導致科氏質量流量計測量不準的原因簡單分析一下

         摘   要：隨著油氣管道業快速發展，油品交易日益增多，流量計的重要性日益突出。科氏流量計可以直接顯示質量流量、密度以及溫度，有著廣闊的應用前景。文中從介紹科氏流量計組成、工作原理入手，以提高質量流量計的測量準確度為目的，結合實際工作，通過分析零點不穩定度、油品含氣等對流量計測量精度的影響，提出了安裝、調零、選取合適的流量范圍、后期維護等方面的處理方法，提高了質量流量計的準確度。
    國內外石油天然氣管道輸送行業發展迅猛。管道輸送一般采用流量計動態計量，當供需雙方進行貿易交接時，必須確保流量計的準確測量，科氏流量計具有很高的測量準確度，因此在過程控制、貿易交接等方面得到廣泛的應用，具有抗磨損、抗腐蝕、可測量多種介質及多個參數等優點。
         1 科氏流量計介紹
        1.1 科氏流量計的結構
        一次表（傳感器）和二次表（流量變送器）構成了科氏流量計。一次表主要包括振動驅動器、信號檢測器、振動管、支撐結構以及殼體等部件。二次表主要包括電子控制系統等，將一次表的信號轉變為質量流量和密度、溫度等參數信號。
                            1.2 科氏流量計的工作原理
                           
                        科氏流量計是以科氏力原理為依據的，系統地了解科氏流量計的原理，就要先了解科氏力效應原理。當物體在1個以角速度ω勻速旋轉圓盤上沿軸心的角度以速度v運動時，其受到切向的力Fc，其大小為Fc=2m×ω×v。
                           
                        如圖1所示，流體進入傳感器時，均等分流到2個U形管中，工作時，驅動線圈則帶動2根U形管上下相互振動。被稱為拾振器的磁鐵線圈組件安裝在敏感管上。其中，線圈被安裝在一根敏感管支架的側面上，磁鐵則被安裝在另一根U形管的支架側面上。拾振線圈在U形管的帶動下運動，產生了正弦波信號。因為磁鐵和線圈是安裝在不同的敏感管上，故產生的正弦信號代表的是一根U形管相對于另一根U形管的運動，2個U形管處在不同位置時所對應不同的正弦波信號。

                        圖1 2個U形管處在不同相對位置時對應的正弦波信號
                           
                        在入口管段和出口管段均安裝有拾振線圈，當沒有流體經過U形管時，不產生科氏力效應，U形管沒有形變，故兩組振線圈產生的正弦波信號始終保持一致。當有流體流經U形管時，會產生科氏力。由于U形管的兩直管段內流體流動方向相反，管壁受到的作用力也相反，即受到一扭轉力矩的作用，從而使U形管之間產生相對扭曲，導致入口端和出口端的拾振線圈產生的正弦信號存在相移，輸入的一邊落后輸出一邊ΔT，ΔT與質量流量成正比，因此通過變送器就可以直接測得流量，這就是科氏流量計的工作原理。
                            質量流量計算的公式：
                                （1）
                            式中：Qm為質量流量；Ks為U形管的彈性模量；r為U形管半徑；ΔT為時間差。
                            2 影響科氏流量計測量精度的原因分析
                           
                        西北成品油管網計量交接中大量使用科氏流量計，下面就針對日常計量工作中影響科氏流量計測量精度的原因匯總分析，并提出相應的解決措施。
                            2.1 零點不穩定度對測量精度的影響分析
                           
                        科氏流量計的零點不穩定度是科氏流量計很重要的衡量指標，它的主要來源是傳感器，在流量計運行以前，沒有物流流動的情況下，2個探測器之間存在一個小的時間差，它是零點漂移的主要因素。
                           
                        在流量計投用之前，科氏流量計需要校零，但是校零結束后，仍然會有剩余偏差，這是由流量計本身的原件產生的，這個偏差就是“零點不穩定度”。一般情況下，它是一個確定的誤差值或者誤差帶。
                            一般情況下，科氏流量計的測量允許zui大誤差為Em：
                                （2）
                            式中：Em為測量允許zui大誤差；Ex為準確度；Q0為零點不穩定度；Q為流量。
                            流量測量相對誤差為
                                （3）
                           
                        流量大于量程的20%時，對測量精度影響不顯著；流量在量程的10%以下時，影響較大；在流量接近0時，相對誤差無限大。
                            2.2 油品含氣對測量精度的影響分析
                           
                        油品含氣時，振動器會受到影響，當氣體體積分數大于5%時，測量結果開始出現誤差；氣體體積分數大于10%時，振動管甚至會停止振動，不能準確測量。
                            2.3 后期維護不當對測量精度的影響分析
                           
                        流量計在運行一段時間后，會發生很多狀況，如出現故障、某些零部件需要更換或維修以及油品雜質的粘附等。這些情況如果處理不當，會對流量計的運行產生影響。例如，對油品雜質處理不及時不*，就會影響流量計的的精度，甚至會造成流量計的損壞。
                            3 影響科氏流量計測量精度的處理措施
                            3.1 針對零點不穩定度影響測量精度的處理措施
                            3.1.1 符合要求的安裝
                           
                        符合要求的安裝是保證流量計的零點不穩定度誤差在一定的范圍內的前提，可以減少壓力、振動、溫度等環境因素引起的管道應力導致的零點偏移。
                           
                        安裝時應注意以下問題：科氏流量計安裝時，前后應該采用支架固定，以消除應力；為滿足零點調整要求，流量計出口應該安裝閥門；流量計應該安裝在管線的低點，以保證管內充滿油；安裝時應該遠離輸油泵等運行聲音較大的干擾源。
                            3.1.2 做好科氏流量計投用前的儀表調零工作
                           
                        儀表校零是流量計投用前的*工作。前面分析可知，傳感器的2個探測器之間即使沒有流體流過，仍然存在ΔT，需要進行儀表校零。進行儀表校零時，如果操作不當會引入新的誤差，所以調零時必須具備以下條件：傳感器里保證充滿介質；傳感器安裝符合要求；調零時，要關閉傳感器下游的閥門，確保傳感器內沒有流體通過。調零的原理就是把2個探測器之間的時間差，存儲在寄存器中，在進行實際測量時，儀表就會自動減去這部分值，以確保測量準確。
                           
                        運行后，當零點示值超過規定的零點漂移極限值時，必須重新調零。需要根據廠家推薦的數據、性能測試或監測、計量交接協議等，確保零點視值在規定的限制范圍內。流量計在調零后需要重新檢定，因此應避免不必要的調零。
                            3.1.3 合適的流量范圍
                           
                        流量計運行在較小流量時，它的誤差較大，因此在實際輸油中，流量要盡量在流量計量程的20%以上，以zui大限度減少零點不穩定度帶來的影響。同時，在流量計的設置方面，要增加小流量切除功能，也就是設置閾值流量。
                           
                        當流量小于設置的閾值流量時，該流量不進行顯示和累計，就達到了減少小流量時帶來的計量誤差的目的。閾值流量可以根據具體情況設定，一般設置在0.1%～1%之間。
                            3.2 針對油品含氣影響測量精度的處理措施
                           
                        通常情況下，油品在進入流量計之前，都會經過消氣器，消除油品本身的所含有的氣體；油品在進入科氏流量計之前，要經過濾器過濾和消氣器消除流體內的氣體，以保證流量計工作的準確度。如果測量的是汽油，還要保持管線內具有一定的壓力，從而避免發生汽化，影響流量計工作。
                            3.3 后期維護的處理措施
                           
                        如果傳感器出現故障，要由廠家人員或者是經過*認可的設備維修人員來維修，否則會使傳感器不能使用。在維修或更換完傳感器后，應當把被修理或者是更換的傳感器新校準系數輸入到科氏流量計的變送器里面，以便與傳感器的特性相匹配，校準系數由廠家提供。科氏流量計重新工作時，應再次調零，重新進行檢定。
                           
                        當發現密度測量出現誤差的時候，很可能是傳感器上面積累了較多的油品雜質。這些雜質的附著，對質量流量和密度的測量精度都有很大的影響。當出現這樣的情況時，就需要清洗管路，清洗完畢后，對流量計進行再次調零和重新檢定，確定新的流量計系數。
                            4 結束語
                           
                        文中在了解成品油計量器具的基礎上，對科氏流量計進行了較詳細的分析，從介紹科氏流量計的基本結構和工作原理入手，主要分析了影響科氏流量計測量精度的因素以及相對應的處理措施，涉及到前期的流量計的選型、投用前的安裝調零和后期的使用維護等多方面。