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HKC质量流量计在成品油库中的应用

2016/5/3 9:16:54      点击:
HKC质量流量计在成品油库中的应用
  

摘 要:介绍了HKC质量流量计的工作原理,分析了误差产生的原因,指出了影响流量计准确度的各种因素,同时给出了零点校准的方法。

关键字:石油库 HKC质量流量计 影响因素 应用



      HKC质量流量计也称科里奥利流量计,近年来,广泛应用于石化工业对流量的测量,特别是对成品油的计量。它属于直接式HKC质量流量计,其计量精度一般在0.1%-0.2%之间,流量计有CMF10~CMF400七种型号可供选择,流量范围在0~409t/h之间,达到用于成品油贸易结算的要求,且性能稳定。这种流量计集流量测量、温度测量、密度测量于一体,内部没有可动部件,可以很方便地测出成品油的密度、温度和流量。其优点是不用再进行温度和压力的修正,而体积测量必须把测量的体积修正到标准条件下;石油工业通常以“吨(t)”作为石油计量的基本单位,而成品油通常以“升(L)”为基本单位,科里奥利流量计可以很方便地实现计量单位的转换。因此科里奥利流量计在我国成品油领域中得到广泛应用。

      1 HKC质量流量计的工作原理

      1.1 质量测量

      HKC质量流量计主要由传感器和变送器两大部分组成。

      典型的HKC质量流量计传感器主要由流量管、驱动线圈探测器和测量温度的热敏电阻组成。流量管以固有频率振动,变送器向装配在流量管上的驱动线圈提供一交替变化的电流,与装在另一流量管上的磁铁吸引和排斥,使流量管以正弦波的方式上下振动。当物流通过以固有频率振动的传感器的流量管时,就产生了科氏力,科氏力使流量管的进口和出口以相反的方向变形,变形的大小,由安装在流量管进口和出口的探测器进行检测。探测器输出一个代表流量的正弦运动的信号,当没有物流通过时,入口和出口探测器输出的信号相互重叠,当有物流通过流量管时,两个探测器之间产生了一个时间差△t,当质量流量增大时,流量管变形的程度增大,两个探测器信号的时间差就增大。

      质量流速由下式决定:m=k•△t (1)

      式中  m — 质量流速,g/s;
              K  — 流量标定系数,g/(s•μs);
              △t— 时间差,μs。

      1.2 密度测量

      流量管以固有的频率在相反的方向振动,当流体的密度变化时,将引起流体的质量流速的变化,探测器输出的电压信号频率也发生变化,通过测量探测器的信号频率就可以决定流量管中流体的密度,计算公式如下:

      ρ=k1(1/f)2- k2(2)

      式中 ρ— 流体的密度,g/mL;
             f— 流量管的频率,Hz;
             k1,k2— 标定常数。

      1.3 温度测量

      温度测量是由安装在HKC质量流量计传感器上的热敏电阻完成的,其工作原理与温度变送器的原理一样。

      2 振动和含气量对HKC质量流量计的影响

      2.1 振动的影响

      因为HKC质量流量计是振动式仪表,如果HKC质量流量计在振动的环境下工作,那么它就不能够正常地发挥其功能。人们不希望发生这种情况,通常将仪表安装在没有振动的管线上。如果传感器在以一定的固有频率振动的环境下工作,那么就会产生测量误差,仪表对振动的环境非常敏感。因此有必要把传感器通过固定的方式与振动源隔离开来,尽量避免很多传感器安装在同一管线上,因为同一型号和同一尺寸的传感器以非常类似的频率运行,传感器会通过管线传递足够的能量,导致产生测量误差。

      2.2 含气量的影响

      在传感器里的气液混合物往往是人们容易忽略的问题。气液两相的结合缓冲了仪表的振动,但要求驱动线路输出更多的能量来保持流量管的振动。由于传感器本身安全的限制,供给驱动管的电流大小也受到限制。一旦仪表发生了这种现象,仪表将无法测量。为了使仪表能正常发挥作用,必须使流量管振动起来,否则会引起被人们所忽略的测量误差。

      HKC质量流量计受气体的影响,估计在气体的体积分数大于等于5%时,流量计开始出现误差,当气体所占的体积分数在10%~20%之间时,振动管会停止振动,HKC质量流量计几乎无法测量。因此在用HKC质量流量计测量汽油时应避免发生汽化现象,保持管道内有一定的压力。

      3 仪表零点的校准方法和影响零点的因素

      3.1 仪表零点的校准方法

      在HKC质量流量计运行以前,在没有物流流动的条件下,必须确定两个探测器之间的基准偏移,这个过程称为校零点。虽然没有物流流动,但是在两个探测器之问存在一小△t,这个小△t是零点漂移的主要因素,为了消除零点漂移,必须具备下列条件:① 传感器必须充满液体;② 传感器必须正确地安装在管线上;③ 当校零点时,传感器下游的阀门必须关闭,以确保没有流体通过传感器;④ 如果有必要的话,必须把仪表与其它流量干扰源隔离开来,这可以通过关闭上游的闸门来解决。

      校零是通过按变送器内的键开始的,测量两个探测器之间的时间差,变送器把时间差△t和零值,储存在寄存器内,从随后的△t中减去它们。虽然仪表进行了校零,但零点测量时,仍然存在剩余偏差,这些偏差是由于电子元件的性能所产生的,这些微小的剩余偏差被定义为“稳定偏移”或是“零点偏移”。

      零点偏移的大小取决于变送器和传感器的设计,从HKC质量流量计的不确定度的等式,零点偏移对仪表流量测量的影响就不难理解了。

      不确定度=基本准确度+(零点偏移/流速)×100      (3)

      从等式(3)可以看到,质量流速的减小将在总不确定度中增加零点偏移对仪表准确度的影响,比在满量程时的流速要大。

      3.2 管道应力对零点的影响

      如果管道不对中,或管道温度发生了变化,那么管道应力就会影响HKC质量流量计,这种情况能引起压力、拉力、扭曲力,并施加于传感器。这些力能使两个流量管不对中,导致两个探测器不对称。两个探测器位置的改变将改变零点。HKC质量流量计安装和重新移动位置时必须校准零点。为了减小管道应力变化的影响,仪表设计人员常常在管线的轴线上安装重力流管。

      3.3 温度对零点的影响

      温度对仪表零点影响的真正机理现在还没有完全明白,但是主要原理是温度改变了流量管的应力,应力的变化能导致两个探测器之间的位置发生变化。温度对仪表零点的影响因表而异,人们希望温度影响应力,因为温度对零点的影响不容易补偿。通常有三种方式可以降低温度对仪表零点的影响。

      (1)选择仪表时,尽量在流速的上限运行,这样零点的影响相对少一些。
      (2)当温度变化大于等于10℃时应重新校零。
      (3)在不同的温度下,确定温度改变值,用内部的计算机对流量指示值进行修正。

      3.4 密度对零点的影响

      流体密度的变化,可使流量测量时质量发生变化,由此能改变传感器的质量平衡,导致不对称。造成两个探测器基准偏差的变化。与温度影响一样,下列三种方式可以降低密度对仪表零点的影响

      (1)选择仪表时,尽量在流速的上限运行,密度对零点的影响可忽略不计。
      (2)如果密度变化了应重新校零。
      (3)不同的流体,确定其零点改变值,可用内部的计算机进行密度修正。

      4 温度和压力变化对测量的影响

      流体特性的变化将影响振动管的钢度和柔软性,在质量流速不变的条件下,温度和压力的变化将改变流量管的钢度,从而改变流量管两边的△t。因为质量流速没有改变,所以将造成测量误差,不过温度和压力的影响是系统误差,在仪表测量时能够消除掉。

      4.1 温度变化的影响

      当温度升高时,流量管的材料变得越来越柔软,当温度降低时,流量管的材料将变得越来越硬。在一定质量流速的条件下,流量管随温度的升高,将更加柔软,造成了流量管偏移和质量流速的增加。此外,温度的增加也将使振荡管的频率降低,造成密度值增加。可把装在流量管上的热敏电阻测量的温度,输入到变送器上,来修正温度变化造成的影响。流量管的材料不同,温度对质量流速和密度的影响不同,所以科里奥利流量计都有温度补偿。

      4.2 压力变化的影响

      当压力升高时,流量管的材料将变得越来越坚硬,使流量管更难以振动。在质量流速不变的条件下,单方面地增加压力,可使流量管的偏移变小,造成仪表的示值比真实的流速要低。对于密度的测量,压力的增加会使流量管振动的频率增加,造成示值降低。流量管的厚度、直径、几何尺寸、材料决定着压力对传感器影响的大小。仪表的口径越大,压力的影响就越大,因为较薄的流量管将减小传感器产生的信号。如果传感器非常敏感,由安装在仪表下游的补偿器对压力的影响进行补偿。对流量和密度进行修正的修正因子和来自压力补偿器的信号输入到变送器内,对压力变化进行自动补偿。如果整个过程的压力保持不变,标定因子能够抵消工作压力的影响,而不用在线的压力补偿。

      5 HKC质量流量计在石油测量中的其它应用

      5.1 不含气原油的测量

      HKC质量流量计既能测量密度又能测量流速,还能进行一些独特的计算。不含油气的测量是通过测量密度,仪表可以确定井口油流中油和水的百分数,再结合流量测量就可以确定纯净的石油产量。既然HKC质量流量计没有内部结构,因此流体的砂或者其它一些固体颗粒能够顺利通过传感器而不损坏传感器。如果井口油流含气,就必须使用分离器分离流体内的气体,以防止密度和流量测量时准确度降低。

      5.2 压缩天然气的测量

      HKC质量流量计能够测量液体也能够测量压缩天然气,但是测量压缩天然气时最小需要0.7MPa的压力,以保证压缩天然气有足够的质量流速通过传感器,HKC质量流量计只适合于测量管道内的压缩天然气。

      5.3 液化石油气、乙烯、轻质油的测量

      HKC质量流量计也可以测量液化石油气、乙烯和轻质油,和测量压缩天然气的情况一样同样需要管道内有不小于0.7MPa的压力,保证没有气体分离出来。

      6 结语

      HKC质量流量计具有非常重要的特性,适合于石油工业的原油计量,特别适合石油库成品油的计量。使用一台科里奥利流量计,就不用再安装体积仪表、密度计、流量计算机,科里奥利流量计是集测量流量、温度、密度为一体的一种流量仪表。因为科里奥利流量计内部无可动部件,所以即使介质的润滑性能较差,也不受影响,维修工作量小,但是这篇章中所描述的各种影响素都不同程度地影响着科里奥利流量计。