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在贸易交接应用中选择和使用科里奥利流量计

在贸易交接应用中选择和使用科里奥利流量计
By N.K.Chaudhary艾默生过程管理-新加坡
引言:
当供应商或经销商与下游用户之间对液体产品(如成品油)进行贸易交接时,必须确保产品的准确计量和严格核算。管理方和监管机构对交易的公平性均非常重视。本文通过科里奥利流量计和其他常用技术的对比,解释了为何科里奥利流量计是贸易交接应用中“最实用”的选择。同时,本文还提供了一些关于成功安装和使用科里奥利流量计的方法。
 
液体贸易交接计量概述:
目前,流量计量装置有以下三种基本类型:推理式容积流量计直接式容积流量计直接式质量流量计。
涡轮流量计-推理式容积流量计量
可以测量流动液体的几种特性,并能够推导其体积流量。尽管还有其他类型的推理式容积流量计(电磁,超声波和差压流量计),涡轮流量计却是贸易交接中最为常用的一种。在流体中插入一个涡轮叶片,根据其转速测定流体线速度。然后用管道截面积乘以流体线速度,将得出体积流量,即:

速度*面积=体积流量。在理想条件下,涡轮流量计可以非常准确可靠。然而,在夹气状态的流体测量中,它们将难以为继。这是由于转子转速太快,会造成超额计量乃至轴承损坏。如果流体流速变化较大,或是出现涡流,特别是在高粘度流体中,也会发生类似问题。尽管一些制造商已成功设计出适用于高粘度流体的涡轮流量计,但在多数情况下,由于此类技术的基本局限性,它们的安装条件一般都极为苛刻。例如,在仪表进出口处前后需安装较长的直管段,还必须配备消气器以及上游滤网,以确保无夹带气体且流速平稳。
涡轮流量计所依赖的精密运动机件必须与流体直接接触。因此,任何外来的污染物都可能致其损坏。由此,必须在其上游安装消气器和滤网,以保护流量计免遭损坏。

定排量流量计-直接式容积流量计量
作为最早的测量方法之一,定排量(PD)技术应用广泛且便于理解。PD流量计能够持续并重复地让流体进入一个精确已知容积的小计量室中。每次循环都会将一个容积单位的流体从流量计一端传递到另一端。随后通过计数小容积单位流过流量计的次数,来确定累计容积。经过多年积累,古老的技术已获得很大发展,例如,和很多现代流量计相似的脉冲输出式电子流量计,以及减少测量精度遭受压力因素影响的双套管式流量计。每个脉冲均对应一个离散量,它们将显示在本地显示器上,并传送到控制室。在如重质原油等高粘性产品应用中,PD流量计非常精确,并且其量程比高达10:1。

但是,PD流量计也存在一定的局限性。它们不适合用于液化石油气或低粘度介质(如成品油),因为其仪表外壳和转子之间无法实现充分密封。另外,PD流量计中许多运动部件都容易遭受损坏。在常态流体中必须定期更换磨损部件,以防止漂移过量。如果发生过程中的研磨颗粒导致磨损比率增加时,那么为了防止设备故障,将不得不提早进行部件更换。最后,当遇到夹带气体时,PD流量计会受到与涡轮流量计同样的限制。气体会使转子过度旋转,并导致超额计量。同样,必须在其上游安装消气器和滤网。
科里奥利质量流量计直接式质量流量计量
科里奥利质量流量计由一个变送器和传感器构成。流体通过U形,衣架形(如图所示)或直管形流量管,流量管与流体流动方向保持垂直震动。流体所产生的科里奥利力,与流量管振动力相互作用,造成流量管扭曲。扭曲度与流体的质量流量成正比,同时扭曲现象会产生正比的、可测量的相位移(流量管两端检测线圈之间)。

 

为确定体积流量,质量流量计还必须确定流体密度。这可通过测量流量管振动的自然频率得出。流体的流动密度与流量管振动期的平方成正比(与频率的平方成反比)。

由于只有测量出质量流量和密度后才可以确定体积流量,因此流量计能否准确测量这两个变量就显得尤为重要。和其它流量计相比,科里奥利流量计的独特设计,使得它对密度的测量更为准确。其中一项改进是:设计可通过更大体积流量的流量管。科里奥利流量计具有出众的密度测量精度,从而会得出更好的体积流量精度。
何时在贸易交接中选择科里奥利流
科里奥利流量计的原理面世相对较晚,但自高准(现为艾默生过程管理)在20世纪70年代首次将其推向市场以来,已经有10多家设备制造商安装了1.5万多台科氏流量计。经过数十年的成功测量应用,2002年美国石油学会(API)批准科氏流量计可用于贸易交接(见API第5.6章)。

科里奥利技术在贸易交接应用方面的市场占有率迅速增高,其主要原因如下:长期以来的高精度和重复性、多功能性、可靠性、耐固体颗粒性,以及最近的低压损和高性能表现。
精度和重复性
现代科氏流量计具有较高精度和重复性,甚至在较高量程比和流体密度、粘度和成分不断改变的流体条件下。艾默生在上世纪90年代末所推出的最新数字信号处理技术,有助于解决了零点稳定性问题,确保其能在大量程范围内保持超卓的准确性。
多功能性
在高量程比及和流体特性无关的仪表因素之间,科里奥利流量计还具备众多功能性。原来不同的产品需不同的仪表测量,而一台科里奥利流量计通常可测量多类产品。这尤其适用于综合性产品管线应用。

和其它技术的流量计不同的是,科里奥利流量计无需整流和仪表保护方面的安装需求。因此它们安装方便、成本经济,可安装于任何地方。
可靠性
科里奥利传感器的无插入、无密封和无轴承设计,能够保持其无需维护的长期完整性。鉴于其高可靠性,许多国家的计量机构减少了对其的标定要求,而其他类型流量计是要强制进行的。
耐固体颗粒性
流体中固体颗粒能经过仪表而不影响其测量精度。但是,为了防止侵蚀流量计,应正确选型以防止潜在磨蚀性固体颗粒高速通过流量计。
低压损
以前的数字型科氏流量计,需要平衡精确度和压损。自艾默生高准推出数字处理技术(也被称为多变量数字技术,或MVD™)以来,这种平衡已全部消失。数字处理型高准科里奥利流量计在大量程比下具有更高的基线精度,因此在低压损情况下仍能超出贸易交接计量精度要求。
在夹气应用中性能出众
由于无可动部件,科里奥利流量计不会在夹气环境中受损。另外,通过采用高准最新的MVD数字信号处理技术,科里奥利流量计在流量测量方面取得了巨大进步,其误差由20%降低至不到1%。
科里奥利流量计安装注意事项
在正常条件下,现代科里奥利流量计像阀门那样用螺栓固定在管道上。一些老旧、低质流量计在未对准的情况下无法实现精准测量,但现在很多经过认真设计制造的流量计,即使略微没有对准管道,也会免受管道压力的影响。

如果大量气体进入流量计,那么会导致测量错误。一个较好的安装经验是避免在管道最高点处安装传感器,因为此处气体容易滞留。

科里奥利流量计无需整流就可以保持准确可靠。两端无需长直管道安装。不同于带可动部件的流量计,科里奥利流量计可处理典型的管道固体颗粒而不会受到损坏。

如果仪表首次安装前必须清零的话,那么必须关闭阀门以确保无流体通过传感器。带隔断阀的典型流程示意图如下:
用科里奥利流量计可实现最大流量测量
在总流量很高的情况下,较经济的办法是平行安装多个科里奥利流量计,并累计其输出值作为总流量。在使用单一大口径流量计的某些情况下,所需的校验系统并不完全能够验证贸易交接仪表所能达到的测量能力。平行安装的小口径贸易交接仪表可以在低流量情况下进行分别校验。

当需要带多个平行仪表的测量系统时,可考虑使用工厂制造的在线平行计量系统(如下图高准系统)以降低成本和整体尺寸。
贸易交接认证要求
用于贸易交接的仪表必须首先符合OIML(国际法定度量衡组织)标准。许多科里奥利流量计均符合以下标准:
  • OIMLR117(用于除水以外液体的计量系统)
  • OIMLR115(用于液体数量的直接质量流量计量系统)
  • OIMLR81(用于低温液体的动态计量装置)
此外,每个国家都有其政府机构来对用于贸易交接计量的流量计进行认证,并指定其(首次和年度)校验要求。例如,计量仪器法规(MID)2004/22/EC于2006年10月30日起生效,适用于液体和气体的贸易交接计量,并适用于所有27个欧盟国家(加上挪威和瑞士)。艾默生的高准科里奥利流量计也已符合计量仪器法规(MID)2004/22/EC的要求,它也是第一个达到MID标准的科里奥利流量计。

通过认证的流量计必须附有一张该国机构颁发的证书,但证书由仪表制造商制作和发运。客户必须在定购时要求附有证书,证书上应列出被认证传感器和变送器的型号。
科里奥利流量计的校验
所有贸易交接流量计必须通过校验,以符合法规要求并确保产品存货核算足够准确。标准表是用来将贸易交接流量计与一个可靠且已知的参考值进行比对。以下基本计算方法适用于所有校验:

仪表系数=标准表读数/仪表读数

仪表校验结果可用于以下几个方面:
  • 仪表读数乘以仪表系数,得到正确的测量值
  • 校验结果可以用来确定新表标定系数
  • 可决定是否把仪表返给设备制造商进行分析或标定
科里奥利流量计可通过下列方法校验:
  • 秤重式罐校验
  • 体积式罐校验
  • 标准体积管
  • 小标准体积管
  • 交接标准法
  • 主表法
各个校验方法的组态将取决于其进行的是质量测量或体积测量校验。

科里奥利流量计拥有最多的校验方法,校验科里奥利流量计与校验其它类型流量计并无区别。然而,如果流体通过时间较短,在选用小标准体积管或标准体积管进行校验时,其过程比其他类型流量计的更为复杂。科里奥利流量计需要较长的预运行时间,这是因为科里奥利流量计使用制造的脉冲,而不是过程流体驱动脉冲。信号处理速度也是一个重要考虑因素:在相同的口径和流量条件下,由于老式科里奥利流量计使用较慢的模拟信号处理技术,其比带数字处理技术的流量计所需的检验装置要大。
案例简述
最近,一家位于东南亚的大型终端运营商需要一套贸易交接计量解决方案,用于五个加油站点。他们将PD流量计与科里奥利流量计进行了对比,由于科氏流量计维修较少,可靠性更高,他们最终选择了科里奥利流量计。终端的加油工作量很大,因此需要减少维修停机时间。最终,该运营商共安装了10个科氏流量计,在其每个加油站点各安装两台,见下图。
结束语
在贸易交接应用中使用推理和直接式容积流量计量技术也可达到精准和一致的测量,包括涡轮,正排量和其它流量计。然而,最新科氏流量计的直接式质量流量计量消除了很多传统计量方法遗留的问题。采用了数字处理技术的最新一代流量计,解决了妨碍科里奥利流量计在贸易交接中应用的终极问题(如压损、夹气计量问题)。但是仍需慎重考虑流量计的选型和安装。对大多数贸易交接应用,已经几乎不存在不选择科里奥利流量计的理由。
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