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工藝壓力對原油質(zhì)量流量計計量的影響

摘要: 文章介紹了針對武漢石化長期以來出現(xiàn)的原油進(jìn)廠計量對量誤差較大這一問題,武漢石化計量站通過采用對原油質(zhì)量流量計的在線壓力自動補償,實施了有效的解決對策。

  長期以來,有一個問題困擾著我們: 一臺質(zhì)量流量計在流量標(biāo)準(zhǔn)裝置檢定精度是達(dá)到要求的,但是一旦安裝于現(xiàn)場,就出現(xiàn)和其它計量器具對量誤差較大的問題。武漢石化原油進(jìn)裝置質(zhì)量流量計計量在 2016 年及以前相當(dāng)長的一段時間就曾經(jīng)出現(xiàn)了上述現(xiàn)象。2016 年 4 月初全公司開始大檢修,歷時兩個月,在大檢修期間,我站針對兩套裝置原油流量計的加工原油量與末站原油流量計讀數(shù)誤差較大這一問題,對 1 號常壓、2 號常壓兩套裝置原油流量計增加安裝了在線壓力補償,從安裝后調(diào)試投用后續(xù)來看,取得了理想的效果。

1、武漢石化原油進(jìn)廠計量簡介:
1. 1、管輸原油進(jìn)廠計量:

  武漢石化的原油進(jìn)廠從 2005 年起基本上采用管道原油進(jìn)廠,經(jīng)過三臺 DN 的進(jìn)口斯密斯刮板式流量計計量,配合原油采樣含水分析后,扣除含水量,計算出***終的原油進(jìn)廠總量。管輸原油經(jīng)三臺刮板流量計計量后輸送至武漢石化原油罐內(nèi)。

1. 2、武漢石化兩套常壓裝置原油計量:
  兩套常壓裝置年加工能力 2016 年全年為 670多萬 t,兩套常壓裝置進(jìn)裝置原油均采用質(zhì)量流量計計量。1 號常壓裝置 90 年代起就采用艾默生公司生產(chǎn)的一臺 DN150 的 DS600 型質(zhì)量流量計計量,2 號常壓裝置建于 2007 年,采用兩臺 DN150 的國產(chǎn)質(zhì)量流量計計量。2013 年 5 月以上三臺流量計均更新為艾默生公司生產(chǎn)的 CMFHC2 型高精度質(zhì)量流量計。

2、原油進(jìn)廠計量用流量計具體情況:
2. 1、管輸原油流量計情況:

  管輸原油三臺刮板式流量計安裝于末站流量標(biāo)準(zhǔn)裝置內(nèi),平時走進(jìn)廠計量模式,武漢石化計量站檢定員每隔兩個月對上述三臺刮板式流量計進(jìn)行檢定,每隔半年強(qiáng)制檢定 1 次。
  2016 年檢修前檢定結(jié)果如表 1 所示。
表 1 檢定結(jié)果
表 1 檢定結(jié)果
  從上述數(shù)據(jù),分析歷次檢定的結(jié)果,三臺流量計在經(jīng)過系數(shù)法修正后,其精度均達(dá)到使用要求。

2. 2、常壓裝置原油質(zhì)量流量計情況:

  原油進(jìn)裝置計量用三臺 CMFHC2 型原油質(zhì)量流量計均在武漢石化水流量標(biāo)準(zhǔn)裝置進(jìn)行檢定,1號常壓裝置一臺流量計 2013 年 3 月檢定時基本誤差為 0. 16% ,重復(fù)性為 0. 05% ,檢定結(jié)論: 準(zhǔn)予作 0. 2 級使用。

  2 號常壓裝置兩臺流量計 2013 年 5 月檢定時基本 誤 差 為 - 0. 15% 及 - 0. 13% ,重 復(fù) 性 均 為0. 03% ,檢定結(jié)論: 準(zhǔn)予作 0. 2 級使用。
  從上述數(shù)據(jù)看,三臺原油質(zhì)量流量計計量誤差均應(yīng)滿足使用要求。

3、原油進(jìn)廠計量先期狀況及計量比對差率過大原因分析:
3. 1、原油進(jìn)廠計量先期狀況:

  自 2005 年管輸原油進(jìn)廠建成以來,起先公司沒有重視管輸原油進(jìn)廠與裝置原油進(jìn)廠的計量比對,到 2012 年以來,公司逐漸重視兩者的計量比對差率。
  2015 年年初,原油質(zhì)量流量計同管輸原油刮板流量計對量誤差曾經(jīng)***高達(dá)到為 - 0. 9% ,這引起看公司的重視,計量站曾經(jīng)采取修改現(xiàn)場原油質(zhì)量流量計流量系數(shù)的方法,短時間有效,總體效果不理想。

3. 2、原油計量比對差率過大原因分析:
  經(jīng)過對上述三臺刮板流量計及三臺質(zhì)量流量計的檢定結(jié)果查看,問題不是出現(xiàn)在流量計本身上,很有可能與工藝狀況有關(guān)。排除現(xiàn)場介質(zhì)氣液兩相流等其他不存在的異常情況,可從工藝介質(zhì)壓力方面進(jìn)行分析,并尋求解決方法。

4、壓力對原油質(zhì)量流量計精度的影響:
4. 1、壓力對科氏力質(zhì)量流量計計量的影響:

  從科里奧利質(zhì)量流量計原理上看,流體經(jīng)過流量計傳感器的兩根振管就會在振管上產(chǎn)生科氏力效應(yīng),使兩根振管扭曲振動,安裝在振管兩端的拾振線圈,將產(chǎn)生相位不同的兩組信號,這兩個信號差與流經(jīng)傳感器的流體質(zhì)量流量計成比例關(guān)系。相位差越大,表示流經(jīng)的質(zhì)量流量越大??梢杂孟率奖硎?M = KΔt
  式中: K 為比例系數(shù); Δt 為檢測信號的相位差。比例系數(shù) K 受三個因素的影響:
  ( 1) 振管的結(jié)構(gòu)參數(shù) ( 振管的幾何形狀、管徑、管壁等) 。
  ( 2) 振管材料的膨脹系數(shù) ( 剛性度) 。
  ( 3) 兩個振管固有諧振頻率的一致性。
  以上三個參數(shù)是受溫度、壓力影響的,其中溫度通過傳感器內(nèi)的鉑電阻測量后已經(jīng)對質(zhì)量流量進(jìn)行了補償,但是傳感器沒有安裝測量壓力的傳感器,對壓力無測量。流體壓力發(fā)生變化導(dǎo)致傳感器的剛度等機(jī)械性能發(fā)生了微小改變,傳感器對流量的靈敏度也隨之發(fā)生了改變,流體壓力對傳感器振管的影響是不容忽視的,故需要補償由于現(xiàn)場壓力偏離檢定時壓力對振管的影響。
  根據(jù)相關(guān)的實驗數(shù)據(jù)可知:

  ( 1) 當(dāng)工藝壓力高于 ( 低于) 檢定壓力時,振管剛度的輕微變化會使測量結(jié)果產(chǎn)生一個負(fù)( 正向) 偏差。設(shè)計、制造質(zhì)量都高的流量計,這一影響是線性的。
  ( 2) 小口徑的科氏力質(zhì)量流量計受壓力影響很小,是因為振管壁厚度和外徑的比例高,對于大于小口徑流量計,隨著這個比例的降低,壓力影響效應(yīng)越來越明顯。這一點可從廠家給出的壓力影響系數(shù)匯中窺見一斑。

  以下表 2 是在實驗狀態(tài)下不同壓力對 1 臺DN80 ( DS300 型) 質(zhì)量流量計的測試數(shù)據(jù)。
表 2 對 1 臺 300 流量計在不同檢定壓力下的測試數(shù)據(jù)

表 2 對 1 臺 300 流量計在不同檢定壓力下的測試數(shù)據(jù)

  從表 2 可看出,壓力增大,相對誤差越偏負(fù),則流量計的示指偏小。

4. 2、工藝壓力對原油質(zhì)量流量計的影響:

  兩套 常 壓 裝 置 原 油 質(zhì) 量 流 量 計 口 徑 均 為DN150,是我公司使用的***大口徑的質(zhì)量流量計,現(xiàn)場工藝介質(zhì)壓力大于檢定時的介質(zhì)壓力約 10倍,根據(jù)上述 3. 2 來看,壓力對其計量精度的影響不容小視。1 號常壓裝 置現(xiàn)場工藝 介質(zhì)壓 力 為1. 35 MPa左右,檢定時介質(zhì)壓力為 0. 1 ~ 0. 14 MPa( 平均壓力 0. 12 MPa) 。2 號常壓裝置原油質(zhì)量流量計的現(xiàn)場工藝介質(zhì)壓力為 1. 7 MPa 左右,一臺檢定時介質(zhì)壓力為 0. 09 ~ 0. 15 MPa,一臺檢定時介質(zhì)壓力為 0. 15 ~ 0. 22 MPa ( 平均壓力 0. 185 MPa) 。

  因工藝介質(zhì)壓力均低于檢定壓力,現(xiàn)場造成計量負(fù)誤差。
  2015 年年初,原油質(zhì)量流量計同管輸原油刮板流量計對量誤差曾經(jīng)***高達(dá)到為 - 0. 9% ,這個情況與上述 3. 2 中一致。
  因當(dāng)時常壓裝置沒有停工檢修,只能采取修改質(zhì)量流量計的流量系數(shù),但效果也不太好。

5、安裝壓力變送器,實現(xiàn)對原油質(zhì)量流量計的在線壓力補償:
5. 1、壓力補償接線方式:

  2016 年 5 月,借全廠停工大檢修之際,計量站在三臺原油質(zhì)量流量計傳感器上游分別安裝了三臺 3051 型智能壓力變送器。壓力變送器采用儀表控制室內(nèi) 24VDC 供電,輸出 HART 通信信號至質(zhì)量流量計的 2700R 型流量計變送器內(nèi)。
  以下圖 1 為 3051 型壓力變送器與 2700R 型流量變送器之間的接線圖。

  2 號常壓兩臺原油質(zhì)量流量計的流量是通過2700R 型流量變送器的頻率輸出至 DCS,即用 2700R型變送器的 3、4 端子輸出流量信號至 DCS,2700R 變送器的 1. 2 端子用來與 3051 壓力變送器通信。

圖 1 3051 型壓力變送器與 2700R 型流量變送器之間的接線圖
圖 1 3051 型壓力變送器與 2700R 型流量變送器之間的接線圖

  1 號常壓的一臺原油質(zhì)量流量計 2700R 型變送器不僅頻率輸出流量信號至 DCS,原油密度還通過 1、2 端子用 4 ~ 20 m A 信號輸出至 DCS,但不影響流量變送器與壓力變送器之間的 HART 協(xié)議通信,因為 HART 通信是疊加在 4 ~ 20 m A 上的。

5. 2、壓力影響系數(shù)的輸入:

  除上述 4. 1 所述 的接線方式 外,還 需要 在2700R 型變送器內(nèi)輸入艾默生公司提供的壓力影響系數(shù),2700R 型變送器通過采集到的現(xiàn)場工藝介質(zhì)的壓力值及輸入 2700 型變送器內(nèi)的壓力影響系數(shù),自動對流量瞬時量進(jìn)行壓力補償。

  以下表 3 為艾默生公司提供的不同型號、口徑的流量計壓力影響系數(shù)。
表 3 流量計壓力影響系數(shù) ( 艾默生公司)

表 3 流量計壓力影響系數(shù) ( 艾默生公司)

  從上表中可以查出,兩套常壓裝置 CMFHC2型質(zhì)量流量計壓力對流量的影響為: - 0. 001 6% ,根據(jù)此系數(shù),可算出流量影響值:

  對 1 號常壓的一臺原油質(zhì)量流量計的的影響為 - ( 1. 35 - 0. 12) × 10 × 0. 0016% = 0. 02% ,對 2號常壓的兩臺原油質(zhì)量流量計的的影響均為 -( 1. 7 - 0. 185) × 10 × 0. 001 6% = 0. 02% 。故應(yīng)當(dāng)輸入正的壓力影響值,將瞬時流量提高約 0. 2‰。
 
6、實現(xiàn)自動壓力補償前、后的原油計量比對差率:

  從上述 4. 2 中可得出壓力對原油質(zhì)量流量計的影響值,以下表 4、表 5 為實現(xiàn)自動壓力補償前、后實際現(xiàn)場使用中的計量數(shù)據(jù)。
表 4 2016 年實現(xiàn)自動壓力補償前的計量差率表 5 實現(xiàn)自動壓力補償后的原油計量差率
表 4 2016 年實現(xiàn)自動壓力補償前的計量差率 表 5 實現(xiàn)自動壓力補償后的原油計量差率

  從上述數(shù)據(jù)來看,排除儀表故障等其它因素對計量差率的影響,近半年來,通過在線壓力補償,實際上進(jìn)裝置原油計量與末站進(jìn)廠原油計量差率從 0. 4% 減少到 0. 01% 以內(nèi)。

7、結(jié)束語:

  通過這次在三臺原油質(zhì)量流量計上游安裝壓力變送器實現(xiàn)在線壓力補償,原先一直困擾我們的對量誤差過大的問題得以解決,從將近半年的運行來看,實現(xiàn)現(xiàn)場原油質(zhì)量流量計在線壓力補償達(dá)到了預(yù)期的效果,確保了原油計量儀表的準(zhǔn)確,保證了計量數(shù)據(jù)出具的可靠性。今后,可以此作為參考,將以上應(yīng)用于類似的生產(chǎn)實際中,可使計量數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確地展現(xiàn)。

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