关键字：管道 科氏流量计 原理 精度 措施

    0 引言

    国内外石油天然气管道输送行业发展迅猛。管道输送一般采用流量计动态计量，当供需双方进行贸易交接时，必须确保流量计的准确测量，科氏流量计具有很高的测量准确度，因此在过程控制、贸易交接等方面得到广泛的应用，具有抗磨损、抗腐蚀、可测量多种介质及多个参数等优点。

    1 科氏流量计介绍

    1.1 科氏流量计的结构

    一次表（传感器）和二次表（流量变送器）构成了科氏流量计。一次表主要包括振动驱动器、信号检测器、振动管、支撑结构以及壳体等部件。二次表主要包括电子控制系统等，将一次表的信号转变为质量流量和密度、温度等参数信号。

    1.2 科氏流量计的工作原理

    科氏流量计是以科氏力原理为依据的，系统地了解科氏流量计的原理，就要先了解科氏力效应原理。当物体在1个以角速度ω匀速旋转圆盘上沿轴心的角度以速度v运动时，其受到切向的力Fc，其大小为Fc=2m×ω×v。

    如图1所示，流体进入传感器时，均等分流到2个U形管中，工作时，驱动线圈则带动2根U形管上下相互振动。被称为拾振器的磁铁线圈组件安装在敏感管上。其中，线圈被安装在一根敏感管支架的侧面上，磁铁则被安装在另一根U形管的支架侧面上。拾振线圈在U形管的带动下运动，产生了正弦波信号。因为磁铁和线圈是安装在不同的敏感管上，故产生的正弦信号代表的是一根U形管相对于另一根U形管的运动，2个U形管处在不同位置时所对应不同的正弦波信号。

图1 2个U形管处在不同相对位置时对应的正弦波信号

    在入口管段和出口管段均安装有拾振线圈，当没有流体经过U形管时，不产生科氏力效应，U形管没有形变，故两组振线圈产生的正弦波信号始终保持一致。当有流体流经U形管时，会产生科氏力。由于U形管的两直管段内流体流动方向相反，管壁受到的作用力也相反，即受到一扭转力矩的作用，从而使U形管之间产生相对扭曲，导致入口端和出口端的拾振线圈产生的正弦信号存在相移，输入的一边落后输出一边ΔT，ΔT与质量流量成正比，因此通过变送器就可以直接测得流量，这就是科氏流量计的工作原理。

    质量流量计算的公式：

        （1）

    式中：Qm为质量流量；Ks为U形管的弹性模量；r为U形管半径；ΔT为时间差。

    2 影响科氏流量计测量精度的原因分析

    西北成品油管网计量交接中大量使用科氏流量计，下面就针对日常计量工作中影响科氏流量计测量精度的原因汇总分析，并提出相应的解决措施。

    2.1 零点不稳定度对测量精度的影响分析

    科氏流量计的零点不稳定度是科氏流量计很重要的衡量指标，它的主要来源是传感器，在流量计运行以前，没有物流流动的情况下，2个探测器之间存在一个小的时间差，它是零点漂移的主要因素。

    在流量计投用之前，科氏流量计需要校零，但是校零结束后，仍然会有剩余偏差，这是由流量计本身的原件产生的，这个偏差就是“零点不稳定度”。一般情况下，它是一个确定的误差值或者误差带。

    一般情况下，科氏流量计的测量允许最大绝对误差为Em：

        （2）

    式中：Em为测量允许最大绝对误差；Ex为准确度；Q₀为零点不稳定度；Q为流量。

    流量测量相对误差为

        （3）

    流量大于量程的20%时，对测量精度影响不显著；流量在量程的10%以下时，影响较大；在流量接近0时，相对误差无限大。

    2.2 油品含气对测量精度的影响分析

    油品含气时，振动器会受到影响，当气体体积分数大于5%时，测量结果开始出现误差；气体体积分数大于10%时，振动管甚至会停止振动，不能准确测量。

    2.3 后期维护不当对测量精度的影响分析

    流量计在运行一段时间后，会发生很多状况，如出现故障、某些零部件需要更换或维修以及油品杂质的粘附等。这些情况如果处理不当，会对流量计的运行产生影响。例如，对油品杂质处理不及时不彻底，就会影响流量计的的精度，甚至会造成流量计的损坏。

    3 影响科氏流量计测量精度的处理措施

    3.1 针对零点不稳定度影响测量精度的处理措施

    3.1.1 符合要求的安装

    符合要求的安装是保证流量计的零点不稳定度误差在一定的范围内的前提，可以减少压力、振动、温度等环境因素引起的管道应力导致的零点偏移。

    安装时应注意以下问题：科氏流量计安装时，前后应该采用支架固定，以消除应力；为满足零点调整要求，流量计出口应该安装阀门；流量计应该安装在管线的低点，以保证管内充满油；安装时应该远离输油泵等运行声音较大的干扰源。

    3.1.2 做好科氏流量计投用前的仪表调零工作

    仪表校零是流量计投用前的必备工作。前面分析可知，传感器的2个探测器之间即使没有流体流过，仍然存在ΔT，需要进行仪表校零。进行仪表校零时，如果操作不当会引入新的误差，所以调零时必须具备以下条件：传感器里保证充满介质；传感器安装符合要求；调零时，要关闭传感器下游的阀门，确保传感器内没有流体通过。调零的原理就是把2个探测器之间的时间差，存储在寄存器中，在进行实际测量时，仪表就会自动减去这部分值，以确保测量准确。

    运行后，当零点示值超过规定的零点漂移极限值时，必须重新调零。需要根据厂家推荐的数据、性能测试或监测、计量交接协议等，确保零点视值在规定的限制范围内。流量计在调零后需要重新检定，因此应避免不必要的调零。

    3.1.3 合适的流量范围

    流量计运行在较小流量时，它的误差较大，因此在实际输油中，流量要尽量在流量计量程的20%以上，以最大限度减少零点不稳定度带来的影响。同时，在流量计的设置方面，要增加小流量切除功能，也就是设置阈值流量。

    当流量小于设置的阈值流量时，该流量不进行显示和累计，就达到了减少小流量时带来的计量误差的目的。阈值流量可以根据具体情况设定，一般设置在0.1%～1%之间。

    3.2 针对油品含气影响测量精度的处理措施

    通常情况下，油品在进入流量计之前，都会经过消气器，消除油品本身的所含有的气体；油品在进入科氏流量计之前，要经过滤器过滤和消气器消除流体内的气体，以保证流量计工作的准确度。如果测量的是汽油，还要保持管线内具有一定的压力，从而避免发生汽化，影响流量计工作。

    3.3 后期维护的处理措施

    如果传感器出现故障，要由厂家人员或者是经过授权认可的设备维修人员来维修，否则会使传感器不能使用。在维修或更换完传感器后，应当把被修理或者是更换的传感器新校准系数输入到科氏流量计的变送器里面，以便与传感器的特性相匹配，校准系数由厂家提供。科氏流量计重新工作时，应再次调零，重新进行检定。

    当发现密度测量出现误差的时候，很可能是传感器上面积累了较多的油品杂质。这些杂质的附着，对质量流量和密度的测量精度都有很大的影响。当出现这样的情况时，就需要清洗管路，清洗完毕后，对流量计进行再次调零和重新检定，确定新的流量计系数。

    4 结束语

    文中在了解成品油计量器具的基础上，对科氏流量计进行了较详细的分析，从介绍科氏流量计的基本结构和工作原理入手，主要分析了影响科氏流量计测量精度的因素以及相对应的处理措施，涉及到前期的流量计的选型、投用前的安装调零和后期的使用维护等多方面。