流量計:蒸汽流量計|污水流量計|明渠式流量計|電磁流量計|靶式流量計|渦街|渦輪|流量積算儀

精信測器

 

3.3.2石油流量的測量(續1)

  零點不穩定性通常以%FS表示,也有以流量值kg/min表示,零點不穩定度一般在±(0.01~0.04)%FS之間。當流量為下限流量時,因零點不穩定性引入的誤差是很可觀的,所以儀表選用時,應將口徑選得盡可能小一些,這樣可將零點不穩定度得數值減小,提高實際得到的測量精確度,但壓力損失增加。

   科氏力質量流量計的范圍度大部分在10∶1~50∶1之間,有些則高達100∶1~150∶1;菊`差與范圍度有關,例如Micro Motion公司D系列產品在10∶1時為±0.36%R,20∶1時為±0.58%R。

h.流量范圍和壓力損失。在科氏力質量流量計的選型計算中,壓力損失是需要給予特別關注的指標,尤其是被測流體黏度較高的情況下,儀表的壓力損失比其他原理流量計高得多。如果所選定的流量計其流量測量的范圍能滿足需要,但在需要測量的最大流量附近壓損大于工藝專業允許壓損,就會導致因阻力過大而影響流體輸送。解決這一矛盾的方法有兩個,其一是提高輸送泵的揚程,這必將增加動力損耗。如無可能,只得犧牲測量精確度,將流量計口徑換大。

   各型號的傳感器在其技術指標中,都會給出傳感器的壓損與流體質量流量、流體黏度之間的對應曲線圖,這些壓損曲線是根據理論計算與實驗數據相結合而繪制棏圖中所有曲線都是在介質密度為1000kg/m3的條件下得出的,而且都給出了幾種黏度參數在全流量范圍內的傳感器壓損。圖3.48是流量傳感器的一張典型壓損曲線圖。圖中mPa·s =1mPa·s相當于常溫下水的黏度, =0.1mPa·s相當于大部分氣體的黏度。這兩根曲線是斜率較大的直線,表示在圖示的流量范圍內,流動處于紊流狀態,壓損 同流量qm之間基本為平方關系。 500mPa·s是高黏度流體,相應的曲線是斜率較小的直線,表示在圖示的流量范圍內,流動處于層流狀態,壓將同流量之間呈線性關系。 25mPa·s和 mPa·s是中等黏度曲線,分別由斜率不同的兩段直線組成,每條折線的節點,表示層流與紊流的臨界流量點。

           圖3.48D150流量傳感器壓損線列圖( 為動力黏度,單位為mpa·s)

  當實際介質密度不為1000kg/m3或實際黏度與圖中標注黏度不相同時,就要進行換算,具體換算方法可參閱[25]第104頁。

   i.液固混合流的流量?剖狭|量流量計測量含有少量固體的液體流量時,一般都能取得很好的成績,但當流體中的固體具有強磨蝕作用或為軟固體時,就應當按流體的特點選用合適類型的測量管。

  固體含量較高或含有軟固體的流體,很容易在測量管中堵塞。對于雙管型測量管,測量管的內徑一般不到儀表名義口徑的一半,是易堵的原因之一,其次是測量管的形狀,在各種形狀的測量管中,直形管最不容易堵塞。另外,流體的特性也很重要,有些流體中的固形物由于外形尺寸較大,相互之間摩擦系數大,非常容易堵塞。

  測量管一旦被堵塞,如果測量管形狀是彎曲的,則疏通非常困難,因此最好的辦法是選用直形測量管。

  有文獻報道[26],用科氏力質量流量計測量瀝青石墨糊流量,也工作的很好,但缺少經長時間運行后測量管磨蝕情況數據和儀表精確度變化數據。有的文獻介紹用垂直安裝的直形測量管測量磨蝕作用強的流體,效果最好。

   j.高黏度流體的測量。原油、重油、渣油等具有較高黏度的液體,以前大多采用容積式流量計、靶式流量計等測量流量,現在已有很多改用科氏力質量流量計,可靠性好,準確度高。流量計配以伴熱保溫,即使儀表為間歇使用也不致凝結堵塞。但也存在一些須注意的問題,如介質黏度較高,容易在測量管管壁上黏結,形成“掛壁”現象,從而對測量管的振動頻率產生影響,降低測量準確度。當工藝條件為間歇進料時,這一問題更要予以注意!皰毂凇眴栴}主要通過管線吹掃和良好的伴熱保溫來解決。因此在安裝時就得配置適當的清掃系統和伴熱保溫系統。

   高黏度流量測量的另一個問題是在黏度較高時儀表壓力損失大,在同一個流量條件下,黏度越高壓損越大。此黏度高到一定程度就要影響流體輸送,為了防止此有害情況的出現,需要監視流體溫度。簡單的辦法是將流量計輸出通道中的一個組態用于流體溫度顯示報警。

   伴熱保溫的方法常用的有電熱帶和蒸汽。有的文獻建議不要采用電熱帶,因為電熱帶伴熱易因供熱過多導致傳感器線圈過熱,而用蒸汽伴熱,因伴熱管中蒸汽已進入飽和狀態,在采用中低壓蒸汽伴熱的情況下,即使傳感器箱體內溫度升到與飽和蒸汽溫度一樣高,也不致達到燒毀線圈的溫度。

  k.含氣液體的測量。制造商通常聲稱含有百分之幾體積比游離氣體的液體對流量示值影響不大,但其影響值無具體數據。然而有關文獻提供的信息表明,液體中含有游離氣體對流量示值的影響,不同設計的儀表差異很大,流體的壓力、流速、黏度、氣體在液體中的分布狀態等不同,帶來的影響也不一樣。因此,最好在流量計上游加裝消氣器。

  l.溫度對流量示值的影響。流體溫度和環境溫度的變化都會對儀表的示值產生影響,盡管流量計中已對測量管溫度作了測量,并以對此影響作了補償,因為補償無法做到恰到好處。這種影響是通過測量管的彈性模數起作用的。有的制造商做過溫度影響試驗,所以能夠提出影響量指標,還有不少制造商提不出影響量指標。表3.10列出了部分產品的介質溫度影響量。由于出廠檢驗所用介質是常溫條件下的水,如果實際使用時介質溫度較高,則造成的實際影響是可觀的。

  表3.10  介質壓力、溫度變化對流量示值的影響

傳感器型號

介質壓力變化影響量/%實際流量·psi-1

介質溫度變化影響量/%額定流量·℃-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.壓力對流量示值的影響。早期儀表制造商的樣本和使用說明書等技術文件通常聲稱科氏力質量流量計的流量示值不受流體溫度、壓力、密度和黏度變化的影響,然而使用實踐證明并非如此。這種流量計因為測量精確度較高,有很大部分用于貿易交接。一根管道將交接雙方連接起來,在供需雙方各裝一套流量計,而且往往是同一制造廠的同一型號規格產品。由于輸送距離較遠,流體的溫度、壓力、密度、黏度等參數都會有一定變化,于是引發計量差量[27][28],制造廠處于非常被動的地位,只得投入人力財力作進一步研究,并收到 一定效果。例如Micro Motion公司在其新的樣本中對其不同型號的產品的流體靜壓影響作了表述。表3.10所列是部分產品介質壓力變化影響和介質溫度變化影響。由于出廠檢驗時所用的壓力是0.1~0.2MPa,所以在實際使用壓力較高時,造成的實際影響也是可觀的。對壓力影響進行補償的常用方法有兩個,一是在線補償,適用于流量變送器中帶有壓力補償功能的產品,另裝一臺壓力變送器,并將型號送入流量轉換器,然后在轉換器組態時指定補償功能和壓力信號對應的上下限壓力值[28]。另一方法是離線補償,適用于壓力較穩定的對象,從常用壓力值計算出流量校正值,然后在轉換器組態中將流量標定系數予以校正。溫度變化其因影響值是正負雙向,還不能予以校正。

  n.密度對流量示值的影響。流體密度變化對流量示值的影響雖不很大,但在精密計量中仍需引起注意。Danfoss公司對自己的科氏力質量流量計產品所作的試驗也證明存在密度影響。10mm口徑儀表,介質密度為2kg/L的流量示值與1kg/L相比,相差-0.1%;0.5kg/L介質與1kg/L相比,相差+0.06%。

   對密度影響進行補償的前提條件是制造商提供密度影響量的數據,其次是掌握具體測量對象的流體密度,然后計算校正值予以校正。

  o.密度輸出信號用于判斷流體品質或類別。經科氏力質量流量計測量的流體有時品質會發生變化,這種品質的變化往往表現為流體密度的變化,于是利用流量計的密度測量功能同具有邏輯判斷功能的顯示、控制儀表(計算機)配合,可對此品質進行監視。例如待測流體存放在儲罐中,料液和料中所含水分在罐中分層,罐中料液經流量計計量發往另一設備或工序時,在料液即將抽盡前,先是料液和水的過渡層進入流量計,這時儀表的密度示值會有明顯變化,從而關閉閥門,確保料液品質。

   p.在液體雙組分流測量中的應用。對于互不相溶的雙組分液體,設 、 、 分別為雙組分流體的密度及兩種組分各自的密度; 、 分別為兩組分的體積流量百分含量;r1、r2分別為兩種組分的質量流量百分含量。于是

 


實際應用中, 值可由質量流量計測得, 、 是已知的或經化驗可得到的。也是可導出

                                               (3.78)

                                                 (3.79)

                                          (3.80)

                                          (3.81)

設雙組分流體的總質量流量為qm,兩種組分的質量流量分別為qm1和qm2,則

         qm1=qmr                                   (3.82)

         qm2=qmr2                                    (3.83)

 q.水錘現象及對策。在批量操作過程中,若調節閥安裝在流量計下游,這時要注意防止當閥門快速切斷時在管路中出現強烈的“液壓撞擊”(即“水錘”)現象,以免損壞流量計流過時流速高,因而具有很高的動能。為此,流量計下游閥門的設置應有分段(多級)關閉能力,避免下游閥門突然關閉時,造成“水錘”現象。

 r.密度切除功能的應用。密度切除功能是科氏力質量流量計所特有的功能,利用這一功能可以有效地防止“虛量”,確保流量地準確性。

  所謂密度切除功能就是根據具體被測流體可能達到地密度范圍,確定密度下限值和上限值,當測量管內被測介質地密度不在這個范圍之內時,變送器就“認為”被測介質流動異常而置流量輸出為零。例如,某種輕質油在工況下地密度為0.85kg/L,工況變化造成地介質密度正常波動范圍為±0.05kg/L,這樣可將密度測量范圍設定在0.75~0.95kg/L。這樣的設定既可保證在測量管內充滿介質時流量計有正確的輸出,又可有效地防止易汽化地介質在停輸時來回涌動而產生錯誤地流量指標。

  s.典型故障及其處理。下面是文獻[25]提供的幾個實例,有啟發和參考價值。

  例1  某公路發油站采用科氏力質量流量計作為定量控制計量表,在給汽車槽車發油的過程中常出現忽多忽少的現象,但流量計的檢定結果是合格的。經過現場仔細的分析后發現,位于流量計下游的電磁閥的快速關閉造成了強烈的流體液壓撞擊,對傳感器工作的影響很大。若將流量計和電磁閥換位(即讓電磁閥在前,流量計在后),就隔斷了電磁閥關閉對流量計的影響,從而使流量計的工作情況恢復正常。

 例2  某臺科氏力質量流量計在使用過程中經常出現虛計量現象,即管道中沒有流量時,流量計的累積數會發生變化。經過現場仔細檢查后發現,傳感器兩端的安裝支撐不符合要求,一是兩端支撐不等距,二是支撐的底部與地面懸空,沒有牢固連接。在采取措施使傳感器兩端支撐的安裝符合要求后,流量計計量情況恢復正常。

 例3  某臺科氏力質量流量計液化石油氣,其正常密度在0.52~0.56kg/L之間,但在測量過程中,時常出現密度顯示低于0.5kg/L。此時,即使管道中無流體流過,流量計也可能出現正負方向虛流量,累積值有增有減。造成這種現象的主要原因是流量計背壓不足,液化氣汽化,介質氣液兩相比超過了規定范圍,以致不符合流量計正常使用的要求。目前解決的辦法一般有兩個,一是提高工藝管線的壓力及流量計的背壓,避免工藝介質產生汽化;二是采用小流量、低密度切除功能,即讓流量計在低于指定的流量時不進行計量,或利用科氏力質量流量計具有能根據被測介質的密度范圍進行選擇計量的功能,使流量及在介質密度低于某一范圍時不進行計量。

例如4 某臺科氏力質量流量計在運行期間,其計量值與油罐檢測計量結果偏差較大。經檢查發現,傳感器安裝位置與泵房距離太近,當兩臺泵同時工作時,振動過大,影響了傳感器的穩定工作。當將傳感器移到遠離振源的地方以后,情況恢復了正常。

  例5  某臺科氏力質量流量計測量90#汽油,當流量上升到60t/h以上時,流量計顯示的密度值為1~3g/cm3并顯示“Dens Overing ”、“Sensor Error”故障指示,一旦流量降下來后,一切又恢復正常。經過現場仔細檢查,認為傳感器的安裝以及現場應用環境等均沒有問題。在將流量計拆回檢定過程中發現,傳感器“Y”型流量分配器的入口處卡進了兩塊鵝卵石,估計是由工藝管線施工時帶進的,取出后,流量計檢定合格,現場使用良好。

  由上述實例可見,正確的安裝、合理的工藝管線配置、良好的應用環境等對質量流量計的正常工作是十分重要的。

 

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