艾默生質(zhì)量流量計零點影響分析

蘇豪育

中國石油天然氣股份有限公司管道分公司 （甘肅 慶陽745000）

艾默生質(zhì)量流量計以其精度高、質(zhì)量直接測量、阻力部件少、維護量小等諸多優(yōu)點被廣泛應用于石油石化、管道、冶煉、醫(yī)藥等行業(yè)。但由于其制造工藝復雜、組態(tài)參數(shù)復雜，在使用過程中往往不能達到其應有的精度，甚至與真值相差甚遠。針對零點對質(zhì)量流量計的影響進行分析，較好地解決了現(xiàn)場使用中的問題。

1 質(zhì)量流量計工作原理

在科里奧利力的作用下，流體在兩根測量管內(nèi)隨測量管振動的同時，在測量管的兩臂產(chǎn)生兩對力的大小相等、作用相反、垂直于測量管的作用力，使兩根測量管同時發(fā)生形變。固定于兩根測量管兩臂上的一對檢測線圈，所產(chǎn)生的正弦波形的感應電動勢在測量管形變的作用下，出現(xiàn)正比于測量管形變大小的相位差[1]。根據(jù)F=ma,通過檢測相位差的大小，推導出質(zhì)量流量的大小。質(zhì)量流量計算公式為:

Qm=Flow.Cal×(Δt-Kzero)×(1-TC×TDegC)×(1-PC×Pe)

式中：Qm為質(zhì)量流量，g/s；Flow.Cal為質(zhì)量流量計流量標定常數(shù)，表示每產(chǎn)生1μs相位差所對應的質(zhì)量流量，g/s2；Δt為相位差，s；Kzero為傳感器無流量時的相位差，s；TC為質(zhì)量流量計溫度標定常數(shù)，表示溫度變化100℃時由于流量管剛性變化而引起的流量百分比誤差，℃-1；TDegC為測量管管壁的溫度，℃；PC為質(zhì)量流量計針對壓力補償值對質(zhì)量流量的修正系數(shù)，表示每psi的介質(zhì)壓力對流量管剛性變化，引起的流量百分比誤差，psi-1；Pe為測量管內(nèi)的介質(zhì)壓力,psi（1psi=0.006 89 MPa）。

由其計算公式可見質(zhì)量流量計的優(yōu)點：

1）直接測量質(zhì)量流量。其他的流量計，比如速度式流量計、容積式流量計所得的質(zhì)量，是由測量的體積和密度計算而得。由于環(huán)節(jié)多，容易出現(xiàn)人工誤差，質(zhì)量流量測量精度影響因素多，控制難度大。

2）溫度、壓力對流量計的影響小。從工作原理上看，溫度和介質(zhì)壓力對質(zhì)量流量計測量結(jié)果無關[2]。盡管如此，艾默生廠家也考慮到測量管溫度和介質(zhì)壓力變化會引起振動管剛性的變化。從質(zhì)量流量計結(jié)果計算公式可以看出，質(zhì)量流量計已對測量管溫度和介質(zhì)壓力進行了精細修正，以補償由于測量管溫度和介質(zhì)壓力引起測量管剛性變化帶來的測量誤差。所以，質(zhì)量流量計已將溫度、壓力對流量計的影響降低到很小。

2 零點的產(chǎn)生、意義及調(diào)整

2.1 零點的產(chǎn)生原因

通過質(zhì)量流量計的測量原理可以看出，當測量管內(nèi)的液體靜止時，U型管兩側(cè)的相位差理論上應該為零。但由于測量元件無法達到理想狀態(tài)的原因，加上安裝應力、現(xiàn)場振動、電磁干擾等外界因素，即使測量管內(nèi)的液體是靜止狀態(tài)，相位差也不會絕對歸零，而且無法直接將相位差置零[3]。因此，引入了零點、活零點、調(diào)零等參數(shù)和方法，以消除零點漂移對質(zhì)量流量計的影響，使質(zhì)量流量計更能適應環(huán)境變化引起的誤差，最大限度地減小除溫度、壓力外其他內(nèi)外部因素的影響。

2.2 質(zhì)量流量計零點的意義

質(zhì)量流量計的零點，是指當測量管內(nèi)充滿液體流量為零時，檢測到的相位差的平均值。零點與相位差都是時間參數(shù)，單位一般為μs?；盍泓c是指測量到的瞬時質(zhì)量流量，是一個動態(tài)的量，也稱動態(tài)零點，通常在一定范圍內(nèi)周期性變化。零點與活零點完全不同，兩者在檢定過程中有重要的意義。

要想獲取零點、活零點，必須滿足3個條件：一是要確保流量計內(nèi)的液體是完全充滿的，不能含氣，也不能積雜，簡稱“滿管”；二是流量計內(nèi)的液體必須是靜止狀態(tài)，即流量為零，簡稱“靜止”；三是流量計內(nèi)的液體溫度應趨于穩(wěn)定，簡稱“等溫”。在現(xiàn)場實際操作時應首先運行一段時間，然后緩慢關閉流量計出口閥門，最后關閉進口闊門，觀察流量計的壓力和溫度趨于穩(wěn)定，通常等待5 min后開始查看零點、活零點數(shù)值。

2.3 零點調(diào)整方法

質(zhì)量流量計共有3種調(diào)零路徑：面板調(diào)零、利用HART手操器調(diào)零和利用Prolink軟件調(diào)零；2種調(diào)零的方法：自動調(diào)零和人工植入新零點調(diào)零，人工植入新零點調(diào)零的方法通常只能通過Prolink軟件實現(xiàn)。利用Prolink軟件調(diào)零，可以直觀地看到各種參數(shù)（圖1），功能最為全面，缺點是需要通過計算機連接流量變送器，需要符合現(xiàn)場安全規(guī)定方可進行。

圖1 Prolink軟件調(diào)零界面

人工植入新零點調(diào)零可以強制干預誤差曲線。理論零點計算公式如下：新零點=舊零點-流量點×106×（當前MF系數(shù)-預期MF系數(shù)）/（3 600×Flow.Cal）。公式中：零點單位為μs，流量點單位為t/h。

人工植入新零點調(diào)零只適合于誤差曲線與正常偏離不大的情況，如果出現(xiàn)誤差曲線異常，應及時查找找到引起曲線異常的真正原因。

3 零點的影響和實際應用

由于零點直接影響質(zhì)量流量的計算過程，從而影響計量精度，所以貿(mào)易計量交接的質(zhì)量流量計，不能在日常使用期間私自調(diào)零。調(diào)零一般只能在檢定期間進行，而且調(diào)零在前，檢定在后。另外，因爭議而需要復檢質(zhì)量流量計，切記不能復檢之前調(diào)零，調(diào)零后數(shù)據(jù)將不能追溯。

3.1 零點對質(zhì)量流量計的影響

以某計量站CMF400型質(zhì)量流量計為例，編號為0531質(zhì)量流量計，在2015年4月24日檢定調(diào)零前后的MF變化為例說明。檢定方式為雙向固定式體積管檢定質(zhì)量流量計，檢定介質(zhì)為93#組分汽油，調(diào)零前后MF系數(shù)見表1。

由表1可以看出，該臺質(zhì)量流量計經(jīng)過調(diào)零后，零點的絕對值變大，但MF系數(shù)更趨近1.000 0；活零點的變化范圍也變得更小，使質(zhì)量流量計數(shù)據(jù)更優(yōu)。所以，在檢定前的調(diào)零過程中，重點關注的應是活零點。質(zhì)量流量計調(diào)零能有效減低零點漂移引起的線性誤差，使質(zhì)量流量計數(shù)值更加精準。反之，質(zhì)量流量計如果不進行及時有效的調(diào)零，就會任由誤差曲線變差，質(zhì)量流量計偏離正常的準確度，引起計量糾紛。

3.2 零點與日常維護

由以上分析可知，質(zhì)量流量計調(diào)零可以使流量計運行更加穩(wěn)定，準確度更優(yōu)。對于貿(mào)易計量交接的質(zhì)量流量計，只在檢定期間交接方認可的情況下進行調(diào)零[4]。因為一般情況計量交接協(xié)議會規(guī)定：在本次檢定結(jié)束之后、下次檢定之前，是不能調(diào)整流量計任何參數(shù)的，尤其調(diào)零或修改Flow.Cal系數(shù)，為了防止某一方私自調(diào)零或者改變其他計量參數(shù)，還要打鉛封。因此建議不用于貿(mào)易計量交接的質(zhì)量流量計每季度進行調(diào)零為宜。

3.3 零點與檢定

由于零點會對質(zhì)量流量計的曲線產(chǎn)生影響，所以可以通過零點來改變流量計的誤差曲線。當質(zhì)量流量計受到安裝應力、流量計本體、介質(zhì)、周邊環(huán)境等各種復雜因素影響后，自動調(diào)零有時難以滿足實際計量交接需求，這時可以通過人工植入新零點的方式對誤差進行干預，以滿足計量交接的要求。

另外，質(zhì)量流量計檢定規(guī)程JJG 1038—2008《科里奧利質(zhì)量流量計》，明確規(guī)定零點穩(wěn)定度與最小流量之比應小于相應準確度等級允許誤差絕對值的一半，規(guī)程中提到零點穩(wěn)定度即活零點，所以檢定過程應注意活零點的變化范圍應符合標準[5]。SY/T 6682—2007《用科里奧利流量計測量液態(tài)烴流量》中明確規(guī)定，流量計重新調(diào)零后需要檢定。

4 結(jié)束語

隨著我國成品油長輸管道里程數(shù)越來越多，更多的質(zhì)量流量計將應用到各個計量交接站點，質(zhì)量流量計的日常維護也變得日益重要。隨著自動化通信技術的飛速發(fā)展，建議將質(zhì)量流量計零點、活零點、報警信息等參數(shù)實時上傳至遠程診斷系統(tǒng)，并存入歷史數(shù)據(jù)庫，對關鍵數(shù)據(jù)進行實時監(jiān)控。一旦發(fā)現(xiàn)活零點超限、誤差曲線變差等情況，及時組織進行自檢、調(diào)零、復檢或檢定等作業(yè)，及時解決問題，使流量計數(shù)據(jù)、誤差曲線變差的情況迅速得到糾正，以確保質(zhì)量流量計的計量準確度，維護貿(mào)易交接的公平公正性，保證相關方的經(jīng)濟利益。