張 強(qiáng)

(中國(guó)石油大慶石化公司計(jì)劃處，黑龍江 大慶 163000)

0 引言

標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流式流量計(jì)[1]有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、國(guó)家檢定規(guī)程支持，具有穩(wěn)定性好、故障率低且節(jié)流元件無(wú)需實(shí)流標(biāo)定等特點(diǎn)，在石油化工行業(yè)的氣體及水等介質(zhì)流量計(jì)量或過(guò)程控制中應(yīng)用廣泛。某石化企業(yè)采用標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置流量計(jì)進(jìn)行流量計(jì)量或過(guò)程控制。這類儀表占全部計(jì)量?jī)x表數(shù)量的57%左右，包括標(biāo)準(zhǔn)孔板、長(zhǎng)徑噴嘴、1932噴嘴、文丘里管等，用于計(jì)量蒸汽[2]、天然氣、瓦斯氣、通用氣體、水和其他液體。由于工藝調(diào)整或工程驗(yàn)收時(shí)工況參數(shù)偏離原設(shè)計(jì)值等問(wèn)題，導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)在用流量計(jì)的測(cè)量準(zhǔn)確度受到影響。在檢修期間，多數(shù)儀表不具備送檢條件。因此，對(duì)這類儀表進(jìn)行在線校準(zhǔn)或核查是開(kāi)展在線量值溯源工作的重點(diǎn)。

1 物性值核查

影響流量計(jì)準(zhǔn)確度[3]的因素很多，在實(shí)際操作中按照相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)程進(jìn)行檢驗(yàn)。但是在檢驗(yàn)過(guò)程中，介質(zhì)物性值的影響經(jīng)常被忽略，例如蒸汽密度計(jì)算。在根據(jù)節(jié)流式流量計(jì)計(jì)算公式計(jì)算蒸汽質(zhì)量的過(guò)程中，密度值是重要的影響因素。目前，流量二次儀表或集散控制系統(tǒng)普遍采用簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)模型[4]或PVT氣體方程進(jìn)行修正。這種方法只適用于過(guò)熱蒸汽或飽和蒸汽[5]的計(jì)算(不能同時(shí)兼顧)。雖然該方法編程簡(jiǎn)單、設(shè)置方便，但是在工況偏離參考點(diǎn)(或設(shè)計(jì)值)時(shí)得出的計(jì)算值與用GB/T 34060—2017《蒸汽熱量計(jì)算方法》[6]中公式得出的計(jì)算值存在較大差距。以250 ℃、3.9 MPa的過(guò)熱蒸汽密度為參考點(diǎn)，不同方法計(jì)算的過(guò)熱蒸汽密度值偏差如表1所示。

表1 不同方法計(jì)算的過(guò)熱蒸汽密度值偏差

由表1可知 ，現(xiàn)場(chǎng)流量計(jì)采用不同的計(jì)算方法所得到的密度值差別很大。這是導(dǎo)致蒸汽質(zhì)量流量不準(zhǔn)確的主要因素之一。因此必須提取現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)并采用流量工具軟件進(jìn)行核算。

2 差壓、流量及孔徑的核算

為驗(yàn)證流量工具軟件的計(jì)算結(jié)果，將標(biāo)準(zhǔn)孔板作為節(jié)流裝置安裝在計(jì)量檢定機(jī)構(gòu)的流量標(biāo)準(zhǔn)裝置上，以氮?dú)庾鳛闇y(cè)量介質(zhì)，進(jìn)行實(shí)際測(cè)量。分別在給定的流量點(diǎn)測(cè)量差壓值，在固定差壓值的情況下測(cè)量流量以及標(biāo)準(zhǔn)孔板的開(kāi)孔直徑。然后，根據(jù)實(shí)際測(cè)量時(shí)的已知條件，利用流量工具軟件(節(jié)流裝置設(shè)計(jì)計(jì)算及管理軟件LG-2006-02)分別核算流量、差壓和孔徑，并將軟件核算結(jié)果與實(shí)際測(cè)量結(jié)果進(jìn)行比較。 流量工具軟件核算結(jié)果如表2所示。

表2 流量工具軟件核算結(jié)果

表2中數(shù)據(jù)表明，實(shí)際測(cè)量的流量值與軟件計(jì)算的流量值相比，偏差為0.75%，完全符合GB 17167—2006《用能單位能源計(jì)量器具配備和管理通則》中用于貿(mào)易交接的氣體流量計(jì)準(zhǔn)確度優(yōu)于2.0的要求。差壓和孔徑的實(shí)際測(cè)量值與軟件計(jì)算值的相對(duì)偏差也都在1.0%以內(nèi)。實(shí)際上，差壓量程設(shè)計(jì)以滿足現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量需求的實(shí)際工況條件為準(zhǔn)。差壓量程在滿足測(cè)量區(qū)間的基礎(chǔ)上，可根據(jù)計(jì)算結(jié)果適當(dāng)進(jìn)行擴(kuò)展，以方便用戶選擇計(jì)量?jī)x表。利用軟件計(jì)算出的孔板開(kāi)孔直徑，在孔板加工制造成型后還需經(jīng)過(guò)具備相應(yīng)資質(zhì)的計(jì)量檢定機(jī)構(gòu)進(jìn)行檢定，以證書(shū)標(biāo)明的尺寸為準(zhǔn)。

經(jīng)過(guò)上述流量、差壓和孔徑的核算，驗(yàn)證了流量工具軟件——節(jié)流裝置設(shè)計(jì)計(jì)算及管理軟件LG-2006-02符合GB/T 2624—2006《用安裝在圓形截面管道中的差壓裝置測(cè)量滿管流體流量》[7]，完全滿足標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流式流量計(jì)的在線校準(zhǔn)與核查要求。

3 流量工具軟件的運(yùn)用

某石化企業(yè)為其周邊的一個(gè)工業(yè)園區(qū)提供1.0 MPa蒸汽，用于園區(qū)內(nèi)儲(chǔ)罐加熱和各類裝置的冬季伴熱。貿(mào)易交接采用標(biāo)準(zhǔn)孔板計(jì)量系統(tǒng)，工業(yè)園區(qū)在投產(chǎn)部分新裝置后增加了蒸汽需求量。但是，在供汽量增加后，石化企業(yè)發(fā)現(xiàn)企業(yè)的蒸汽產(chǎn)銷平衡出現(xiàn)較大偏差。供方將企業(yè)的蒸汽平衡情況和近期計(jì)量數(shù)據(jù)通知需方。需方將工業(yè)園區(qū)內(nèi)用于蒸汽計(jì)量監(jiān)督的流量計(jì)數(shù)據(jù)與貿(mào)易交接量進(jìn)行比對(duì)，發(fā)現(xiàn)供方用于貿(mào)易交接的標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)數(shù)據(jù)偏小。供需雙方隨即對(duì)交接計(jì)量系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)量核查，查找原因并解決問(wèn)題。

3.1 查找原因

對(duì)整個(gè)計(jì)量系統(tǒng)內(nèi)各種儀表進(jìn)行檢查核對(duì)[8-9]，結(jié)果表明孔板和各種變送器(差壓、壓力、溫度)都經(jīng)過(guò)法定計(jì)量機(jī)構(gòu)檢定，證書(shū)齊全且均在有效期內(nèi)。接下來(lái)在現(xiàn)場(chǎng)采集同一時(shí)刻對(duì)應(yīng)的差壓、壓力、溫度等參數(shù)，使用流量工具軟件進(jìn)行驗(yàn)證，證明流量二次儀表的內(nèi)置程序[10]符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。接下來(lái)對(duì)系統(tǒng)內(nèi)各種儀表的量程范圍進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)差壓變送器的量程范圍為0～40 kPa，正常運(yùn)行時(shí)差壓值為39.250 6 kPa(滿量程的98.1%)。而差壓變送器正常運(yùn)行時(shí)應(yīng)處在滿量程的10%～90%范圍內(nèi)。這說(shuō)明問(wèn)題就出在差壓變送器的使用上。

供方把核準(zhǔn)差壓測(cè)量作為解決問(wèn)題的重點(diǎn)。差壓變送器的檢定證書(shū)能夠證明儀表本身完好。進(jìn)一步分析后得出結(jié)論：需方增加蒸汽用量后還使用原來(lái)的孔板，未及時(shí)更換大口徑孔板，造成“小馬拉大車”，導(dǎo)致差壓測(cè)量值接近量程范圍上限，超出了流量計(jì)測(cè)量范圍。對(duì)此，需要重新核算標(biāo)準(zhǔn)孔板的開(kāi)孔直徑，以匹配實(shí)際的蒸汽流量范圍。

3.2 解決問(wèn)題

在找到產(chǎn)生偏差的原因之后，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工藝條件，利用流量工具軟件計(jì)算孔板開(kāi)孔直徑?，F(xiàn)場(chǎng)工藝條件如下：無(wú)縫鋼管的管道內(nèi)徑為151.011 mm，材質(zhì)為20號(hào)鋼；蒸汽流量范圍為5 000～12 000 kg/h，常用流量為8 000 kg/h；蒸汽溫度為280 ℃；工作壓力(表壓)為0.9 MPa,當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?.1 MPa；節(jié)流裝置為標(biāo)準(zhǔn)孔板、法蘭取壓；溫度測(cè)量系統(tǒng)不確定度為0.5%，測(cè)量范圍為0～500 ℃；壓力測(cè)量系統(tǒng)不確定度為0.5%，測(cè)量范圍為0～2.0 MPa；差壓測(cè)量系統(tǒng)不確定度為0.5%，測(cè)量范圍為0～40 000 Pa?？装彘_(kāi)孔直徑為(103.713±0.005) mm。供方企業(yè)委托儀表廠家按照計(jì)算結(jié)果加工制作新的孔板，并送具備資質(zhì)的法定計(jì)量檢定機(jī)構(gòu)，實(shí)測(cè)孔板開(kāi)孔直徑為103.467 mm?，F(xiàn)場(chǎng)安裝后發(fā)現(xiàn)蒸汽的瞬時(shí)流量測(cè)量值發(fā)生明顯變化，更換孔板前后瞬時(shí)流量的絕對(duì)誤差為721.6 kg/h，相對(duì)誤差為8.598%。更換孔板前后各參數(shù)對(duì)比情況如表3所示。

表3 更換孔板前后各參數(shù)對(duì)比情況

按照更換孔板后計(jì)量系統(tǒng)的工藝條件和儀表各項(xiàng)參數(shù)，再利用流量工具軟件核算差壓變送器量程20%～90%范圍內(nèi)對(duì)應(yīng)的流量。確認(rèn)各流量點(diǎn)不確定度均滿足貿(mào)易交接的要求(準(zhǔn)確度等級(jí)優(yōu)于2.0)。計(jì)算結(jié)果表明，隨著差壓值的增大，測(cè)量不確定度在減小。更換孔板后各流量點(diǎn)的測(cè)量值如表4所示。

表4 更換孔板后各流量點(diǎn)的測(cè)量值

3.3 差量處理

在石化企業(yè)向工業(yè)園區(qū)輸送蒸汽的過(guò)程中，雖然供方能夠穩(wěn)定供汽，但是由于需方生產(chǎn)裝置負(fù)荷調(diào)整和工藝流程的改變，蒸汽瞬時(shí)量還是會(huì)發(fā)生變化。供需雙方協(xié)商后確定采用更換孔板前后一周內(nèi)的累積量來(lái)計(jì)算交接量的誤差，并對(duì)前期數(shù)據(jù)進(jìn)行修正。需方對(duì)蒸汽差量進(jìn)行追加。供方根據(jù)追加后的蒸汽量重新核算蒸汽的產(chǎn)銷平衡，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)完全吻合，從而徹底解決了供需雙方的計(jì)量數(shù)據(jù)差異問(wèn)題。

4 結(jié)論

企業(yè)的計(jì)量工作經(jīng)常涉及標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置流量計(jì)的在線核查與校準(zhǔn)。在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，多數(shù)情況下流量測(cè)量算法程序不符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，如計(jì)量系統(tǒng)中未配備流量計(jì)算機(jī)[11]，或者流量計(jì)算機(jī)未獲得貿(mào)易計(jì)量認(rèn)證，以及直接利用上位機(jī)中內(nèi)置的算法程序。這些情況下，即使計(jì)量系統(tǒng)內(nèi)各種儀表檢定合格，計(jì)算結(jié)果也不夠精確，極易產(chǎn)生計(jì)量爭(zhēng)議。因此必須配備專用的流量計(jì)算機(jī)，通過(guò)流量工具軟件對(duì)產(chǎn)生爭(zhēng)議的計(jì)量系統(tǒng)進(jìn)行在線核查，在不影響裝置連續(xù)運(yùn)行的情況下準(zhǔn)確地找出計(jì)量系統(tǒng)的問(wèn)題所在，從而有針對(duì)性地進(jìn)行整改。