質量流量計在裝車系統中的應用及改進措施

王高嶺

(洛陽三隆安裝檢修有限公司 ， 河南 洛陽 471012)

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質量流量計在裝車系統中的應用及改進措施

王高嶺

(洛陽三隆安裝檢修有限公司 ， 河南 洛陽 471012)

通過介紹質量流量計的工作原理，分析可能導致其測量不準的因素，針對介質原因導致質量流量計測量不準的原因，提出相應的解決辦法和整改措施。

質量流量計 ； 測量不準 ； 介質原因

0 前言

質量流量計以其極高的精度、可靠的穩定性，在石化行業得到了普遍的應用，特別是在產品計量和貿易交接中，扮演著重要的角色。目前質量流量計在生產裝置和裝車平臺中應用也很廣泛[1]。在儀表保運期間，遇到了測量液化氣質量流量計測量不準的現象，針對這種現象對其進行了跟蹤處理。通過討論分析其原因，對質量流量計的故障處理有很重要的借鑒意義。

1 質量流量計測量原理和結構

截取一根支管，流體在其內以速度v從A端流向B端，將此管置于以角速度ω旋轉的系統中。由于管內流體質點在軸向以速度v，在徑向以角速度ω運動，此時流體質點受到一個切向Fc。這個力作用在測量管上，在作用點兩邊方向相反，大小相同，為：Fc=2ωvδm。Fc就是科氏力[2-3]。

質量流量計是以科氏力為基礎，傳感器內部有兩根平行T型振管，中部裝有驅動線圈，兩端裝有拾振線圈，變送器提供激勵電壓加到驅動線圈上時，振動管作往復周期振動，流體介質流經傳感器振動管，就會使振管上產生科氏力效應，使兩根振管扭轉振動，安裝振管兩端拾振線圈將產生相位不同兩組信號，這兩個信號差與流經傳感器流體質量流量成比例關系。通過測量并計算這兩個信號差就可以得到質量流量。

2 影響質量流量計測量的因素

影響質量流量計測量的因素有很多，如儀表的基本誤差，零點穩定度、重復性誤差，這些誤差可以從質量流量計的設計和制造方面來修正。質量流量計在安裝和使用過程中也會產生一定的誤差，如周圍環境強烈的機械振動，液體介質夾氣，流量計不滿管等，都會影響質量流量計的測量。

從質量流量計的工作原理可知，它是基于振動的原理進行測量的儀表，而外界的機械振動所產生的諧振波勢必會干擾儀表自有的振幅和頻率，影響測量精度。因此在初期應規范儀表的安裝，盡量避免有機械振動的地方，遠離泵房、機組等振動源。安裝時采用無應力安裝，流量計前后直管段應安裝固定支架。

機械振動的因素通過規范安裝是可以避免的，但在實際生產中，由于工藝介質的因素導致質量流量計測量不準的現象時有發生。以下結合中海油惠州煉化228單元汽車裝車質量流量計的使用情況，分析介質因素對質量流量計測量的影響。

3 系統集成及數據采集方案

228單元液化氣汽車裝車鶴位構成如圖1，液化氣自灌區來，經過兩臺泵加壓，輸送至距灌區600 m遠的228單元6個液化氣裝車鶴位。裝車過程為：

液化氣由液相管線經流量計計量后輸送至汽車槽車內，在開始裝車后前3 min，批量發油控制器(批控器)控制液相調節閥在50%開度，3 min后閥門全開。由于槽車初始壓力低，液化氣在進入槽車后有氣化現象，槽車內氣相由氣相線經氣相質量流量計計量后返回裝置。

圖1 裝車鶴位結構圖

數據采集方案為：質量流量計發出兩路信號，頻率信號至批控器，通過RS485通訊至上位機，批控器在判斷實際裝車量與預裝車輛一致后關閉調節閥，停止裝車。上位機在接收到裝車停止信號后，通過采集到的液相質量流量計的后表值(裝車停止后流量計數據)減去前表值(裝車前流量計數據)，即為液相量。氣相質量流量計的后表值(裝車停止后流量計數據)減去前表值(裝車前流量計數據)為槽車排出氣相量，所以槽車實際液相計量為液相量減去槽車排出氣相量。槽車在出廠時再經過地磅復檢，流量計計量與地磅計量偏差在100 kg內即認為流量計計量準確可靠。

4 故障現象及原因分析

在實際裝車過程中，流量計一般都能夠精確的計量，與地磅計量值誤差一般≤60 kg，但據操作人員反映并查詢上位機得知，流量計計量在某些情況下少計量，與地磅偏差甚至達到1 000 kg。維護人員對質量流量計進行了檢查和標定，發現儀表周圍無振動源，儀表前后直管段均有支架支撐，排除了機械振動的因素。技術人員判斷流量計硬件無故障。

4.1 故障現象

由于偏差大的情況會不定時出現，維護人員進行了跟車觀察并實時記錄數據的工作。通過兩周的連續觀察發現：每當液相流量計出現A102報警的時候，流量計裝車計量就會出現偏差，并且報警持續的時間越短，偏差就越小；時間越長，偏差就越大；沒有報警的情況，流量計裝車計量沒有偏差。部分記錄數據如表1所示。

表1 實時數據記錄

4.2 原因分析

通過綜合判斷，流量計出現A102報警是導致流量計測量不準的主要原因。查詢資料得知A102報警代表流量計驅動增益超限，而驅動增益超限往往是液相帶氣引起的。并且在出現A102報警時，變送器顯示介質密度異常，變送器正常測量液化氣密度為523 kg/m3，在出現報警時顯示密度200～300 kg/m3波動，直至報警消失時，密度顯示正常。據此判斷液化氣介質夾氣是造成質量流量計測量不準的主要原因。而造成介質夾氣的原因是氣蝕，而氣蝕恰恰會導致質量流量計測量不準。

氣蝕是指液體在一定溫度下低于該介質的飽和蒸氣壓而產生氣化的現象。液化氣在流量計內發生氣蝕時，液化氣由液相變成氣相，體積急劇增大，氣蝕形成的氣泡破裂后形成強大的沖擊力作用在測量管上，造成測量管異常振動。質量流量計是基于振動原理進行測量的儀表，這種異常振動導致了流量計測量不準，甚至不能正常工作。氣蝕不僅造成測量管異常振動，氣泡破裂形成的沖擊波還會造成測量管疲勞而損壞。氣蝕形成的氣泡還會導致流量計測量管不滿管，而質量流量計只有在滿管狀態下才能正常工作，氣蝕造成的不滿管也會導致流量計不能正常測量。

經現場觀察并與工藝人員溝通，分析主要有設備因素和操作原因。

4.2.1 設備因素

228單元液化氣裝車是由產品罐區2臺泵提供壓力，經管道輸送至228單元6個裝車鶴位，距離約600 m，在車少的情況下開1臺泵，3臺車以上開2臺泵。在跟車過程中發現，2輛車同時裝車，在開1臺泵的情況下，流量計沒有出現A102報警，但3輛車或3輛以上同時裝車時，液相就會出現帶氣現象，流量計出現A102報警。分析是由于動力泵功率小、數量少，管道輸送距離遠，輸送過程中有壓損導致液化氣壓力不足出現氣化的現象。在南方夏季氣溫較高，輸送管道長時間暴露在陽光下暴曬，介質溫度升高，也有可能導致液化氣氣化現象的發生。

4.2.2 操作原因

如果正在裝車時，又有車輛加入裝車，也會導致液相流量計出現A102報警的發生。分析原因是新加入車輛槽車壓力小，通常都在0.2～0.4 MPa，而液化氣在20～30 ℃時飽和蒸氣壓是0.21～0.38 MPa，降低了管網壓力，液化氣介質出現氣蝕。

液相計量不準易造成裝車不準，而實際計量是由液相計量值減去氣相計量值，如果氣相計量不準也會造成實際計量偏少。氣相流量計測量不準是由于不滿管引起流量計零漂造成的，原因是操作人員在裝車結束后沒有關閉氣相后手閥，造成在沒有開氣相時，氣相流量計已經開始計量，現場觀察到零漂累積量可達到160 kg，這樣裝車至少多裝160 kg。

5 改進措施

針對上述因素，增加一臺動力泵，提高介質壓力，對輸送管道包裹保溫，減少環境溫度對介質的影響。但考慮到成本因素，流量計組態內容中有一項開啟“夾氣處理”，實施后只能在介質帶氣時消除報警，對流量計測量不準的問題沒有明顯改觀，因此主要從以下幾條措施減小液化氣介質帶氣對流量計測量的影響。

5.1 合理安排裝車

在出現3輛車以上同時裝車的情況下，開2臺泵，盡量避免6個鶴位同時裝車，6個鶴位裝車時，雖然每輛車都能裝，但每個鶴位的流速都降低了，每臺次需要4 h，延長了裝車時間，理論上每天能裝36車。綜合考慮每次最多安排5個鶴位同時裝車，每臺次需要3.5 h，理論上每天能裝34車，既最大限度避免了裝車效率的降低，又避免了計量不準的情況。

5.2 增加流量計后背壓

最小背壓根據公式：p=2Δp+1.25pc，式中，p為流量計最小背壓；Δp，最大流量時流量計壓降；pc液化氣飽和蒸氣壓。

在批控器里組態，增加液相調節閥小開度時間以增加背壓，50%開度時間由原來的3 min提高到10 min，同時關小液相后手閥的開度，以提高背壓，待槽車內壓力升高后，再全開液相后手閥。

5.3 防止低拉低管網壓力情況

在其他鶴位正在裝車，又有車輛加入裝車時，關小新加入車輛鶴位的液相后手閥，防止新加入槽車壓力低拉低管網壓力情況的發生。

5.4 及時關閉氣相后手閥

在每次裝車結束后，及時關閉氣相后手閥，防止氣相流量計零漂現象的產生。在開氣相時，先開鶴管手閥，再打開氣相后手閥。

5.5 定期對流量計進行標零

措施實施后部分跟蹤數據如表2所示。

在實施第一條措施后沒有再出現少計量的情況。由于生產實際，不能避免6個鶴位同時裝車的情況，雖然提高壓力的源頭—動力泵沒有得到解決，液化氣介質帶氣沒有得到根本消除，但實施了上述改進措施后，流量計出現計量不準的現象大大改觀，出現偏差時，偏差值也大大降低，滿足了生產要求。

6 總結

表2 措施實施后部分跟蹤數據

對液化氣介質氣蝕以及由于液化氣介質氣蝕導致介質夾氣導致的質量流量計測量不準的原因進行了分析。在實際使用中，介質對質量流量計影響因素還有很多，如介質壓力過高。質量流量計是在一定壓力下標定的，通常是0.45 MPa，而實際生產中往往高于標定壓力，高時甚至達到1.0 MPa以上。壓力高時，傳感器測量管材質變硬，而測量管剛度的輕微變化會引起測量產生一個負向偏差，導致質量流量計測量不準。 因此質量流量計在使用過程中，特別是在故障處理中，要充分考慮介質狀態的變化，與生產密切溝通，使工藝介質滿足質量流量計的使用條件，已達到質量流量計正常測量的目的。

[1] 任鴻威,高漢超.質量流量計及其應用綜述[J].化工自動化及儀表,1997(5):62-65.

[2] 史福元.科氏流量計測量信號采樣與實時算法的實現[J].華中理工大學學報,1998(7):77-79.

[3] 張曉蘭,孫 偉.實現油品自動裝車系統計算機控制與管理的探討[J].哈爾濱示范大學:自然科學學報,1999(3):64-67.

美國開發變廢水污泥為可再生天然氣技術

美國阿貢國家實驗室(ANL)新近研發出使兩種廢棄生物質流產生兩種生物產品的技術。該技術通過在沼氣池中引入生物質衍生的碳封存炭來改善廢水污泥厭氧分解過程，從而生產達到管道級質量的可再生天然氣，而其產生的生物固體則可用作優質肥料。阿貢國家實驗室研究人員對此進行了三年的研究，美國能源部生物能源技術辦公室為阿貢國家實驗室提供了150萬美元的資助。

生物炭，源自植物材料的木炭，產生于氣化和熱解等過程。阿貢國家實驗室已經成功將玉米秸稈和木質資源氣化，從而產生生物炭。厭氧分解通常產生由二氧化碳和甲烷混合的沼氣，采取更進一步的處理方法去除二氧化碳和其它污染物，就可以將沼氣升級為可再生天然氣。該技術通過將生物炭直接添加到厭氧分解器中隔離二氧化碳并產生大于90%甲烷和小于5×10-9硫化氫的沼氣流。使用生物炭還改善了許多厭氧分解所需的操作條件，在分解過程完成后留下高質量的肥料。

隨著這項研究的成功，阿貢國家實驗室正準備與專門從事可再生能源生產的公司，進行大規模技術實驗。該公司計劃在2017年進行現場論證，并進一步推動該技術的商業化。阿貢國家實驗室的這項技術可以顯著提高厭氧分解項目的經濟性，僅降低升級步驟這一項就可以使許多較小的沼氣工程獲取利潤。該技術通過改善分解條件和生產肥料，進一步降低資本和運營成本，產生更大利潤空間。

2017-02-26

王高嶺(1987-)，男，工程師，從事生產過程自動化控制、工廠供配電工作，電話：15737965811。

TQ056.15

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1003-3467(2017)05-0038-04