不同壓力下零校準對科里奧利質量流量計測量結果的影響
摘 要：本文通過試驗數據說明，不同壓力下零校準對科里奧利質量流量計測量結果存在一定影響，流量計零校準應在工況壓力下進行。
關鍵字：壓力 零校準 質量流量計
科里奧利質量流量計是對流體質量流量的直接測量，與常用的體積流量儀表相比，具有受溫度、壓力、粘度、密度、磁場等因素影響小的優點，加之其高準確度、高可靠性、無運動件、低維護量的特點，近十年來科里奧利質量流量計在我國石化企業得到了廣泛的應用。
一、零校準的必要性
從測量原理可知，流經質量流量計的流量可以用下式表示：
M=KΔt
式中：K為比例系數；Δt為檢測信號間的相位差對應的時間差；M為質量流量。
根據上式，質量流量M=0時Δt=0，但由于振動管激勵點與檢測點距離、兩個信號檢測器的物理性能、振動管的各項幾何參數均難以做到絕對一致，實際上無流量時Δt=0是做不到的。也就是說在微觀觀察中，流體靜止時，兩個檢測信號間的相位差很難為零。此外，式中比例系數K受三個因素的影響：（1）振動管的結構參數（振動管的幾何形狀、管徑、壁厚等）；（2）振動管材料的膨脹系數（剛性度）；（3）兩個振動管固有諧振頻率的一致性。而這三個參數是受溫度、壓力影響的。正因為如此，儀表廠商為質量流量計設計了一套零校準程序用于對上述影響進行修正。
二、不同壓力下零校準對科里奧利質量流量計準確度的影響
關于科里奧利質量流量計的測量受工藝壓力影響問題，MICRO MOTION公司曾進行了相應試驗，其結果表明，工藝壓力會影響科里奧利質量流量計振動管的剛性，進而對科里奧利力產生影響，這一影響與振動管的壁厚/外徑比負相關。由于儀表系數是在檢定工況下確定的，當工藝壓力高于（低于）檢定壓力時，振動管剛度的輕微變化會使測量結果產生一個負（正）向偏差。設計、制造質量都高的流量計，這一影響是線性的。因此，科里奧利質量流量計振動管的幾何形狀、直徑、管壁厚度因壓力效應會對測量準確度造成影響。小口徑的傳感器受壓力影響很小，這是因為管壁厚度和外徑的比例很高之故。然而，對于大口徑的傳感器來說，隨著這個比例的降低，壓力效應越來越明顯。雖然部分供應商報告了工藝壓力對測量結果的影響，但不同壓力下零校準對測量影響從未見諸報道。為了評價不同壓力下零校準對科里奧利質量流量計測量的影響，2001年6月，安徽省大流量檢定站就不同壓力下零校準對科里奧利質量流量計測量結果的影響做了專門試驗。試驗在靜態質量法標準裝置上進行，該裝置不確定度為0.05%，試驗介質為水。水從30m高的溢流塔下來，流經儀表后再上升5m流到稱重罐，因此，關閉儀表上游閥門表內流體壓力維持在0.05MPa；關閉儀表下游閥門表內壓力維持在0.3MPa。試驗選用的是羅斯蒙特大口徑質量流量計，一次表型號為DS600，二次表型號為RFT9712。表l、表2是同一臺質量流量計分別在工作壓力0.3MPa和試驗壓力0.05MPa下進行零校準后檢定的試驗數據。
從表1、表2中的數據可清楚地看出，在工作壓力、儀表組態參數（即儀表系數）不變的情況下，不同壓力下對質量流量計零校準，流量計的測量結果不一樣。通過多次試驗得出的結論是：當工作中零校準壓力低于檢定時的零校準壓力時，質量流量計會有一個負偏差；反之，當工作中零校準壓力高于檢定時的零校準壓力時，質量流量計產生一正偏差。這種不同壓力下零校準產生的偏差重復性很高，因此可以進行修正。
表1 質量流量計在O.3MPa壓力下進行零校準后的檢定試驗數據
|
序號 |
標準裝置數據 |
被檢儀表數據 |
|||||||
|
測量時間（s） |
質量秤重（kg） |
標準流量（t/h） |
平均流量 |
累計脈沖數（N） |
換算質量（kg） |
基本誤差（%） |
平均誤差（%） |
重復性 |
|
|
1 |
26.945 |
3035.14 |
405.51 |
404.56 |
109198 |
3033.29 |
-0.07 |
-0.07 |
0 |
|
26.949 |
3025.63 |
404.18 |
108849 |
3023.59 |
-0.07 |
||||
|
27.029 |
3033.14 |
403.98 |
109121 |
3031.15 |
-0.07 |
||||
|
2 |
35.960 |
3080.19 |
308.36 |
309.01 |
110909 |
3080.15 |
0.02 |
0.01 |
0.012 |
|
35.948 |
3088.70 |
309.32 |
111197 |
3088.81 |
0 |
||||
|
36.019 |
3095.21 |
309.36 |
111441 |
3095.59 |
0.01 |
||||
|
3 |
53.983 |
3073.68 |
204.98 |
204.74 |
110755 |
3076.53 |
0.09 |
0.10 |
0.030 |
|
53.943 |
3066.68 |
204.66 |
110553 |
3070.92 |
0.13 |
||||
|
54.025 |
3070.18 |
204.58 |
110621 |
3072.81 |
0.08 |
||||
|
4 |
53.992 |
1571.38 |
104.77 |
105.14 |
56737 |
1576.03 |
0.29 |
0.31 |
0.041 |
|
53.987 |
1578.39 |
105.25 |
56984 |
1582.89 |
0.28 |
||||
|
53.963 |
1579.89 |
105.40 |
57079 |
1585.53 |
0.35 |
||||
|
檢定結果：最大誤差 0.31% 重復性 0.041% |
|||||||||
表2 質量流量計在O.05MPa壓力下進行零校準后的檢定試驗數據
|
序號 |
標準裝置數據 |
被檢儀表數據 |
|||||||
|
測量時間 |
質量秤重 |
標準流量 |
平均流量 |
累計脈沖數 |
換算質量 |
基本誤差 |
平均誤差 |
重復性 |
|
|
1 |
26.998 |
3070.18 |
409.39 |
408.72 |
110296 |
3063.79 |
-0.22 |
-0.22 |
-0.012 |
|
26.986 |
3062.67 |
408.57 |
110010 |
3055.84 |
-0.30 |
||||
|
27.027 |
3064.67 |
408.21 |
110095 |
3058.20 |
-0.22 |
||||
|
2 |
35.934 |
3099.21 |
310.49 |
310.33 |
111356 |
3093.23 |
-0.20 |
-0.18 |
-0.024 |
|
35.990 |
3102.72 |
310.36 |
111488 |
3096.90 |
-0.19 |
||||
|
36.038 |
3104.72 |
310.14 |
111600 |
3100.01 |
-0.16 |
||||
|
3 |
53.940 |
3036.64 |
202.67 |
202.68 |
109199 |
3033.31 |
-0.11 |
-0.11 |
-0.006 |
|
54.017 |
3042.15 |
202.75 |
109400 |
3036.67 |
-0.11 |
||||
|
54.013 |
3040.14 |
202.63 |
109320 |
1538.67 |
-0.12 |
||||
|
4 |
53.957 |
1538.84 |
102.67 |
102.34 |
55392 |
1533.98 |
-0.02 |
-0.05 |
-0.083 |
|
53.986 |
1533.34 |
102.25 |
55223 |
1527.48 |
0.04 |
||||
|
53.946 |
1529.83 |
102.09 |
54989 |
|
-0.16 |
||||
|
檢定結果：最大誤差 -0.22% 重復性 -0.083% |
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三、實際應用
中國石油化工股份有限公司安慶分公司成品油裝船出廠使用了9套羅斯蒙特DS600/RFT9712質量流量計，正常裝船時油品經過儀表時的壓力為0.45MPa左右，不裝船時壓力為0.05MPa左右，對儀表檢定壓力與工藝壓力之差進行了相應壓力補償。但是原來儀表零校準是在停泵下進行的，即零校準壓力為0.05MPa。在此條件下，將流量計計量值與油罐人工檢尺量進行比對發現表量普遍偏小0.2%以上。有關儀表技術人員多方尋找差量原因均不得結果。向儀表經銷商咨詢，答復是儀表工作壓力高于檢定壓力時表計量偏小，可對質量流量計進行壓力補償。但這項補償已做，簡單修改流量系數人為補償又不合計量法規。此時我們在工況壓力下（在開泵裝船過程中）對儀表重新零校準，來補償因零點壓力對質量流量計造成的附加誤差。如此處理后，流量計量與油罐人工檢尺量進行比對便相吻合了。
四、結論
石化行業有大量的質量流量計用于過程控制和貿易交接計量，所以不可忽視不同壓力下零校準對質量流量計測量的影響。為了保證質量流量計的準確測量，在現場條件許可的情況下，零校準對壓力應盡可能接近工作壓力。
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