質量流量計在成品油交接中的應用

上海自動化儀表有限公司質量流量計也稱流量計，近年來，廣泛應用于石化工業(yè)對流量的測量，特別是對成品油的計量。它屬于直接式質量流量計，其計量精度一般在0.1%-0.2%之間，流量計有CMF10~CMF400七種型號可供選擇，流量范圍在0~409t/h之間，達到用于成品油貿易結算的要求，且性能穩(wěn)定。這種流量計集流量測量、溫度測量、密度測量于一體，內部沒有可動部件，可以很方便地測出成品油的密度、溫度和流量。其優(yōu)點是不用再進行溫度和壓力的修正，而體積測量須把測量的體積修正到標準條件下；石油工業(yè)通常以“噸（t）”作為石油計量的基本單位，而成品油通常以“升（L）”為基本單位，流量計可以很方便地實現(xiàn)計量單位的轉換。因此流量計在我國成品油領域中得到廣泛應用。

1 質量流量計的工作原理

1.1 質量測量

質量流量計主要由傳感器和變送器兩大部分組成。

典型的質量流量計傳感器主要由流量管、驅動線圈探測器和測量溫度的熱敏電阻組成。流量管以固有頻率振動，變送器向裝配在流量管上的驅動線圈提供一交替變化的電流，與裝在另量管上的磁鐵吸引和排斥，使流量管以正弦波的方式上下振動。當物流通過以固有頻率振動的傳感器的流量管時，就產生了科氏力，科氏力使流量管的進口和出口以相反的方向變形，變形的大小，由安裝在流量管進口和出口的探測器進行檢測。探測器輸出一個代表流量的正弦運動的信號，當沒有物流通過時，入口和出口探測器輸出的信號相互重疊，當有物流通過流量管時，兩個探測器之間產生了一個時間差△t，當質量流量大時，流量管變形的程度，兩個探測器信號的時間差就大。

質量流速由下式決定：m=k△t （1）

式中 m — 質量流速，g/s；

K — 流量標定系數(shù)，g/（sμs）；

△t— 時間差，μs。

1.2 密度測量

流量管以固有的頻率在相反的方向振動，當流體的密度變化時，將引起流體的質量流速的變化，探測器輸出的電壓信號頻率也發(fā)生變化，通過測量探測器的信號頻率就可以決定流量管中流體的密度，計算公式如下：

ρ=k1（1/f）2- k2（2）

式中 ρ— 流體的密度，g/mL；

f— 流量管的頻率，Hz；

k1，k2— 標定常數(shù)。

1.3 溫度測量

溫度測量是由安裝在質量流量計傳感器上的熱敏電阻完成的，其工作原理與溫度變送器的原理一樣。

2 振動和含氣量對質量流量計的影響

2.1 振動的影響

因為質量流量計是振動式儀表，如果質量流量計在振動的環(huán)境下工作，那么它就不能夠正常地發(fā)揮其功能。人們不希望發(fā)生這種情況，通常將儀表安裝在沒有振動的管線上。如果傳感器在以一定的固有頻率振動的環(huán)境下工作，那么就會產生測量誤差，儀表對振動的環(huán)境非常敏感。因此有必要把傳感器通過固定的方式與振動源隔離開來，盡量避免很多傳感器安裝在同一管線上，因為同一型號和同一尺寸的傳感器以非常類似的頻率運行，傳感器會通過管線傳遞足夠的能量，導致產生測量誤差。

2.2 含氣量的影響

在傳感器里的氣液混合物往往是人們容易忽略的問題。氣液兩相的結合緩沖了儀表的振動，但要求驅動線路輸出更多的能量來保持流量管的振動。由于傳感器本身安全的限制，供給驅動管的電流大小也受到限制。一旦儀表發(fā)生了這種現(xiàn)象，儀表將無法測量。為了使儀表能正常發(fā)揮作用，須使流量管振動起來，否則會引起被人們所忽略的測量誤差。

質量流量計受氣體的影響，估計在氣體的體積分數(shù)大于等于5%時，流量計開始出現(xiàn)誤差，當氣體所占的體積分數(shù)在10%~20%之間時，振動管會停止振動，HKC質量流量計幾乎無法測量。因此在用質量流量計測量汽油時應避免發(fā)生汽化現(xiàn)象，保持管道內有一定的壓力。

3 儀表零點的校準方法和影響零點的因素

3.1 儀表零點的校準方法

在質量流量計運行以前，在沒有物流流動的條件下，須確定兩個探測器之間的基準偏移，這個過程稱為校零點。雖然沒有物流流動，但是在兩個探測器之問存在一小△t，這個小△t是零點漂移的主要因素，為了消除零點漂移，須具備下列條件：① 傳感器須充滿液體；② 傳感器須正確地安裝在管線上；③ 當校零點時，傳感器下游的閥門必須關閉，以確保沒有流體通過傳感器；④ 如果有必要的話，須把儀表與其它流量干擾源隔離開來，這可以通過關閉上游的閘門來解決。

校零是通過按變送器內的鍵開始的，測量兩個探測器之間的時間差，變送器把時間差△t和零值，儲存在寄存器內，從隨后的△t中減去它們。雖然儀表進行了校零，但零點測量時，仍然存在剩余偏差，這些偏差是由于電子元件的性能所產生的，這些微小的剩余偏差被定義為“穩(wěn)定偏移”或是“零點偏移”。

零點偏移的大小取決于變送器和傳感器的設計，從HKC質量流量計的不確定度的等式，零點偏移對儀表流量測量的影響就不難理解了。

不確定度=基本準確度+（零點偏移/流速）×100 （3）

從等式（3）可以看到，質量流速的減小將在總不確定度中增加零點偏移對儀表準確度的影響，比在滿量程時的流速要大。

3.2 管道應力對零點的影響

如果管道不對中，或管道溫度發(fā)生了變化，那么管道應力就會影響HKC質量流量計，這種情況能引起壓力、拉力、扭曲力，并施加于傳感器。這些力能使兩個流量管不對中，導致兩個探測器不對稱。兩個探測器位置的改變將改變零點。HKC質量流量計安裝和重新移動位置時須校準零點。為了減小管道應力變化的影響，儀表設計人員常常在管線的軸線上安裝重力流管。

3.3 溫度對零點的影響

溫度對儀表零點影響的機理現(xiàn)在還沒有完全明白，但是主要原理是溫度改變了流量管的應力，應力的變化能導致兩個探測器之間的位置發(fā)生變化。溫度對儀表零點的影響因表而異，人們希望溫度影響應力，因為溫度對零點的影響不容易補償。通常有三種方式可以降低溫度對儀表零點的影響。

（1）選擇儀表時，盡量在流速的上限運行，這樣零點的影響相對少一些。

（2）當溫度變化大于等于10℃時應重新校零。

（3）在不同的溫度下，確定溫度改變值，用內部的計算機對流量指示值進行修正。

3.4 密度對零點的影響

流體密度的變化，可使流量測量時質量發(fā)生變化，由此能改變傳感器的質量平衡，導致不對稱。造成兩個探測器基準偏差的變化。與溫度影響一樣，下列三種方式可以降低度對儀表零點的影響

（1）選擇儀表時，盡量在流速的上限運行，密度對零點的影響可忽略不計。

（2）如果密度變化了應重新校零。

（3）不同的流體，確定其零點改變值，可用內部的計算機進行密度修正。

4 溫度和壓力變化對測量的影響

流體特性的變化將影響振動管的鋼度和柔軟性，在質量流速不變的條件下，溫度和壓力的變化將改變流量管的鋼度，從而改變流量管兩邊的△t。因為質量流速沒有改變，所以將造成測量誤差，不過溫度和壓力的影響是系統(tǒng)誤差，在儀表測量時能夠消除掉。

4.1 溫度變化的影響

當溫度升高時，流量管的材料變得越來越柔軟，當溫度降低時，流量管的材料將變得越來越硬。在一定質量流速的條件下，流量管隨溫度的升高，將更加柔軟，造成了流量管偏移和質量流速的增加。此外，溫度的增加也將使振蕩管的頻率降低，造成密度值增加。可把裝在流量管上的熱敏電阻測量的溫度，輸入到變送器上，來修正溫度變化造成的影響。流量管的材料不同，溫度對質量流速和密度的影響不同，所以流量計都有溫度補償。

4.2 壓力變化的影響

當壓力升高時，流量管的材料將變得越來越堅硬，使流量管更難以振動。在質量流速不變的條件下，單方面地增加壓力，可使流量管的偏移變小，造成儀表的示值比真實的流速要低。對于密度的測量，壓力的增加會使流量管振動的頻率增加，造成示值降低。流量管的厚度、直徑、幾何尺寸、材料決定著壓力對傳感器影響的大小。儀表的口徑越大，壓力的影響就越大，因為較薄的流量管將減小傳感器產生的信號。如果傳感器非常敏感，由安裝在儀表下游的補償器對壓力的影響進行補償。對流量和密度進行修正的修正因子和來自壓力補償器的信號輸入到變送器內，對壓力變化進行自動補償。如果整個過程的壓力保持不變，標定因子能夠抵消工作壓力的影響，而不用在線的壓力補償。

5 質量流量計在石油測量中的其它應用

5.1 不含氣原油的測量

質量流量計既能測量密度又能測量流速，還能進行一些獨特的計算。不含油氣的測量是通過測量密度，儀表可以確定井口油流中油和水的百分數(shù)，再結合流量測量就可以確定純凈的石油產量。既然HKC質量流量計沒有內部結構，因此流體的砂或者其它一些固體顆粒能夠順利通過傳感器而不損壞傳感器。如果井口油流含氣，就須使用分離器分離流體內的氣體，以防止密度和流量測量時準確度降低。

5.2 壓縮天然氣的測量

質量流量計能夠測量液體也能夠測量壓縮天然氣，但是測量壓縮天然氣時小需要0.7MPa的壓力，以保證壓縮天然氣有足夠的質量流速通過傳感器，HKC質量流量計只適合于測量管道內的壓縮天然氣。

5.3 液化石油氣、乙烯、輕質油的測量

質量流量計也可以測量液化石油氣、乙烯和輕質油，和測量壓縮天然氣的情況一樣同樣需要管道內有不小于0.7MPa的壓力，保證沒有氣體分離出來。

6 結語

上海自動化儀表有限公司質量流量計具有非常重要的特性，適合于石油工業(yè)的原油計量，特別適合石油庫成品油的計量。使用一臺流量計，就不用再安裝體積儀表、密度計、流量計算機，流量計是集測量流量、溫度、密度為一體的一種流量儀表。因為流量計內部無可動部件，所以即使介質的潤滑性能較差，也不受影響，維修工作量小，但是這篇章中所描述的各種影響素都不同程度地影響著流量計。