工藝壓力對原油質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的原油進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量流量計的在線壓力自動補償，實施了有效的解決對策。
1、武漢石化原油進廠計量簡介：
1. 1、管輸原油進廠計量：
武漢石化的原油進廠從 2005 年起基本上采用管道原油進廠，經過三臺 DN 的進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***終的原油進廠總量。管輸原油經三臺刮板流量計計量后輸送至武漢石化原油罐內。
兩套常壓裝置年加工能力 2016 年全年為 670多萬 t，兩套常壓裝置進裝置原油均采用質量流量計計量。1 號常壓裝置 90 年代起就采用艾默生公司生產的一臺 DN150 的 DS600 型質量流量計計量，2 號常壓裝置建于 2007 年，采用兩臺 DN150 的國產質量流量計計量。2013 年 5 月以上三臺流量計均更新為艾默生公司生產的 CMFHC2 型高精度質量流量計。
2、原油進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準裝置內，平時走進廠計量模式，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行檢定，每隔半年強制檢定 1 次。
2016 年檢修前檢定結果如表 1 所示。
表 1 檢定結果
從上述數據，分析歷次檢定的結果，三臺流量計在經過系數法修正后，其精度均達到使用要求。
2. 2、常壓裝置原油質量流量計情況：
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 性 均 為0. 03% ，檢定結論: 準予作 0. 2 級使用。
從上述數據看，三臺原油質量流量計計量誤差均應滿足使用要求。
3、原油進廠計量先期狀況及計量比對差率過大原因分析：
3. 1、原油進廠計量先期狀況：
自 2005 年管輸原油進廠建成以來，起先公司沒有重視管輸原油進廠與裝置原油進廠的計量比對，到 2012 年以來，公司逐漸重視兩者的計量比對差率。
2015 年年初，原油質量流量計同管輸原油刮板流量計對量誤差曾經***高達到為 － 0. 9% ，這引起看公司的重視，計量站曾經采取修改現場原油質量流量計流量系數的方法，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：
經過對上述三臺刮板流量計及三臺質量流量計的檢定結果查看，問題不是出現在流量計本身上，很有可能與工藝狀況有關。排除現場介質氣液兩相流等其他不存在的異常情況，可從工藝介質壓力方面進行分析，并尋求解決方法。
4、壓力對原油質量流量計精度的影響：
4. 1、壓力對科氏力質量流量計計量的影響：
從科里奧利質量流量計原理上看，流體經過流量計傳感器的兩根振管就會在振管上產生科氏力效應，使兩根振管扭曲振動，安裝在振管兩端的拾振線圈，將產生相位不同的兩組信號，這兩個信號差與流經傳感器的流體質量流量計成比例關系。相位差越大，表示流經的質量流量越大。可以用下式表示:M = KΔt
式中: K 為比例系數; Δt 為檢測信號的相位差。比例系數 K 受三個因素的影響:
( 1) 振管的結構參數 ( 振管的幾何形狀、管徑、管壁等) 。
( 2) 振管材料的膨脹系數 ( 剛性度) 。
( 3) 兩個振管固有諧振頻率的一致性。
以上三個參數是受溫度、壓力影響的，其中溫度通過傳感器內的鉑電阻測量后已經對質量流量進行了補償，但是傳感器沒有安裝測量壓力的傳感器，對壓力無測量。流體壓力發生變化導致傳感器的剛度等機械性能發生了微小改變，傳感器對流量的靈敏度也隨之發生了改變，流體壓力對傳感器振管的影響是不容忽視的，故需要補償由于現場壓力偏離檢定時壓力對振管的影響。
根據相關的實驗數據可知:
( 2) 小口徑的科氏力質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，壓力影響效應越來越明顯。這一點可從廠家給出的壓力影響系數匯中窺見一斑。
以下表 2 是在實驗狀態下不同壓力對 1 臺DN80 ( DS300 型) 質量流量計的測試數據。
表 2 對 1 臺 300 流量計在不同檢定壓力下的測試數據
4. 2、工藝壓力對原油質量流量計的影響：
因工藝介質壓力均低于檢定壓力，現場造成計量負誤差。
2015 年年初，原油質量流量計同管輸原油刮板流量計對量誤差曾經***高達到為 － 0. 9% ，這個情況與上述 3. 2 中一致。
因當時常壓裝置沒有停工檢修，只能采取修改質量流量計的流量系數，但效果也不太好。
5、安裝壓力變送器，實現對原油質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 24VDC 供電，輸出 HAＲT 通信信號至質量流量計的 2700Ｒ 型流量計變送器內。
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。
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、壓力影響系數的輸入：
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。
表 3 流量計壓力影響系數 ( 艾默生公司)
對 1 號常壓的一臺原油質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量流量計的的影響均為 －( 1. 7 － 0. 185) × 10 × 0. 001 6% = 0. 02% 。故應當輸入正的壓力影響值，將瞬時流量提高約 0. 2‰。
6、實現自動壓力補償前、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量流量計的影響值，以下表 4、表 5 為實現自動壓力補償前、后實際現場使用中的計量數據。
表 4 2016 年實現自動壓力補償前的計量差率 表 5 實現自動壓力補償后的原油計量差率
從上述數據來看，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，實際上進裝置原油計量與末站進廠原油計量差率從 0. 4% 減少到 0. 01% 以內。
7、結束語：