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气体对质量流量计计量准确度的影响因素

时间:2018/09/26来源:未知

  科里奥利质量流量计是利用流体在直线运动的同时处于一旋转系中, 产生与质量流量成正比的科里奥利力原理制成的一种直接式质量流量仪表。目前已广泛应用到成品油、天然气的质量交接工作中。做为一种测量仪表, 有诸多因素影响到其测量准确度, 本文主要讨论影响质量流量计测量准确度的因素。

1、结构及工作原理:

  科里奥利质量流量计主要由传感器和信号处理单元组成。其中传感器是一种基于科里奥利力效应的谐振式传感器。该传感器由振动管、信号检测器和壳体组成。信号处理单元主要是由各种变送仪表和计算机组成。

  科里奥利质量流量计的工作原理如图1所示。该原理是流体经过传感器振动管时, 由于是以匀速V在一个围绕固定点O并以角速度ω旋转的管道移动, 所以在沿着旋转的法线方向产生一个力, 在旋转的切线方向产生一个反作用力, 即科里奥利力 (简称科氏力) 。

  根据科氏力公式Fc=2ωV△m可以得出流体流经流量计的质量流量。

图1 流量计测量基本原理

图1 流量计测量基本原理   下载原图

2、影响质量流量测量准确度的因素:

2.1、油品内含有气体影响:

  如果油品中气体体积较大时影响是很大的。流体压力较高, 气泡流经流量计时经碰撞发生破裂容易造成流量计内部点蚀, 损坏设备;用时容易造成流量计零点漂移, 增大流量计的检测误差。实验表明;含气泡1% (体积比) 时有的质量流量计误差可达到1%~2%, 含气泡10%时, 误差普遍增加到15%~20%。

  流体中气体的产生主要有以下几个原因:一是流体中本身含有部分气体, 且运行工况不稳定时油品易将流经管线、设备高点的气体带出进入质量流量计。二是一般站场在进入流量计前均设置调节阀进行压力或流量调节。当调节阀开度较小且调节阀前后压差较大时, 根据伯努利方程, 调节阀后流体压力减小、流速增大, 易造成流体汽蚀。三是进入质量流量计的流体温度过高、压力过低, 低于介质的饱和蒸气压, 从而产生气体。

2.2、温度、压力影响:

  介质温度、环境温度和介质压力波动也是影响流量计计量准确度的重要因素。因温度、压力的变化易造成振动管在工作过程中的非正常振动, 从而造成计量误差。

图2 压力变化对计量偏差的影响

图2 压力变化对计量偏差的影响   下载原图

 

  从图2中可以看出, 当介质压力变化在一定范围内, 流量计计量基本不受影响。当压力变化到一定程度后, 由于振动管振动频率和幅度发生较大变化, 会造成计量偏差的明显增大。压力及温度变化对计量误差的影响如表1、表2所示。

表1 压力变化对计量误差的影响     下载原表

表1 压力变化对计量误差的影响

表2 温度变化对计量误差的影响     下载原表

表2 温度变化对计量误差的影响

2.3、 安装条件及工作环境影响:

  质量流量计的安装直接影响到计量的准确度, 主要有以下几个方面。

(1) 应力影响

  质量流量计如出现预留空间过大或过小, 两侧管线接口偏上或偏下, 且在安装过程中强性安装, 则可造成质量流量计受两侧管线拉力、挤压力和剪切力, 所受应力极易造成质量流量计内振动管变形, 导致流量计零点漂移, 使计量准确度受到影响。

(2) 振动影响

  质量流量计在运行过程中可能会受到上下游管线振动或其他流量计运行振动影响, 导致流量计振动管在油品经过时产生振动的同时, 接收到余量振动, 致使流量计计量误差增大。

(3) 电磁干扰和射频干扰

  质量流量计附近如安装有电机、变压器、发射器、高压电缆等电磁设备, 磁力波和射频波会干扰流量计振动管的自激谐振动, 使检测信号发生偏差, 影响到流量计的计量。

2.4、其他影响因素:

(1) 油品粘度、密度影响

  油品流经流量计时, 粘度不同会直接影响计量结果。粘度大的油品, 测量结果偏于正误差, 且误差的变化幅度较小;粘度小的油品, 测量结果偏于负误差, 误差的变化幅度较大。

  在运行压力、温度、体积流量等均一样的条件下, 如果密度增大, 油品以一定速度进入流量计内, 则油品的动能会相对增大。根据能量守恒规律, 经过振动管时产生的科氏力也会相应变化, 从而影响计量准确度。

(2) 质量流量计本体参数影响

  质量流量计在运行过程中, 其本身零点稳定度和量程比也是影响计量准确度的因素之一。因选型时应针对运行方式进行设计, 故因素不做赘述。

3、影响因素的解决办法:

3.1、油品中含有气体的解决办法:

  气体消除方法:消除第一种气体的方法主要是在质量流量计前设置消气器, 使进入流量计的介质为纯液体。目前也有部分站场通过改变调节阀阀芯结构来消除通过调节阀产生的汽蚀。

  消除第二种气体的方法是通过流量计后的调节阀建立背压, 使进入流量计的介质压力高于其饱和蒸气压以消除汽蚀。最小背压设置的公式为:

计算公式

 

式中:

  P为流量计应设置的最小背压, 单位Pa;

  ΔP为最大流量时流量计的前后压差, 单位Pa;根据流量计实际运行情况, 经过流量计的压差在0.04~0.05MPa之间。

  Pc为油品的饱和蒸汽压, 单位Pa。根据车用汽油标准GB 17930—2006规定, 国Ⅲ汽油的饱和蒸气压在5月1日~10月31日取72k Pa, 11月1日~4月30日取88k Pa。

  由于油品达到饱和蒸汽状态受温度变化影响, 所以流量计附近应无高热源, 且避免阳光直接照射。

3.2、温度、压力影响:

  消除温度、压力影响的主要方式是进行温度和压力补偿。根据目前流量计的状况, 如操作温度和压力是定值, 则可以在流量计传感器软件上输入外部温度、压力值。如温度、压力变化明显, 则可以通过传感器组态, 来轮询经温度、压力仪表检测到的温度、压力值进行补偿。现各品牌质量流量计管体内均安装有铂电阻用于温度自动补偿;在流量计后安装压力变送器用于压力自动补偿。

3.3、安装条件及工作环境影响:

(1) 在安装流量计时, 应准确测量, 工艺管线对中, 两侧法兰平行, 严禁用流量计强行拉直上下游管道。同时, 在流量计两侧应有固定支撑。

(2) 在流量计上下游, 应安装截断阀, 以便进行调零。

(3) 在流量计运行或检定过程中, 严禁使用上游截断阀进行流量调节, 防止油品经节流后产生气泡进入流量计。

(4) 流量计附近禁止安装电机、变频设备、变压器、高压电缆等强电磁设备设施。

(5) 对于并联安装的多台流量计, 应控制两台流量计的间距, 以免相邻流量计同时运行因振动互相影响。条件允许的情况下, 应避免相邻两台流量计同时使用。

(6) 在调零过程中, 应先关闭流量计下游截断阀, 确保流量计腔体内充满油品, 且不存在气泡再关闭上游截断阀, 进行调零作业。

3.4、其他影响因素:

对于油品粘度和密度, 应尽可能在检定时使用与运行油品粘度和密度变化引起示值误差不大于流量计基本误差1/3的介质进行, 以保证油品粘度和密度的一致性。

4、结束语:

  质量流量计做为油品或天然气贸易交接的秤杆子, 其测量的准确度体现着公平、公正。要保证流量计在最好的工况下工作, 就必须考虑影响测量准确度的因素并消除它。


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