摘 要：本文從廣州石化馬—廣長輸管線原油末站增設質量流量計項目的背景入手，闡述了選用HKC質量流量計的原因，探討了質量流量計的選型、安裝方式對測量數據的影響，并詳述了質量流量計的應用情況及取得的效果。

關鍵字：HKC 質量流量計 原油 數據交接

    1 引言

    長期以來，在石化系統原油采用罐檢尺計量交接、或采用體積式流量計加體積管在線檢定的方式進行交接的情況較為常見。由于以往大口徑質量流量計發展還不夠成熟，因此質量流量計在石化系統中一般只用作監督計量的手段，用于數據交接計量的情況較為鮮見。隨著大口徑質量流量計技術發展日臻成熟，用質量流量計作原油交接的準確性、可靠性和便捷性不斷提高。2013年初，廣州石化斥資在“馬—廣長輸管線原油末站”增設了3套HKC質量流量計和一套作為標準流量計（俗稱金表）進行在線校準的CMFHC3質量流量計，取得了較好的效果。

    2 背景

    廣州石化在“馬—廣長輸管線原油末站”貯運部區域原設有三臺體積式流量計和一臺作為在線校準標準表使用的渦輪流量計，該體積流量計的計量準確度為±0.2%。近年來，由于公司精細化管理的要求越來越高，上述計量設施與實際管理需求存在明顯差距。同時，廣州石化由于煉進口油，原油品種多、原油特性變化大，用體積流量計計量難以完成總部下達0.1%的儲耗指標。另外，因原有計量設施準確度達不到管理要求，負責輸送原油的華德公司僅能計算碼頭首站原油罐的儲存損耗，接收原油的廣州石化貯運部也僅計算原油罐區收油后的貯存損耗，而近180公里長輸管線的原油輸送是否產生損耗難以確定，因此，華德公司與貯運部在原油儲耗方面的管理責任無法界定，廣州石化整體的原油儲耗損失也難以準確計算，為企業降低原油加工損失、提高經濟效益帶來極大困擾。本項目通過測量設備升級（體積流量計升級為HKC質量流量計），開發測量系統軟件并組織技術攻關，達到用質量流量計進行數據交接，劃清各段原油儲耗界面，從而降低原油儲運損失的目標。

    3 HKC質量流量計原理和特點

    3.1 質量流量計工作原理

    科里奧利質量流量計工作原理都是依據牛頓第二運動定律，即力=質量×加速度（F=ma）制成的。儀表的測量管在電磁驅動系統的驅動下，以它固有的頻率振動。液體流過測量系統時，測量管會發生扭曲，產生科里奧利效應。測量管扭曲的程度與流體的質量流量成正比，位于測量管兩側的電磁感應器用于測量上下兩個力的作用點上管子的振動速度，管子扭曲引起兩個速度信號之間出現時間差，感應器把這個信號傳送到變送器，變送器對信號進行處理并直接將信號轉換成質量流量。工作原理如圖1、圖2所示。

（a）無流量狀態下振動      （b）有流量狀態下振動

圖1 測量管工作原理圖

（a）相位差測量原理圖       （b）流量測量原理圖

圖2 流量計工作原理圖

    3.2 HKC質量流量計特

    （1）測量范圍大。在正常壓損狀態下最大流量可超過1500t/h。

    （2）測量準確度高。全量程測量準確度達千分之一（0.1%），滿足精細化管理要求。

    （3）具有注冊專利的測量管分管設計，確保在任何安裝條件下分流均勻。

    （4）采用數字式（MVD）變送器，大大提高了測量小流量的能力，使得在很寬的量程比內保證計量準確度。

    （5）由于彎管傳感器的流量管與工藝管道不在同一軸線上，加上高準傳感器抗應力的設計，因此應力和振動不易傳入，流量計前后均不需要直管段，滿足任何安裝場合。

    （6）抗震動性能較好。高準彎管傳感器的振動頻率一般低于200Hz。直觀上好像低頻振動的傳感器容易受到現場管道振動的影響。其實不然，因為首先流量管不僅僅只受到與其振動頻率一樣的管道振動頻率（如振動在100Hz的流量管不僅僅只受到100Hz的管道振動影響），還會受到其振動頻率的各次諧波的影響。流量計抗振動的好壞，要看其能否在各次諧波都能夠抗振。HKC質量流量計通過對傳感器形狀的設計和驅動模式的優化，使傳感器在各次諧波上受影響的頻帶極窄，而來自工藝管道的振動頻率是隨機變化的，因此影響的概率極低。

    （7）壓損低。在相近口徑下，HKC流量傳感器的實際內徑較大，而壓損與流量計內徑成四次方倒數的關系，因此在相同質量流量下，HKC測量管內的流速會較低，滿足安全流速的要求，同時由于壓損較低，會降低日常運作成本，達到節能的效果。

    4 儀表選型

    馬—廣長輸管線原油末站增設質量流量計項目的工藝條件見表1所示。

表1 原油末站工藝設計條件

    根據目前實際原油進廠流量范圍以及考慮往后裝置增加處理量后具備更高的原油輸送能力，對原油末站三條輸油管線的質量流量傳感器選擇為HKC型傳感器。基于表1的工藝條件，經計算確定當最大壓損為50kPa時對應每臺流量計輸送流量達到1100m³/h，輸送總量可達3300m³/h，完全可以滿足生產需要。

    作為現場在線校準標準表使用的高準確度流量計選用萬分之五（0.05%）準確度的CMFHC3型質量流量計，主要考慮為：

    （1）準確度高、穩定性好，尤其具有更好的小流量精度。

    （2）重量相對較輕，方便定期拆卸清洗及溯源檢定。

    （3）能夠滿足對當前HC4最大操作流量的比對校準。

    （4）可節省項目投資。

    另外，為方便日常維護及優化儀表的校準管理，對全部4臺流量計均選擇了智能儀表在線自校驗功能（SmartmeterverificationR）。可定期對上述4臺質量流量計進行自校驗測試，以監視流量傳感器校準系數是否發生遷移。

    每臺流量變送器都配有無線THUM適配器，采用WirelessHart通訊模式，主要用于現場儀表運行監控及設備管理，同時可作為Modbus數據傳輸的冗余配置。

    5 流量計安裝方式

    經現場勘察，比較可行的方法是在原有的3臺體積流量計安裝位置，用3臺HKC型質量流量計進行原地替換，各條管線上原有的消氣器及過濾器予以保留。質量流量計采用旗式安裝。雖然該種安裝方式現場工程量相對較大，但可防止流量計測量管內雜質積聚和避免集氣等因素的影響。安裝示意圖見圖3，圖4。

圖3 流量計現場安裝圖

圖4 流量計現場安裝示意圖

    6 系統功能

    （1）三路管線共配置3臺HKC+2700，流量計上游分別安裝壓力變送器、下游分別安裝一體化溫度變送器，可進行動態壓力補償和標準密度換算。

    （2）配置1臺CMFHC3+2700作為標準表，同時配備溫度、壓力變送器，通過管線切換，可分別對3臺HKC流量計進行在線校準、比對，以確認各臺流量計的準確性。

    （3）流量計測量數據通過Modbus傳送至現有的產品進出廠計量監控及數據采集系統以及計量信息管理系統，可隨時隨地在互聯網上監控流量計的運行情況。

    （4）系統采用THUM+1420+AMS的無線HART架構，主要用于現場儀表運行監控及設備管理，同時可作為Modbus數據傳輸的冗余配置。

    7 系統應用情況

    廣州石化“馬—廣長輸管線原油末站增設質量流量計”項目從2012年9月開始實施，至2013年2月完成中交并投入試運行。該項目投用以前，原用的體積流量計與原油末站罐區檢尺數差異較大，主要原因有以下幾個方面：（1）計量設施不滿足需要。原來使用的刮板式流量計存放及使用時間較長，加上設計的刮板間隙只適用于某一粘度的油種，而廣州石化加工的油種變化大且比較頻繁，體積式流量計的準確度已遠不能滿足現階段精細管理的需求。（2）油罐測溫不準確的影響。油罐的油溫測量是否準確對于油罐檢尺計量影響甚大，對于同一油罐，油溫相差1℃可導致質量相差0.08%。我們在數據跟蹤比對過程中，發現原油首站8#油罐（油質較差、較重且沒有攪拌器）使用的雷達測溫比人工測溫偏低3.6℃，僅此一罐次就會造成原油計算偏差42噸，這就說明了原油的不均勻會影響測溫并存在不確定性。原油末站一直以來都是原油進罐后進行加熱和脫水處理，油溫的測量點在罐的底部（罐內沒有攪拌器），由于底部測溫點靠近加熱管，因此測得的油溫肯定比整罐平均油溫高，最終影響原油罐收付量。（3）原油含水的影響。對于較差的原油，例如混合進口油、馬林油、奎都油等等，油中的游離水和油中含水是難以準確檢測的，由于檢測數據不準確容易造成收油量計算偏差。（4）密度測量影響。原油末站油罐收到的原油是多個油種的混合物，經常有三種以上的混合油種，采樣代表性很難準確。（5）操作方面的影響。由于在華德公司首站缺少加熱脫水的措施，因此末站承擔了所有原油的脫水任務。同時由于廣州石化現有罐容滿足不了生產的需求，一直以來都是采取邊進罐邊加溫邊脫水的綜合操作，較大地影響了原油進罐的計量準確性，造成罐計量誤差較大。

    馬—廣長輸管線原油末站增設質量流量計項目投用后，由于HKC質量流量計不受介質溫度、密度、粘度以及操作等因素的影響，計量數據的準確性、可靠性得到了極大的提高，采用流量計進行數據交接成為首選方式。

    7.1 項目改造前原油末站罐區、體積流量表對比情況

    2012年5月份原油末站升級改造項目投用以前，全月體積流量計計算的凈油量為1074742.896噸，罐區檢尺計算的凈油量為1088688.846噸，兩者相差-13945.95噸，差率達-1.30%。具體每日對比數據見表2所示。

表2 改造前原油末站罐區、流量表對比情況

    7.2 項目改造后原油末站罐區、HKC質量流量計對比情況

    2013年5月份安裝質量流量計項目完成投用后，新安裝的HKC質量流量計與原油末站罐區檢尺數差異大大減少。5月份全月質量流量計計算的凈油量為413156.000噸，罐區檢尺計算的凈油量為413246.337噸，兩者相差只有-90.337噸，差率為-0.02%。具體每日對比數據見表3所示。

表3 改造后原油末站罐區、流量表對比情況

    7.3 HKC流量計在線校準數據情況

    為了進一步驗證HKC質量流量計及計量系統的準確性和穩定性，我們于2月5日、2月25日和6月3日分別組織儀表維護人員用準確度為萬分之五（0.05%）的金表對三臺質量流量計進行了在線校準。在工況流量下，1#、2#、3#流量計校準結果平均偏差分別為：-0.04%、-0.08%、0.02%；最大偏差分別為：-0.06%、-0.1%、0.07%。校準數據原始記錄（3#流量計）如表4所示。

表4 原油末站3#流量計在線校準原始記錄

    8 應用效果

    廣州石化“馬—廣長輸管線原油末站增設質量流量計”項目施工完成后，3臺HKC質量流量計正常投入運行，取得顯著效果。

    （1）計量準確度得到極大提高。從上述對比表格可以看出，使用HKC質量流量計后，原油末站罐區與流量計對比偏差從1.0%以上降到了0.1%以下。詳見表2、表3和表4。

    （2）以長輸管線原油末站HKC質量流量計進行進廠原油數據交接，劃清了華德公司與貯運部之間原油儲存損耗的界面，明確了華德公司和貯運部在原油儲耗方面的管理責任，加強了原油儲耗監督管理，避免了出現計量糾紛。

    （3）質量流量計的準確運行，真實反映了廣州石化整體的原油儲存損耗，為進一步降低原油加工損失、提高企業經濟效益夯實了基礎。

    （4）高準確度計量設施的配置和應用，與公司精細化管理相適應，能順利完成總部下達的原油儲耗指標。

    （5）采用質量流量計進行數據交接，減少了崗位用工人數，節約了人工成本。同時減少了工人上罐檢尺和采樣的頻率，減輕了操作工人的勞動強度。

    （6）實現對原油長輸管線的流量、壓力、溫度等參數進行準確監控，隨時了解長輸管線參數的運行情況，及時發現長輸管線泄漏等事故，消除安全隱患，避免再次發生中石化青島“11?22”原油輸送管線泄漏爆燃等類似事故，確保安全生產。

    9 結束語

    隨著質量流量計數字化、智能化的不斷發展，采用大口徑質量流量計作原油數據交接的優越性日益明顯。廣州石化在馬—廣長輸管線原油末站安裝三套HKC后，經過跟蹤比對和在線校準，確認計量系統數據準確可靠，取得了預期的效果。