以,为了保证流量计的准确可靠,必须对流量计进行周期检定。对于贸易交接的质量流量计,其检定周期一般都定为1年。
2.2压力变化
  质量流量计在工作时,由于介质压力的变化会造成测量管形变,压力增大时测量管膨胀,压力降低时,测量管收缩。从质量流量计的结构原理上看,测量管的变形,会对测量结果产生误差。为了掌握压力变化及压力补偿对测量结果的影响,我们进行了有关试验。受检定装置能力的限制,我们只能做0.6MPa以下的压力补偿试验。我们用扩展不确定度为0.05%的称重法标准装置,介质为清水,对两种不同型号规格的质量流量计在0.45MPa和0.6MPa的压力下进行了压力补偿效果的比对试验[3]。
2.2.1试验1
试验数据见表1~3,试验曲线图见图1~3。






  由试验1可知,在0.1MPa压力时,质量流量计与标准器的误差在-0.032%~0.042%之间;在0.45MPa压力时,该型号质量流量计与标准器的误差在-0.017%~0.016%之间,进行压力补偿后,误差在0.003%~0.038%之间;在0.6MPa压力时,该型号质量流量计与标准器的误差在-0.018%~0.018%之间,进行压力补偿后,误差在0.017%~0.058%之间。
2.2.2试验2
  试验数据见表4~6,试验曲线图见图4~6。
  由试验2可知,在0.1MPa压力时,质量流量计与标准器的误差在-0.013%~0.147%之间;在0.45MPa压力时,该型号质量流量计与标准器的误差在0.059%~0.120%之间,进行压力补偿后,误差在0.082%~0.149%之间;在0.6MPa压力时,该型号质量流量计与标准器的误差在0.036%~0.099%之间,进行压力补偿后,误差在0.081%~0.142%之间。
  通过对两种不同型号规格的质量流量计的压力补偿试验,可知:在压力为(0.1~0.6)MPa时,质量流量计与标准器的误差基本在±0.2%范围内,可满足准确度要求。在加上压力补偿后,误差整体往正偏差方向偏移,且压力补偿的差值并非线性变化。
各种流量计的压力补偿系数并不相同,对于补偿系数较小的流量计,如果使用工况压力较小,因不进行压力补偿也能确保±0.2%的准确度,则可以不进行压力补偿。如果使用工况压力大,致使测量结果误差增大,则需引入压力补偿。在进行压力补偿时,





2.3介质气化
  质量流量计在测量某些液体介质如液态烃、汽油等时,由于这些介质容易气化,致使测量结果不准确,气化严重时甚至无法测量。因气液两相破坏了质量流量计测量管的振动平衡,就要求驱动线路输出更多的能量来保持测量管的正常振动,而传感器受本身安全的限制使供给驱动管电流的增大也受到限制,一旦测量管不能维持正常振动,质量流量计就无法正常测量。
  为了探讨质量流量计在介质出现气化时的计量变化情况,我们做了一些相关的试验。选取清水(密度997.5kg/m3)作为试验流体,将标准装置的流量固定在(34~35)t/h,在被检的质量流量计的上游一侧注入净化风(如图7所示),并观察流量计显示的传感器驱动及介质密度随注入净化风量逐渐增大的变化情况,同时观察被检流量计读数与标准器示值的差异率变化情况。



  由表7和图8可知,随着注入净化风量的逐渐增大,流过质量流量计的介质密度逐渐减小,表征介质由带气逐渐变为气液两相,同时流量计传感器驱动也逐渐增大,流量计读数与标准器读数误差增大。当介质密度变为950kg/m3时,传感器驱动变为50~90,流量计报警灯变为黄灯、绿灯交替出现,流量计计量误差为负偏差,达到-5.690%。因此,在用质量流量计计量容易气化的介质时,必须严密关注介质密度和传感器驱动的变化,加强工艺控制,防止介质气化。
2.4应力实验
  质量流量计如果未能规范安装,则容易产生应力,对计量结果造成影响。比如流量计与法兰之间空隙较大,容易产生拉伸应力;或者法兰与流量计未能同心同轴,则容易造成法兰错位应力。
2.4.1拉伸实验
  将质量流量计放在两端固定好的管道上,让质量流量计两端法兰与管道两端法兰有一定的距离,中间加多块石棉垫,防止漏水,紧固法兰,使质量流量计产生应力。通过实验观测应力对质量流量计计量结果的影响。具体数据见表8~9,曲线图见图9~10。

质量流量计误差曲线图
  由实验可知,两种型号的质量流量计,在两端拉伸产生应力时,其计量结果会受到影响,尤其在低流量(12t/h和6t/h)时,两种型号的质量流量计的计量误差分别为-0.945%和-1.032%,流量增大后,质量流量计的计量误差变小,但也非线性关系。
2.4.2法兰错位实验
  将质量流量计入口端的法兰抬高,见图11,将质量流量计出口侧法兰压低,见图12,使质量流量计两端法兰与管线两端法兰不同心同轴而产生应力,观测其对质量流量计计量结果的影响。实验数据见表10~11,曲线图见图13~14。
质量流量计上下游侧错位图示



  由实验可知,两种型号的质量流量计,在法兰错位安装时,由于应力的作用,对质量流量计的计量结果会产生影响,在较高流量(20t/h、40t/h)时计量误差分别为0.256%和0.323%,流量与质量流量计计量误差呈非线性关系。
2.5更换核心处理器
  由于质量流量计的核心处理器的故障率较高,在日常维护中经常是现场更换核心处理器,然后随即投入使用,但是更换核心处理器后,是否对质量流量计的计量误差产生影响呢?针对这个问题,我们开展了对核心处理器更换后的质量流量计计量误差比较试验。在多次试验后,抽取了其中三组有问题数据,见表12~13、图15。

未更换与更换核心处理器质量流量计计量误差曲线图
  由实验可知,更换核心处理器可能对质量流量计计量误差产生超±0.2%的影响,最大误差超过4%。同时,发现越旧型号的质量流量计,更换核心处理器后,出现超差的几率较大,而最新型号的质量流量计在更换核心处理器后出现超差的几率较小。
3质量流量计在实际应用中应注意的事项
  要使质量流量计在实际应用中能够准确计量,需要注意的事项有很多,结合前文的实验分析以及实际应用经验,对质量流量计的实际应用,应注意以下方面:
3.1选型
  应根据测量介质的类别特性以及实际工况条件选择合适的质量流量计。从满足流量范围和允许压力损失角度考虑选择流量计公称直径,若流量太小,计量误差就大;流量太大,压损也会急剧增大。实际工况的流量应在质量流量计额定流量的20%~50%小流量一般不低于流量计额定流量的10%,这样既保证了质量流量计在小流量时的测量准确度,又保证了在大流量时压损尽可能小。
3.2安装
  质量流量计的安装要远离电磁干扰、安装位置应避免振动以及避免产生应力。质量流量计两端法兰与管线同心同轴,接口两端法兰螺丝孔对齐不扭转,法兰面保持平行且预留间距准确不宜过大。当测量液体时,传感器外壳应朝下安装,以避免空气集聚在流量管内,影响质量流量计的测量准确度;当测量液体浆料时,传感器应采用旗式垂直安装,以避免颗粒聚积在流量管内。工艺介质应由下往上流动以避免喷流空管;当测量气体时,传感器外壳应朝上安装,以避免冷凝水集聚在流量管内,影响质量流量计的测量准确度。
3.3周期检定[4]
  质量流量计应周期检定以确保量值溯源准确,同时,在工况主量程点应趋零检定。
3.4工艺控制
  工艺条件的变化常常对质量流量计的计量结果产生较大的影响,要使工艺条件满足质量流量计的计量要求。关于压力补偿应根据实际情况进行,如对于长输管线成品油计量交接使用的流量计大多需要在2MPa以上压力下运行,由于超过0.6MPa以上压力补偿未经实验分析,因此,无论采取动态还是静态补偿,都应通过反复多次与检罐或其他计量方式进行比对后,作出最佳的选择。此外,要重点解决介质气化问题,因为气化引起的误差相对较大,远远超出允许误差的范围,所以,要控制好工艺保证介质满管输送,流量计背压大于介质饱和蒸汽压。
3.5日常巡检维护
  通过日常巡检维护,使质量流量计参数设置符合工艺状况,如检查传感器驱动是否正常、零点是否漂移,所设置的工作参数是否发生了变化等,若发现问题则应采用适当的方法进行修正,确保质量流量计健康运行,准确计量。

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