蘇豪育

中國石油天然氣股份有限公司管道分公司 （甘肅 慶陽745000）

艾默生質(zhì)量流量計(jì)以其精度高、質(zhì)量直接測量、阻力部件少、維護(hù)量小等諸多優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于石油石化、管道、冶煉、醫(yī)藥等行業(yè)。但由于其制造工藝復(fù)雜、組態(tài)參數(shù)復(fù)雜，在使用過程中往往不能達(dá)到其應(yīng)有的精度，甚至與真值相差甚遠(yuǎn)。針對零點(diǎn)對質(zhì)量流量計(jì)的影響進(jìn)行分析，較好地解決了現(xiàn)場使用中的問題。

1 質(zhì)量流量計(jì)工作原理

在科里奧利力的作用下，流體在兩根測量管內(nèi)隨測量管振動的同時，在測量管的兩臂產(chǎn)生兩對力的大小相等、作用相反、垂直于測量管的作用力，使兩根測量管同時發(fā)生形變。固定于兩根測量管兩臂上的一對檢測線圈，所產(chǎn)生的正弦波形的感應(yīng)電動勢在測量管形變的作用下，出現(xiàn)正比于測量管形變大小的相位差[1]。根據(jù)F=ma,通過檢測相位差的大小，推導(dǎo)出質(zhì)量流量的大小。質(zhì)量流量計(jì)算公式為:

Qm=Flow.Cal×(Δt-Kzero)×(1-TC×TDegC)×(1-PC×Pe)

式中：Qm為質(zhì)量流量，g/s；Flow.Cal為質(zhì)量流量計(jì)流量標(biāo)定常數(shù)，表示每產(chǎn)生1μs相位差所對應(yīng)的質(zhì)量流量，g/s2；Δt為相位差，s；Kzero為傳感器無流量時的相位差，s；TC為質(zhì)量流量計(jì)溫度標(biāo)定常數(shù)，表示溫度變化100℃時由于流量管剛性變化而引起的流量百分比誤差，℃-1；TDegC為測量管管壁的溫度，℃；PC為質(zhì)量流量計(jì)針對壓力補(bǔ)償值對質(zhì)量流量的修正系數(shù)，表示每psi的介質(zhì)壓力對流量管剛性變化，引起的流量百分比誤差，psi-1；Pe為測量管內(nèi)的介質(zhì)壓力,psi（1psi=0.006 89 MPa）。

由其計(jì)算公式可見質(zhì)量流量計(jì)的優(yōu)點(diǎn)：

1）直接測量質(zhì)量流量。其他的流量計(jì)，比如速度式流量計(jì)、容積式流量計(jì)所得的質(zhì)量，是由測量的體積和密度計(jì)算而得。由于環(huán)節(jié)多，容易出現(xiàn)人工誤差，質(zhì)量流量測量精度影響因素多，控制難度大。

2）溫度、壓力對流量計(jì)的影響小。從工作原理上看，溫度和介質(zhì)壓力對質(zhì)量流量計(jì)測量結(jié)果無關(guān)[2]。盡管如此，艾默生廠家也考慮到測量管溫度和介質(zhì)壓力變化會引起振動管剛性的變化。從質(zhì)量流量計(jì)結(jié)果計(jì)算公式可以看出，質(zhì)量流量計(jì)已對測量管溫度和介質(zhì)壓力進(jìn)行了精細(xì)修正，以補(bǔ)償由于測量管溫度和介質(zhì)壓力引起測量管剛性變化帶來的測量誤差。所以，質(zhì)量流量計(jì)已將溫度、壓力對流量計(jì)的影響降低到很小。

2 零點(diǎn)的產(chǎn)生、意義及調(diào)整

2.1 零點(diǎn)的產(chǎn)生原因

通過質(zhì)量流量計(jì)的測量原理可以看出，當(dāng)測量管內(nèi)的液體靜止時，U型管兩側(cè)的相位差理論上應(yīng)該為零。但由于測量元件無法達(dá)到理想狀態(tài)的原因，加上安裝應(yīng)力、現(xiàn)場振動、電磁干擾等外界因素，即使測量管內(nèi)的液體是靜止?fàn)顟B(tài)，相位差也不會絕對歸零，而且無法直接將相位差置零[3]。因此，引入了零點(diǎn)、活零點(diǎn)、調(diào)零等參數(shù)和方法，以消除零點(diǎn)漂移對質(zhì)量流量計(jì)的影響，使質(zhì)量流量計(jì)更能適應(yīng)環(huán)境變化引起的誤差，最大限度地減小除溫度、壓力外其他內(nèi)外部因素的影響。

2.2 質(zhì)量流量計(jì)零點(diǎn)的意義

質(zhì)量流量計(jì)的零點(diǎn)，是指當(dāng)測量管內(nèi)充滿液體流量為零時，檢測到的相位差的平均值。零點(diǎn)與相位差都是時間參數(shù)，單位一般為μs?；盍泓c(diǎn)是指測量到的瞬時質(zhì)量流量，是一個動態(tài)的量，也稱動態(tài)零點(diǎn)，通常在一定范圍內(nèi)周期性變化。零點(diǎn)與活零點(diǎn)完全不同，兩者在檢定過程中有重要的意義。

要想獲取零點(diǎn)、活零點(diǎn)，必須滿足3個條件：一是要確保流量計(jì)內(nèi)的液體是完全充滿的，不能含氣，也不能積雜，簡稱“滿管”；二是流量計(jì)內(nèi)的液體必須是靜止?fàn)顟B(tài)，即流量為零，簡稱“靜止”；三是流量計(jì)內(nèi)的液體溫度應(yīng)趨于穩(wěn)定，簡稱“等溫”。在現(xiàn)場實(shí)際操作時應(yīng)首先運(yùn)行一段時間，然后緩慢關(guān)閉流量計(jì)出口閥門，最后關(guān)閉進(jìn)口闊門，觀察流量計(jì)的壓力和溫度趨于穩(wěn)定，通常等待5 min后開始查看零點(diǎn)、活零點(diǎn)數(shù)值。

2.3 零點(diǎn)調(diào)整方法

質(zhì)量流量計(jì)共有3種調(diào)零路徑：面板調(diào)零、利用HART手操器調(diào)零和利用Prolink軟件調(diào)零；2種調(diào)零的方法：自動調(diào)零和人工植入新零點(diǎn)調(diào)零，人工植入新零點(diǎn)調(diào)零的方法通常只能通過Prolink軟件實(shí)現(xiàn)。利用Prolink軟件調(diào)零，可以直觀地看到各種參數(shù)（圖1），功能最為全面，缺點(diǎn)是需要通過計(jì)算機(jī)連接流量變送器，需要符合現(xiàn)場安全規(guī)定方可進(jìn)行。

圖1 Prolink軟件調(diào)零界面

人工植入新零點(diǎn)調(diào)零可以強(qiáng)制干預(yù)誤差曲線。理論零點(diǎn)計(jì)算公式如下：新零點(diǎn)=舊零點(diǎn)-流量點(diǎn)×106×（當(dāng)前MF系數(shù)-預(yù)期MF系數(shù)）/（3 600×Flow.Cal）。公式中：零點(diǎn)單位為μs，流量點(diǎn)單位為t/h。

人工植入新零點(diǎn)調(diào)零只適合于誤差曲線與正常偏離不大的情況，如果出現(xiàn)誤差曲線異常，應(yīng)及時查找找到引起曲線異常的真正原因。

3 零點(diǎn)的影響和實(shí)際應(yīng)用

由于零點(diǎn)直接影響質(zhì)量流量的計(jì)算過程，從而影響計(jì)量精度，所以貿(mào)易計(jì)量交接的質(zhì)量流量計(jì)，不能在日常使用期間私自調(diào)零。調(diào)零一般只能在檢定期間進(jìn)行，而且調(diào)零在前，檢定在后。另外，因爭議而需要復(fù)檢質(zhì)量流量計(jì)，切記不能復(fù)檢之前調(diào)零，調(diào)零后數(shù)據(jù)將不能追溯。

3.1 零點(diǎn)對質(zhì)量流量計(jì)的影響

以某計(jì)量站CMF400型質(zhì)量流量計(jì)為例，編號為0531質(zhì)量流量計(jì)，在2015年4月24日檢定調(diào)零前后的MF變化為例說明。檢定方式為雙向固定式體積管檢定質(zhì)量流量計(jì)，檢定介質(zhì)為93#組分汽油，調(diào)零前后MF系數(shù)見表1。

由表1可以看出，該臺質(zhì)量流量計(jì)經(jīng)過調(diào)零后，零點(diǎn)的絕對值變大，但MF系數(shù)更趨近1.000 0；活零點(diǎn)的變化范圍也變得更小，使質(zhì)量流量計(jì)數(shù)據(jù)更優(yōu)。所以，在檢定前的調(diào)零過程中，重點(diǎn)關(guān)注的應(yīng)是活零點(diǎn)。質(zhì)量流量計(jì)調(diào)零能有效減低零點(diǎn)漂移引起的線性誤差，使質(zhì)量流量計(jì)數(shù)值更加精準(zhǔn)。反之，質(zhì)量流量計(jì)如果不進(jìn)行及時有效的調(diào)零，就會任由誤差曲線變差，質(zhì)量流量計(jì)偏離正常的準(zhǔn)確度，引起計(jì)量糾紛。

3.2 零點(diǎn)與日常維護(hù)

由以上分析可知，質(zhì)量流量計(jì)調(diào)零可以使流量計(jì)運(yùn)行更加穩(wěn)定，準(zhǔn)確度更優(yōu)。對于貿(mào)易計(jì)量交接的質(zhì)量流量計(jì)，只在檢定期間交接方認(rèn)可的情況下進(jìn)行調(diào)零[4]。因?yàn)橐话闱闆r計(jì)量交接協(xié)議會規(guī)定：在本次檢定結(jié)束之后、下次檢定之前，是不能調(diào)整流量計(jì)任何參數(shù)的，尤其調(diào)零或修改Flow.Cal系數(shù)，為了防止某一方私自調(diào)零或者改變其他計(jì)量參數(shù)，還要打鉛封。因此建議不用于貿(mào)易計(jì)量交接的質(zhì)量流量計(jì)每季度進(jìn)行調(diào)零為宜。

3.3 零點(diǎn)與檢定

由于零點(diǎn)會對質(zhì)量流量計(jì)的曲線產(chǎn)生影響，所以可以通過零點(diǎn)來改變流量計(jì)的誤差曲線。當(dāng)質(zhì)量流量計(jì)受到安裝應(yīng)力、流量計(jì)本體、介質(zhì)、周邊環(huán)境等各種復(fù)雜因素影響后，自動調(diào)零有時難以滿足實(shí)際計(jì)量交接需求，這時可以通過人工植入新零點(diǎn)的方式對誤差進(jìn)行干預(yù)，以滿足計(jì)量交接的要求。

另外，質(zhì)量流量計(jì)檢定規(guī)程JJG 1038—2008《科里奧利質(zhì)量流量計(jì)》，明確規(guī)定零點(diǎn)穩(wěn)定度與最小流量之比應(yīng)小于相應(yīng)準(zhǔn)確度等級允許誤差絕對值的一半，規(guī)程中提到零點(diǎn)穩(wěn)定度即活零點(diǎn)，所以檢定過程應(yīng)注意活零點(diǎn)的變化范圍應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)[5]。SY/T 6682—2007《用科里奧利流量計(jì)測量液態(tài)烴流量》中明確規(guī)定，流量計(jì)重新調(diào)零后需要檢定。

4 結(jié)束語

隨著我國成品油長輸管道里程數(shù)越來越多，更多的質(zhì)量流量計(jì)將應(yīng)用到各個計(jì)量交接站點(diǎn)，質(zhì)量流量計(jì)的日常維護(hù)也變得日益重要。隨著自動化通信技術(shù)的飛速發(fā)展，建議將質(zhì)量流量計(jì)零點(diǎn)、活零點(diǎn)、報(bào)警信息等參數(shù)實(shí)時上傳至遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)，并存入歷史數(shù)據(jù)庫，對關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控。一旦發(fā)現(xiàn)活零點(diǎn)超限、誤差曲線變差等情況，及時組織進(jìn)行自檢、調(diào)零、復(fù)檢或檢定等作業(yè)，及時解決問題，使流量計(jì)數(shù)據(jù)、誤差曲線變差的情況迅速得到糾正，以確保質(zhì)量流量計(jì)的計(jì)量準(zhǔn)確度，維護(hù)貿(mào)易交接的公平公正性，保證相關(guān)方的經(jīng)濟(jì)利益。