楊偉雄（中國石化股份有限公司廣州分公司計量管理室，廣東廣州510726）

1 引言

長期以來，在石化系統(tǒng)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(jìn)行交接的情況較為常見。由于以往大口徑質(zhì)量流量計發(fā)展還不夠成熟，因此質(zhì)量流量計在石化系統(tǒng)中一般只用作監(jiān)督計量的手段，用于數(shù)據(jù)交接計量的情況較為鮮見。隨著大口徑質(zhì)量流量計技術(shù)發(fā)展日臻成熟，用質(zhì)量流量計作原油交接的準(zhǔn)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(shè)了3套CMFHC4質(zhì)量流量計和一套作為標(biāo)準(zhǔn)流量計（俗稱金表）進(jìn)行在線校準(zhǔn)的CMFHC3質(zhì)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(yùn)部區(qū)域原設(shè)有三臺體積式流量計和一臺作為在線校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)表使用的渦輪流量計，該體積流量計的計量準(zhǔn)確度為±0.2%。近年來，由于公司精細(xì)化管理的要求越來越高，上述計量設(shè)施與實(shí)際管理需求存在明顯差距。同時，廣州石化由于煉進(jìn)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(dá)0.1%的儲耗指標(biāo)。另外，因原有計量設(shè)施準(zhǔn)確度達(dá)不到管理要求，負(fù)責(zé)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(yùn)部也僅計算原油罐區(qū)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(chǎn)生損耗難以確定，因此，華德公司與貯運(yùn)部在原油儲耗方面的管理責(zé)任無法界定，廣州石化整體的原油儲耗損失也難以準(zhǔn)確計算，為企業(yè)降低原油加工損失、提高經(jīng)濟(jì)效益帶來極大困擾。本項(xiàng)目通過測量設(shè)備升級（體積流量計升級為CMFHC4質(zhì)量流量計），開發(fā)測量系統(tǒng)軟件并組織技術(shù)攻關(guān)，達(dá)到用質(zhì)量流量計進(jìn)行數(shù)據(jù)交接，劃清各段原油儲耗界面，從而降低原油儲運(yùn)損失的目標(biāo)。

3 CMFHC4質(zhì)量流量計原理和特點(diǎn)

3.1 質(zhì)量流量計工作原理

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

圖1 測量管工作原理圖

圖2 流量計工作原理圖

3.2 CMFHC4質(zhì)量流量計特點(diǎn)

(1) 測量范圍大。在正常壓損狀態(tài)下最大流量可超過1500t/h。

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

(3) 具有注冊專利的測量管分管設(shè)計，確保在任何安裝條件下分流均勻。

(4) 采用數(shù)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(nèi)保證計量準(zhǔn)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(zhǔn)傳感器抗應(yīng)力的設(shè)計，因此應(yīng)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(zhǔn)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(xiàn)場管道振動的影響。其實(shí)不然，因?yàn)槭紫攘髁抗懿粌H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。CMFHC4質(zhì)量流量計通過對傳感器形狀的設(shè)計和驅(qū)動模式的優(yōu)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(jī)變化的，因此影響的概率極低。

(7) 壓損低。在相近口徑下，CMFHC4流量傳感器的實(shí)際內(nèi)徑較大，而壓損與流量計內(nèi)徑成四次方倒數(shù)的關(guān)系，因此在相同質(zhì)量流量下，CMFHC4測量管內(nèi)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(yùn)作成本，達(dá)到節(jié)能的效果。

4 儀表選型

馬—廣長輸管線原油末站增設(shè)質(zhì)量流量計項(xiàng)目的工藝條件見表1所示。

表1 原油末站工藝設(shè)計條件

根據(jù)目前實(shí)際原油進(jìn)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(zhì)量流量傳感器選擇為CMFHC4型傳感器?；诒?的工藝條件，經(jīng)計算確定當(dāng)最大壓損為50kPa時對應(yīng)每臺流量計輸送流量達(dá)到1100m3/h，輸送總量可達(dá)3300 m3/h，完全可以滿足生產(chǎn)需要。

作為現(xiàn)場在線校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)表使用的高準(zhǔn)確度流量計選用萬分之五（0.05%）準(zhǔn)確度的CMFHC3型質(zhì)量流量計，主要考慮為：

（1）準(zhǔn)確度高、穩(wěn)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(dāng)前HC4最大操作流量的比對校準(zhǔn)。

（4）可節(jié)省項(xiàng)目投資。

另外，為方便日常維護(hù)及優(yōu)化儀表的校準(zhǔn)管理，對全部4臺流量計均選擇了智能儀表在線自校驗(yàn)功能(Smart meter verificationR)。可定期對上述4臺質(zhì)量流量計進(jìn)行自校驗(yàn)測試，以監(jiān)視流量傳感器校準(zhǔn)系數(shù)是否發(fā)生遷移。

每臺流量變送器都配有無線THUM適配器，采用Wireless Hart通訊模式，主要用于現(xiàn)場儀表運(yùn)行監(jiān)控及設(shè)備管理，同時可作為Modbus數(shù)據(jù)傳輸?shù)娜哂嗯渲谩?/p>

5 流量計安裝方式

經(jīng)現(xiàn)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CMFHC4型質(zhì)量流量計進(jìn)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(zhì)量流量計采用旗式安裝。雖然該種安裝方式現(xiàn)場工程量相對較大，但可防止流量計測量管內(nèi)雜質(zhì)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(xiàn)場安裝圖

圖4 流量計現(xiàn)場安裝示意圖

6 系統(tǒng)功能

（1）三路管線共配置3臺CMFHC4+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(jìn)行動態(tài)壓力補(bǔ)償和標(biāo)準(zhǔn)密度換算。

（2）配置1臺CMFHC3+2700作為標(biāo)準(zhǔn)表，同時配備溫度、壓力變送器，通過管線切換，可分別對3臺CMFHC4流量計進(jìn)行在線校準(zhǔn)、比對，以確認(rèn)各臺流量計的準(zhǔn)確性。

（3）流量計測量數(shù)據(jù)通過Modbus傳送至現(xiàn)有的產(chǎn)品進(jìn)出廠計量監(jiān)控及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以及計量信息管理系統(tǒng)，可隨時隨地在互聯(lián)網(wǎng)上監(jiān)控流量計的運(yùn)行情況。

（4）系統(tǒng)采用THUM+1420+AMS的無線HART架構(gòu)，主要用于現(xiàn)場儀表運(yùn)行監(jiān)控及設(shè)備管理，同時可作為Modbus數(shù)據(jù)傳輸?shù)娜哂嗯渲谩?/p>

7 系統(tǒng)應(yīng)用情況

廣州石化“馬—廣長輸管線原油末站增設(shè)質(zhì)量流量計”項(xiàng)目從2012年9月開始實(shí)施，至2013年2月完成中交并投入試運(yùn)行。該項(xiàng)目投用以前，原用的體積流量計與原油末站罐區(qū)檢尺數(shù)差異較大，主要原因有以下幾個方面：（1）計量設(shè)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(shè)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(zhǔn)確度已遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)階段精細(xì)管理的需求。（2）油罐測溫不準(zhǔn)確的影響。油罐的油溫測量是否準(zhǔn)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(dǎo)致質(zhì)量相差0.08%。我們在數(shù)據(jù)跟蹤比對過程中，發(fā)現(xiàn)原油首站8#油罐（油質(zhì)較差、較重且沒有攪拌器）使用的雷達(dá)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(jìn)罐后進(jìn)行加熱和脫水處理，油溫的測量點(diǎn)在罐的底部（罐內(nèi)沒有攪拌器），由于底部測溫點(diǎn)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(jìn)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(zhǔn)確檢測的，由于檢測數(shù)據(jù)不準(zhǔn)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(jīng)常有三種以上的混合油種，采樣代表性很難準(zhǔn)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(dān)了所有原油的脫水任務(wù)。同時由于廣州石化現(xiàn)有罐容滿足不了生產(chǎn)的需求，一直以來都是采取邊進(jìn)罐邊加溫邊脫水的綜合操作，較大地影響了原油進(jìn)罐的計量準(zhǔn)確性，造成罐計量誤差較大。

馬—廣長輸管線原油末站增設(shè)質(zhì)量流量計項(xiàng)目投用后，由于CMFHC4質(zhì)量流量計不受介質(zhì)溫度、密度、粘度以及操作等因素的影響，計量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、可靠性得到了極大的提高，采用流量計進(jìn)行數(shù)據(jù)交接成為首選方式。

7.1 項(xiàng)目改造前原油末站罐區(qū)、體積流量表對比情況

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

表2 改造前原油末站罐區(qū)、流量表對比情況

7.2 項(xiàng)目改造后原油末站罐區(qū)、CMFHC4質(zhì)量流量計對比情況

2013年5月份安裝質(zhì)量流量計項(xiàng)目完成投用后，新安裝的CMFHC4質(zhì)量流量計與原油末站罐區(qū)檢尺數(shù)差異大大減少。5月份全月質(zhì)量流量計計算的凈油量為413156.000噸，罐區(qū)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(shù)據(jù)見表3所示。

表3 改造后原油末站罐區(qū)、流量表對比情況

7.3 CMFHC4流量計在線校準(zhǔn)數(shù)據(jù)情況

為了進(jìn)一步驗(yàn)證CMFHC4質(zhì)量流量計及計量系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)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(hù)人員用準(zhǔn)確度為萬分之五（0.05%）的金表對三臺質(zhì)量流量計進(jìn)行了在線校準(zhǔn)。在工況流量下，1#、2#、3#流量計校準(zhǔn)結(jié)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(zhǔn)數(shù)據(jù)原始記錄（3#流量計）如表4所示。

8 應(yīng)用效果

廣州石化“馬—廣長輸管線原油末站增設(shè)質(zhì)量流量計”項(xiàng)目施工完成后，3臺CMFHC4質(zhì)量流量計正常投入運(yùn)行，取得顯著效果。

（1）計量準(zhǔn)確度得到極大提高。從上述對比表格可以看出， 使用CMFHC4質(zhì)量流量計后，原油末站罐區(qū)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CMFHC4質(zhì)量流量計進(jìn)行進(jìn)廠原油數(shù)據(jù)交接，劃清了華德公司與貯運(yùn)部之間原油儲存損耗的界面，明確了華德公司和貯運(yùn)部在原油儲耗方面的管理責(zé)任，加強(qiáng)了原油儲耗監(jiān)督管理，避免了出現(xiàn)計量糾紛。

表4 原油末站3#流量計在線校準(zhǔn)原始記錄

（3）質(zhì)量流量計的準(zhǔn)確運(yùn)行，真實(shí)反映了廣州石化整體的原油儲存損耗，為進(jìn)一步降低原油加工損失、提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益夯實(shí)了基礎(chǔ)。

（4）高準(zhǔn)確度計量設(shè)施的配置和應(yīng)用，與公司精細(xì)化管理相適應(yīng)，能順利完成總部下達(dá)的原油儲耗指標(biāo)。

（5）采用質(zhì)量流量計進(jìn)行數(shù)據(jù)交接，減少了崗位用工人數(shù)，節(jié)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(qiáng)度。

（6）實(shí)現(xiàn)對原油長輸管線的流量、壓力、溫度等參數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確監(jiān)控，隨時了解長輸管線參數(shù)的運(yùn)行情況，及時發(fā)現(xiàn)長輸管線泄漏等事故，消除安全隱患，避免再次發(fā)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(chǎn)。

9 結(jié)束語

隨著質(zhì)量流量計數(shù)字化、智能化的不斷發(fā)展，采用大口徑質(zhì)量流量計作原油數(shù)據(jù)交接的優(yōu)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CMFHC4后，經(jīng)過跟蹤比對和在線校準(zhǔn)，確認(rèn)計量系統(tǒng)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠，取得了預(yù)期的效果。

[1] 肖素琴. 油品計量員讀本[M]. 北京: 中國石化出版社, 2007.