流量计:蒸汽流量计|污水流量计|明渠式流量计|电磁流量计|靶式流量计|涡街|涡轮|流量积算仪

精信测器

 

3.3.2石油流量的测量(续1)

  零点不稳定性通常以%FS表示,也有以流量值kg/min表示,零点不稳定度一般在±(0.01~0.04)%FS之间。当流量为下限流量时,因零点不稳定性引入的误差是很可观的,所以仪表选用时,应将口径选得尽可能小一些,这样可将零点不稳定度得数值减小,提高实际得到的测量精确度,但压力损失增加。

   科氏力质量流量计的范围度大部分在10∶1~50∶1之间,有些则高达100∶1~150∶1。基本误差与范围度有关,例如Micro Motion公司D系列产品在10∶1时为±0.36%R,20∶1时为±0.58%R。

h.流量范围和压力损失。在科氏力质量流量计的选型计算中,压力损失是需要给予特别关注的指标,尤其是被测流体黏度较高的情况下,仪表的压力损失比其他原理流量计高得多。如果所选定的流量计其流量测量的范围能满足需要,但在需要测量的最大流量附近压损大于工艺专业允许压损,就会导致因阻力过大而影响流体输送。解决这一矛盾的方法有两个,其一是提高输送泵的扬程,这必将增加动力损耗。如无可能,只得牺牲测量精确度,将流量计口径换大。

   各型号的传感器在其技术指标中,都会给出传感器的压损与流体质量流量、流体黏度之间的对应曲线图,这些压损曲线是根据理论计算与实验数据相结合而绘制棏图中所有曲线都是在介质密度为1000kg/m3的条件下得出的,而且都给出了几种黏度参数在全流量范围内的传感器压损。图3.48是流量传感器的一张典型压损曲线图。图中mPa·s =1mPa·s相当于常温下水的黏度, =0.1mPa·s相当于大部分气体的黏度。这两根曲线是斜率较大的直线,表示在图示的流量范围内,流动处于紊流状态,压损 同流量qm之间基本为平方关系。 500mPa·s是高黏度流体,相应的曲线是斜率较小的直线,表示在图示的流量范围内,流动处于层流状态,压将同流量之间呈线性关系。 25mPa·s和 mPa·s是中等黏度曲线,分别由斜率不同的两段直线组成,每条折线的节点,表示层流与紊流的临界流量点。

           图3.48D150流量传感器压损线列图( 为动力黏度,单位为mpa·s)

  当实际介质密度不为1000kg/m3或实际黏度与图中标注黏度不相同时,就要进行换算,具体换算方法可参阅[25]第104页。

   i.液固混合流的流量。科氏力质量流量计测量含有少量固体的液体流量时,一般都能取得很好的成绩,但当流体中的固体具有强磨蚀作用或为软固体时,就应当按流体的特点选用合适类型的测量管。

  固体含量较高或含有软固体的流体,很容易在测量管中堵塞。对于双管型测量管,测量管的内径一般不到仪表名义口径的一半,是易堵的原因之一,其次是测量管的形状,在各种形状的测量管中,直形管最不容易堵塞。另外,流体的特性也很重要,有些流体中的固形物由于外形尺寸较大,相互之间摩擦系数大,非常容易堵塞。

  测量管一旦被堵塞,如果测量管形状是弯曲的,则疏通非常困难,因此最好的办法是选用直形测量管。

  有文献报道[26],用科氏力质量流量计测量沥青石墨糊流量,也工作的很好,但缺少经长时间运行后测量管磨蚀情况数据和仪表精确度变化数据。有的文献介绍用垂直安装的直形测量管测量磨蚀作用强的流体,效果最好。

   j.高黏度流体的测量。原油、重油、渣油等具有较高黏度的液体,以前大多采用容积式流量计、靶式流量计等测量流量,现在已有很多改用科氏力质量流量计,可靠性好,准确度高。流量计配以伴热保温,即使仪表为间歇使用也不致凝结堵塞。但也存在一些须注意的问题,如介质黏度较高,容易在测量管管壁上黏结,形成“挂壁”现象,从而对测量管的振动频率产生影响,降低测量准确度。当工艺条件为间歇进料时,这一问题更要予以注意。“挂壁”问题主要通过管线吹扫和良好的伴热保温来解决。因此在安装时就得配置适当的清扫系统和伴热保温系统。

   高黏度流量测量的另一个问题是在黏度较高时仪表压力损失大,在同一个流量条件下,黏度越高压损越大。此黏度高到一定程度就要影响流体输送,为了防止此有害情况的出现,需要监视流体温度。简单的办法是将流量计输出通道中的一个组态用于流体温度显示报警。

   伴热保温的方法常用的有电热带和蒸汽。有的文献建议不要采用电热带,因为电热带伴热易因供热过多导致传感器线圈过热,而用蒸汽伴热,因伴热管中蒸汽已进入饱和状态,在采用中低压蒸汽伴热的情况下,即使传感器箱体内温度升到与饱和蒸汽温度一样高,也不致达到烧毁线圈的温度。

  k.含气液体的测量。制造商通常声称含有百分之几体积比游离气体的液体对流量示值影响不大,但其影响值无具体数据。然而有关文献提供的信息表明,液体中含有游离气体对流量示值的影响,不同设计的仪表差异很大,流体的压力、流速、黏度、气体在液体中的分布状态等不同,带来的影响也不一样。因此,最好在流量计上游加装消气器。

  l.温度对流量示值的影响。流体温度和环境温度的变化都会对仪表的示值产生影响,尽管流量计中已对测量管温度作了测量,并以对此影响作了补偿,因为补偿无法做到恰到好处。这种影响是通过测量管的弹性模数起作用的。有的制造商做过温度影响试验,所以能够提出影响量指标,还有不少制造商提不出影响量指标。表3.10列出了部分产品的介质温度影响量。由于出厂检验所用介质是常温条件下的水,如果实际使用时介质温度较高,则造成的实际影响是可观的。

  表3.10  介质压力、温度变化对流量示值的影响

传感器型号

介质压力变化影响量/%实际流量·psi-1

介质温度变化影响量/%额定流量·℃-1

DS300S,DS300H

DS600S

DS300Z

DL100

DL200

-0.009

-0.005

-0.009

-0.005

-0.009

±0.004

±0.004

±0.004

±0.002

±0.004

注:1psi=6894.76Pa。

m.压力对流量示值的影响。早期仪表制造商的样本和使用说明书等技术文件通常声称科氏力质量流量计的流量示值不受流体温度、压力、密度和黏度变化的影响,然而使用实践证明并非如此。这种流量计因为测量精确度较高,有很大部分用于贸易交接。一根管道将交接双方连接起来,在供需双方各装一套流量计,而且往往是同一制造厂的同一型号规格产品。由于输送距离较远,流体的温度、压力、密度、黏度等参数都会有一定变化,于是引发计量差量[27][28],制造厂处于非常被动的地位,只得投入人力财力作进一步研究,并收到 一定效果。例如Micro Motion公司在其新的样本中对其不同型号的产品的流体静压影响作了表述。表3.10所列是部分产品介质压力变化影响和介质温度变化影响。由于出厂检验时所用的压力是0.1~0.2MPa,所以在实际使用压力较高时,造成的实际影响也是可观的。对压力影响进行补偿的常用方法有两个,一是在线补偿,适用于流量变送器中带有压力补偿功能的产品,另装一台压力变送器,并将型号送入流量转换器,然后在转换器组态时指定补偿功能和压力信号对应的上下限压力值[28]。另一方法是离线补偿,适用于压力较稳定的对象,从常用压力值计算出流量校正值,然后在转换器组态中将流量标定系数予以校正。温度变化其因影响值是正负双向,还不能予以校正。

  n.密度对流量示值的影响。流体密度变化对流量示值的影响虽不很大,但在精密计量中仍需引起注意。Danfoss公司对自己的科氏力质量流量计产品所作的试验也证明存在密度影响。10mm口径仪表,介质密度为2kg/L的流量示值与1kg/L相比,相差-0.1%;0.5kg/L介质与1kg/L相比,相差+0.06%。

   对密度影响进行补偿的前提条件是制造商提供密度影响量的数据,其次是掌握具体测量对象的流体密度,然后计算校正值予以校正。

  o.密度输出信号用于判断流体品质或类别。经科氏力质量流量计测量的流体有时品质会发生变化,这种品质的变化往往表现为流体密度的变化,于是利用流量计的密度测量功能同具有逻辑判断功能的显示、控制仪表(计算机)配合,可对此品质进行监视。例如待测流体存放在储罐中,料液和料中所含水分在罐中分层,罐中料液经流量计计量发往另一设备或工序时,在料液即将抽尽前,先是料液和水的过渡层进入流量计,这时仪表的密度示值会有明显变化,从而关闭阀门,确保料液品质。

   p.在液体双组分流测量中的应用。对于互不相溶的双组分液体,设 分别为双组分流体的密度及两种组分各自的密度; 分别为两组分的体积流量百分含量;r1、r2分别为两种组分的质量流量百分含量。于是

 


实际应用中, 值可由质量流量计测得, 是已知的或经化验可得到的。也是可导出

                                               (3.78)

                                                 (3.79)

                                          (3.80)

                                          (3.81)

设双组分流体的总质量流量为qm,两种组分的质量流量分别为qm1和qm2,则

         qm1=qmr                                   (3.82)

         qm2=qmr2                                    (3.83)

 q.水锤现象及对策。在批量操作过程中,若调节阀安装在流量计下游,这时要注意防止当阀门快速切断时在管路中出现强烈的“液压撞击”(即“水锤”)现象,以免损坏流量计流过时流速高,因而具有很高的动能。为此,流量计下游阀门的设置应有分段(多级)关闭能力,避免下游阀门突然关闭时,造成“水锤”现象。

 r.密度切除功能的应用。密度切除功能是科氏力质量流量计所特有的功能,利用这一功能可以有效地防止“虚量”,确保流量地准确性。

  所谓密度切除功能就是根据具体被测流体可能达到地密度范围,确定密度下限值和上限值,当测量管内被测介质地密度不在这个范围之内时,变送器就“认为”被测介质流动异常而置流量输出为零。例如,某种轻质油在工况下地密度为0.85kg/L,工况变化造成地介质密度正常波动范围为±0.05kg/L,这样可将密度测量范围设定在0.75~0.95kg/L。这样的设定既可保证在测量管内充满介质时流量计有正确的输出,又可有效地防止易汽化地介质在停输时来回涌动而产生错误地流量指标。

  s.典型故障及其处理。下面是文献[25]提供的几个实例,有启发和参考价值。

  例1  某公路发油站采用科氏力质量流量计作为定量控制计量表,在给汽车槽车发油的过程中常出现忽多忽少的现象,但流量计的检定结果是合格的。经过现场仔细的分析后发现,位于流量计下游的电磁阀的快速关闭造成了强烈的流体液压撞击,对传感器工作的影响很大。若将流量计和电磁阀换位(即让电磁阀在前,流量计在后),就隔断了电磁阀关闭对流量计的影响,从而使流量计的工作情况恢复正常。

 例2  某台科氏力质量流量计在使用过程中经常出现虚计量现象,即管道中没有流量时,流量计的累积数会发生变化。经过现场仔细检查后发现,传感器两端的安装支撑不符合要求,一是两端支撑不等距,二是支撑的底部与地面悬空,没有牢固连接。在采取措施使传感器两端支撑的安装符合要求后,流量计计量情况恢复正常。

 例3  某台科氏力质量流量计液化石油气,其正常密度在0.52~0.56kg/L之间,但在测量过程中,时常出现密度显示低于0.5kg/L。此时,即使管道中无流体流过,流量计也可能出现正负方向虚流量,累积值有增有减。造成这种现象的主要原因是流量计背压不足,液化气汽化,介质气液两相比超过了规定范围,以致不符合流量计正常使用的要求。目前解决的办法一般有两个,一是提高工艺管线的压力及流量计的背压,避免工艺介质产生汽化;二是采用小流量、低密度切除功能,即让流量计在低于指定的流量时不进行计量,或利用科氏力质量流量计具有能根据被测介质的密度范围进行选择计量的功能,使流量及在介质密度低于某一范围时不进行计量。

例如4 某台科氏力质量流量计在运行期间,其计量值与油罐检测计量结果偏差较大。经检查发现,传感器安装位置与泵房距离太近,当两台泵同时工作时,振动过大,影响了传感器的稳定工作。当将传感器移到远离振源的地方以后,情况恢复了正常。

  例5  某台科氏力质量流量计测量90#汽油,当流量上升到60t/h以上时,流量计显示的密度值为1~3g/cm3并显示“Dens Overing ”、“Sensor Error”故障指示,一旦流量降下来后,一切又恢复正常。经过现场仔细检查,认为传感器的安装以及现场应用环境等均没有问题。在将流量计拆回检定过程中发现,传感器“Y”型流量分配器的入口处卡进了两块鹅卵石,估计是由工艺管线施工时带进的,取出后,流量计检定合格,现场使用良好。

  由上述实例可见,正确的安装、合理的工艺管线配置、良好的应用环境等对质量流量计的正常工作是十分重要的。

 

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