不同压力下零校准对科里奥利质量流量计测量结果的影响
摘 要：本文通过试验数据说明，不同压力下零校准对科里奥利质量流量计测量结果存在一定影响，流量计零校准应在工况压力下进行。
关键字：压力 零校准 质量流量计
科里奥利质量流量计是对流体质量流量的直接测量，与常用的体积流量仪表相比，具有受温度、压力、粘度、密度、磁场等因素影响小的优点，加之其高准确度、高可靠性、无运动件、低维护量的特点，近十年来科里奥利质量流量计在我国石化企业得到了广泛的应用。
一、零校准的必要性
从测量原理可知，流经质量流量计的流量可以用下式表示：
M=KΔt
式中：K为比例系数；Δt为检测信号间的相位差对应的时间差；M为质量流量。
根据上式，质量流量M=0时Δt=0，但由于振动管激励点与检测点距离、两个信号检测器的物理性能、振动管的各项几何参数均难以做到绝对一致，实际上无流量时Δt=0是做不到的。也就是说在微观观察中，流体静止时，两个检测信号间的相位差很难为零。此外，式中比例系数K受三个因素的影响：（1）振动管的结构参数（振动管的几何形状、管径、壁厚等）；（2）振动管材料的膨胀系数（刚性度）；（3）两个振动管固有谐振频率的一致性。而这三个参数是受温度、压力影响的。正因为如此，仪表厂商为质量流量计设计了一套零校准程序用于对上述影响进行修正。
二、不同压力下零校准对科里奥利质量流量计准确度的影响
关于科里奥利质量流量计的测量受工艺压力影响问题，MICRO MOTION公司曾进行了相应试验，其结果表明，工艺压力会影响科里奥利质量流量计振动管的刚性，进而对科里奥利力产生影响，这一影响与振动管的壁厚/外径比负相关。由于仪表系数是在检定工况下确定的，当工艺压力高于（低于）检定压力时，振动管刚度的轻微变化会使测量结果产生一个负（正）向偏差。设计、制造质量都高的流量计，这一影响是线性的。因此，科里奥利质量流量计振动管的几何形状、直径、管壁厚度因压力效应会对测量准确度造成影响。小口径的传感器受压力影响很小，这是因为管壁厚度和外径的比例很高之故。然而，对于大口径的传感器来说，随着这个比例的降低，压力效应越来越明显。虽然部分供应商报告了工艺压力对测量结果的影响，但不同压力下零校准对测量影响从未见诸报道。为了评价不同压力下零校准对科里奥利质量流量计测量的影响，2001年6月，安徽省大流量检定站就不同压力下零校准对科里奥利质量流量计测量结果的影响做了专门试验。试验在静态质量法标准装置上进行，该装置不确定度为0.05%，试验介质为水。水从30m高的溢流塔下来，流经仪表后再上升5m流到称重罐，因此，关闭仪表上游阀门表内流体压力维持在0.05MPa；关闭仪表下游阀门表内压力维持在0.3MPa。试验选用的是罗斯蒙特大口径质量流量计，一次表型号为DS600，二次表型号为RFT9712。表l、表2是同一台质量流量计分别在工作压力0.3MPa和试验压力0.05MPa下进行零校准后检定的试验数据。
从表1、表2中的数据可清楚地看出，在工作压力、仪表组态参数（即仪表系数）不变的情况下，不同压力下对质量流量计零校准，流量计的测量结果不一样。通过多次试验得出的结论是：当工作中零校准压力低于检定时的零校准压力时，质量流量计会有一个负偏差；反之，当工作中零校准压力高于检定时的零校准压力时，质量流量计产生一正偏差。这种不同压力下零校准产生的偏差重复性很高，因此可以进行修正。
表1 质量流量计在O.3MPa压力下进行零校准后的检定试验数据
|
序号 |
标准装置数据 |
被检仪表数据 |
|||||||
|
测量时间（s） |
质量秤重（kg） |
标准流量（t/h） |
平均流量 |
累计脉冲数（N） |
换算质量（kg） |
基本误差（%） |
平均误差（%） |
重复性 |
|
|
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 |
||||
|
检定结果：最大误差 0.31% 重复性 0.041% |
|||||||||
表2 质量流量计在O.05MPa压力下进行零校准后的检定试验数据
|
序号 |
标准装置数据 |
被检仪表数据 |
|||||||
|
测量时间 |
质量秤重 |
标准流量 |
平均流量 |
累计脉冲数 |
换算质量 |
基本误差 |
平均误差 |
重复性 |
|
|
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 |
||||
|
检定结果：最大误差 -0.22% 重复性 -0.083% |
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三、实际应用
中国石油化工股份有限公司安庆分公司成品油装船出厂使用了9套罗斯蒙特DS600/RFT9712质量流量计，正常装船时油品经过仪表时的压力为0.45MPa左右，不装船时压力为0.05MPa左右，对仪表检定压力与工艺压力之差进行了相应压力补偿。但是原来仪表零校准是在停泵下进行的，即零校准压力为0.05MPa。在此条件下，将流量计计量值与油罐人工检尺量进行比对发现表量普遍偏小0.2%以上。有关仪表技术人员多方寻找差量原因均不得结果。向仪表经销商咨询，答复是仪表工作压力高于检定压力时表计量偏小，可对质量流量计进行压力补偿。但这项补偿已做，简单修改流量系数人为补偿又不合计量法规。此时我们在工况压力下（在开泵装船过程中）对仪表重新零校准，来补偿因零点压力对质量流量计造成的附加误差。如此处理后，流量计量与油罐人工检尺量进行比对便相吻合了。
四、结论
石化行业有大量的质量流量计用于过程控制和贸易交接计量，所以不可忽视不同压力下零校准对质量流量计测量的影响。为了保证质量流量计的准确测量，在现场条件许可的情况下，零校准对压力应尽可能接近工作压力。
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