科里奧利質(zhì)量流量計(jì)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(jì)，具有計(jì)量準(zhǔn)確度高、運(yùn)行溫度可靠的特點(diǎn)，在行業(yè)內(nèi)得到了普遍認(rèn)可。某公司鐵路裝車棧臺共有200臺質(zhì)量流量計(jì)，計(jì)量精度為0.15級，擔(dān)負(fù)著成品油、苯系物、液化氣等產(chǎn)品裝車過程中的計(jì)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(jì)的計(jì)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(jì)的貿(mào)易結(jié)算避免了從裝車過程到過軌道計(jì)量衡期間的油品揮發(fā)損耗，提高了公司的計(jì)量經(jīng)濟(jì)效益。

科里奧利質(zhì)量流量計(jì)

科里奧利質(zhì)量流量計(jì)也叫科氏力流量計(jì)（下同），是一種直接式質(zhì)量流量計(jì)，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(diǎn)位的流體物質(zhì)按一定速度運(yùn)動時(shí)，當(dāng)其運(yùn)動方向改變后，此點(diǎn)位的流體物質(zhì)仍有保持原有運(yùn)動方向的趨勢，并產(chǎn)生一個(gè)力，這個(gè)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(zhǔn)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(zhǔn)，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(yùn)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(jì)一般由振動管、轉(zhuǎn)換器和顯示器組成。振動管是流量計(jì)的測量管道，是流量計(jì)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(jì)作為貿(mào)易結(jié)算依據(jù)。Ｕ形管質(zhì)量流量計(jì)見圖１。

Ｕ形管的兩個(gè)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(shí)又隨管道作垂直運(yùn)動；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(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(gè)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(jì)的質(zhì)量流量確定。因此，測得這個(gè)變形量，即可測得管內(nèi)流體的質(zhì)量流量。科里奧利質(zhì)量流量計(jì)的計(jì)算公式可用下式表示。

式中：ＦＣ為標(biāo)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(shí)的相差；ＦＴＣ為常數(shù)，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(jì)計(jì)量精度的因素主要有：零點(diǎn)、斜率、溫度、含氣、堵塞、掛壁、機(jī)械振動和電磁干擾等。

2.1 零點(diǎn)影響

2.1.1 零點(diǎn)漂移

振動管是質(zhì)量流量計(jì)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(jī)械振動的不對稱。所以當(dāng)介質(zhì)流體的物理指標(biāo)，如流量和黏度等發(fā)生變化時(shí)，管體結(jié)構(gòu)的不平衡便會造成流量計(jì)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(shí)，流量計(jì)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?fàn)顟B(tài)，也能帶來不確定的相位差，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(rèn)傳感器存在故障。

2.1.3  工藝問題

①質(zhì)量流量計(jì)需要滿管計(jì)量，在流量管未充滿或介質(zhì)出現(xiàn)兩相流時(shí)會導(dǎo)致流量和密度測量值波動較大，流量計(jì)會給出報(bào)警信息，此時(shí)帶來的測量誤差無規(guī)律。②質(zhì)量流量計(jì)運(yùn)行工況與設(shè)計(jì)工況偏差較大。由于工藝負(fù)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(jì)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(dú)標(biāo)定的因數(shù)。現(xiàn)場更換變送器或者配對錯(cuò)誤，都會引起計(jì)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(jì)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(jì)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(shí)，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(gè)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(shí)清除，會造成流量計(jì)走虛量，使實(shí)際槽車裝車量欠量。

2.5 超量程范圍

①以汽油裝車計(jì)量為例，棧臺單鶴位管徑ＤＮ１００，瞬時(shí)流量達(dá)到１５０ｔ／ｈ及以上時(shí)，根據(jù)密度計(jì)算其流速超過７ｍ／ｓ，明顯偏高，造成流量計(jì)計(jì)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(shí)，*低流量僅為３～４ｔ／ｈ，明顯超出其測量范圍，所以造成計(jì)量誤差。

對策

3.1 正確零點(diǎn)校準(zhǔn)

①零點(diǎn)校準(zhǔn)是流量計(jì)一種重要的常規(guī)操作。一般分為*次安裝時(shí)的零點(diǎn)校準(zhǔn)和流量計(jì)檢維修零點(diǎn)校準(zhǔn)。新的流量計(jì)*一次安裝后以及流量計(jì)傳感器在出現(xiàn)維修、移動和被拆卸后，都要進(jìn)行重零點(diǎn)標(biāo)定以保證流量計(jì)數(shù)據(jù)可靠。流量計(jì)的零點(diǎn)校準(zhǔn)一般都要在流量計(jì)穩(wěn)定運(yùn)行至少３０ｍｉｎ，以便流量計(jì)內(nèi)戒指溫度保持在一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)（正常溫度±１０℃）。流量計(jì)的零點(diǎn)標(biāo)定要求整個(gè)標(biāo)定期間傳感器管束內(nèi)充滿靜止態(tài)介質(zhì)流體。零點(diǎn)校準(zhǔn)過程中出現(xiàn)的介質(zhì)溫度細(xì)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(diǎn)校準(zhǔn)結(jié)果，從而影響測量精度。②零點(diǎn)校準(zhǔn)時(shí)，要保證流量計(jì)處于運(yùn)行壓力和溫度下，且待測介質(zhì)不流動。③記錄流量計(jì)零點(diǎn)值、工作條件及環(huán)境條件參數(shù)。④每次零點(diǎn)檢查應(yīng)測量３次零點(diǎn)值。

3.2 加強(qiáng)日常維護(hù)

①維護(hù)人員經(jīng)常檢查記錄變送器顯示各個(gè)數(shù)據(jù)：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)不流動時(shí)應(yīng)基本一致。②對在用流量計(jì)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(shí)緊固。③仿真４～２０ｍＡ信號，確認(rèn)現(xiàn)場流量計(jì)顯示與ＤＣＳ系統(tǒng)顯示是否一致。④對于新投用或者校驗(yàn)后的質(zhì)量流量計(jì)，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(jì)，計(jì)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(jì)在出廠時(shí)，都給了溫度補(bǔ)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(fù)向修正。*新溫度補(bǔ)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(shí)，需要考慮更改為４．２５，但要將斜率根據(jù)溫度補(bǔ)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(jì)投用數(shù)量控制好總流量、單車瞬時(shí)量。以汽油裝車為例，一臺輸油泵流量為３００ｔ／ｈ，質(zhì)量流量計(jì)投用５臺為宜，如果開兩臺泵，輸油泵流量達(dá)到約５００ｔ／ｈ，質(zhì)量流量計(jì)投用８～１０臺為宜，保持單鶴位流量計(jì)工作流量在５０～７０ｔ／ｈ，流速控制在２～３ｍ／ｓ。

結(jié)論

為實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步精確計(jì)量，質(zhì)量流量計(jì)貿(mào)易結(jié)算已經(jīng)成為目前煉化企業(yè)的主要計(jì)量趨勢，并且在實(shí)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(jì)量介質(zhì)、工況等選擇合適的質(zhì)量流量計(jì)。從近幾年現(xiàn)場質(zhì)量流量計(jì)的應(yīng)用情況來看，該公司火車裝車用質(zhì)量流量計(jì)主要問題集中在零點(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(hù)人員只要明確質(zhì)量流量計(jì)的工作原理、結(jié)構(gòu)及運(yùn)行所需條件，從現(xiàn)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(xiàn)場的疑難問題。

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