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在貿(mào)易交接應(yīng)用中選擇和使用艾默生科里奧利流量計
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  引言

  當(dāng)供應(yīng)商或經(jīng)銷商與下游用戶之間對液體產(chǎn)品(如成品油)進行貿(mào)易交接時,必須確保產(chǎn)品的準(zhǔn)確計量和嚴格核算。管理方和監(jiān)管機構(gòu)對交易的公平性均非常重視。本文通過科里奧利流量計和其他常用技術(shù)的對比,解釋了為何科里奧利流量計是貿(mào)易交接應(yīng)用中“最實用”的選擇 。同時,本文還提供了一些關(guān)于成功安裝和使用科里奧利流量計的方法。

  液體貿(mào)易交接計量概述

  目前,流量計量裝置有以下三種基本類型:推理式容積流量計,直接式容積流量計和直接式質(zhì)量流量計。

  渦輪流量計-推理式容積流量計量

  可以測量流動液體的幾種特性,并能夠推導(dǎo)其體積流量。盡管還有其他類型的推理式容積流量計(電磁,超聲波和差壓流量計),渦輪流量計卻是貿(mào)易交接中最為常用的一種。在流體中插入一個渦輪葉片,根據(jù)其轉(zhuǎn)速測定流體線速度。然后用管道截面積乘以流體線速度,將得出體積流量,即:

  速度X面積=體積流量。

  在理想條件下,渦輪流量計可以非常準(zhǔn)確可靠。然而,在夾氣狀態(tài)的流體測量中,它們將難以為繼。這是由于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速太快,會造成超額計量乃至軸承損壞。如果流體流速變化較大,或是出現(xiàn)渦流,特別是在高粘度流體中,也會發(fā)生類似問題。盡管一些制造商已成功設(shè)計出適用于高粘度流體的渦輪流量計,但在多數(shù)情況下,由于此類技術(shù)的基本局限性,它們的安裝條件一般都極為苛刻。例如,在儀表進出口處前后需安裝較長的直管段,還必須配備消氣器以及上游濾網(wǎng),以確保無夾帶氣體且流速平穩(wěn)。

  渦輪流量計所依賴的精密運動機件必須與流體直接接觸。因此,任何外來的污染物都可能致其損壞。由此,必須在其上游安裝消氣器和濾網(wǎng),以保護流量計免遭損壞。

  定排量流量計-直接式容積流量計量

  作為最早的測量方法之一,定排量(PD)技術(shù)應(yīng)用廣泛且便于理解。PD流量計能夠持續(xù)并重復(fù)地讓流體進入一個精確已知容積的小計量室中。每次循環(huán)都會將一個容積單位的流體從流量計一端傳遞到另一端。隨后通過計數(shù)小容積單位流過流量計的次數(shù),來確定累計容積。經(jīng)過多年積累,這古老的技術(shù)已獲得很大發(fā)展,例如,和很多現(xiàn)代流量計相似的脈沖輸出式電子流量計,以及減少測量精度遭受壓力因素影響的雙套管式流量計。每個脈沖均對應(yīng)一個離散量,它們將顯示在本地顯示器上,并傳送到控制室。在如重質(zhì)原油等高粘性產(chǎn)品應(yīng)用中,PD流量計非常精確,并且其量程比高達10:1 。

  但是,PD流量計也存在一定的局限性。它們不適合用于液化石油氣或低粘度介質(zhì)(如成品油),因為其儀表外殼和轉(zhuǎn)子之間無法實現(xiàn)充分密封。另外,PD流量計中許多運動部件都容易遭受損壞。在常態(tài)流體中,必須定期更換磨損部件,以防止漂移過量。如果發(fā)生過程中的研磨顆粒導(dǎo)致磨損比率增加時,那么為了防止設(shè)備故障,將不得不提早進行部件更換。最后,當(dāng)遇到夾帶氣體時,PD流量計會受到與渦輪流量計同樣的限制。氣體會使轉(zhuǎn)子過度旋轉(zhuǎn),并導(dǎo)致超額計量。同樣,必須在其上游安裝消氣器和濾網(wǎng)。

  科里奧利質(zhì)量流量計-直接式質(zhì)量流量計量

  科里奧利質(zhì)量流量計由一個變送器和傳感器構(gòu)成。流體通過U形,衣架形(如圖所示)或直管形流量管,流量管與流體流動方向保持垂直震動。流體所產(chǎn)生的科里奧利力,與流量管振動力相互作用,造成流量管扭曲。扭曲度與流體的質(zhì)量流量成正比,同時扭曲現(xiàn)象會產(chǎn)生正比的、可測量的相位移(流量管兩端檢測線圈之間)。

  為確定體積流量,質(zhì)量流量計還必須確定流體密度。這可通過測量流量管振動的自然頻率得出。流體的流動密度與流量管振動期的平方成正比(與頻率的平方成反比)。

  由于只有測量出質(zhì)量流量和密度后才可以確定體積流量,因此流量計能否準(zhǔn)確測量這兩個變量就顯得尤為重要。和其它流量計相比,科里奧利流量計的獨特設(shè)計,使得它對密度的測量更為準(zhǔn)確。其中一項改進是:設(shè)計可通過更大體積流量的流量管?评飱W利流量計具有出眾的密度測量精度,從而會得出更好的體積流量精度。

  何時在貿(mào)易交接中選擇科里奧利流量計

  科里奧利流量計的原理面世相對較晚,但自高準(zhǔn)(現(xiàn)為艾默生過程管理)在20世紀70年代首次將其推向市場以來,已經(jīng)有10多家設(shè)備制造商安裝了1.5萬多臺科氏流量計。經(jīng)過數(shù)十年的成功測量應(yīng)用,2002年美國石油學(xué)會(API)批準(zhǔn)科氏流量計可用于貿(mào)易交接(見API 第5.6章 ) 。

  科里奧利技術(shù)在貿(mào)易交接應(yīng)用方面的市場占有率迅速增高,其主要原因如下:長期以來的高精度和重復(fù)性、多功能性、可靠性、耐固體顆粒性,以及最近的低壓損和高性能表現(xiàn)。

  精度和重復(fù)性

  現(xiàn)代科氏流量計具有較高精度和重復(fù)性,甚至在較高量程比和流體密度、粘度和成分不斷改變的流體條件下。艾默生在上世紀90年代末所推出的最新數(shù)字信號處理技術(shù),有助于解決了零點穩(wěn)定性問題,確保其能在大量程范圍內(nèi)保持超卓的準(zhǔn)確性。

  多功能性

  在高量程比及和流體特性無關(guān)的儀表因素之間,科里奧利流量計還具備眾多功能性。原來不同的產(chǎn)品需不同的儀表測量,而一臺科里奧利流量計通常可測量多類產(chǎn)品。這尤其適用于綜合性產(chǎn)品管線應(yīng)用。

  和其它技術(shù)的流量計不同的是,科里奧利流量計無需整流和儀表保護方面的安裝需求。因此它們安裝方便、成本經(jīng)濟,可安裝于任何地方。

  可靠性

  科里奧利傳感器的無插入、無密封和無軸承設(shè)計,能夠保持其無需維護的長期完整性。鑒于其高可靠性,許多國家的計量機構(gòu)減少了對其的標(biāo)定要求,而其他類型流量計是要強制進行的。

  耐固體顆粒性

  流體中固體顆粒能經(jīng)過儀表而不影響其測量精度。但是,為了防止侵蝕流量計,應(yīng)正確選型以防止?jié)撛谀ノg性固體顆粒高速通過流量計。

  低壓損

  以前的數(shù)字型科氏流量計,需要平衡精確度和壓損。自艾默生高準(zhǔn)推出數(shù)字處理技術(shù)(也被稱為多變量數(shù)字技術(shù),或MVD ™)以來,這種平衡已全部消失。數(shù)字處理型高準(zhǔn)科里奧利流量計在大量程比下具有更高的基線精度,因此在低壓損情況下仍能超出貿(mào)易交接計量精度要求。

  在夾氣應(yīng)用中性能出眾

  由于無可動部件,科里奧利流量計不會在夾氣環(huán)境中受損。另外,通過采用高準(zhǔn)最新的MVD數(shù)字信號處理技術(shù),科里奧利流量計在流量測量方面取得了巨大進步,其誤差由20 %降低至不到1 %。

  科里奧利流量計安裝注意事項

  在正常條件下,現(xiàn)代科里奧利流量計像閥門那樣用螺栓固定在管道上。一些老舊、低質(zhì)流量計在未對準(zhǔn)的情況下無法實現(xiàn)精準(zhǔn)測量,但現(xiàn)在很多經(jīng)過認真設(shè)計制造的流量計,即使略微沒有對準(zhǔn)管道,也會免受管道壓力的影響。

  如果大量氣體進入流量計,那么會導(dǎo)致測量錯誤。一個較好的安裝經(jīng)驗是避免在管道最高點處安裝傳感器,因為此處氣體容易滯留。

  科里奧利流量計無需整流就可以保持準(zhǔn)確可靠。兩端無需長直管道安裝。不同于帶可動部件的流量計,科里奧利流量計可處理典型的管道固體顆粒而不會受到損壞。

  如果儀表首次安裝前必須清零的話,那么必須關(guān)閉閥門以確保無流體通過傳感器。帶隔斷閥的典型流程示意圖如下:

  用科里奧利流量計可實現(xiàn)最大流量測量

  在總流量很高的情況下,較經(jīng)濟的辦法是平行安裝多個科里奧利流量計,并累計其輸出值作為總流量。在使用單一大口徑流量計的某些情況下,所需的校驗系統(tǒng)并不完全能夠驗證貿(mào)易交接儀表所能達到的測量能力。平行安裝的小口徑貿(mào)易交接儀表可以在低流量情況下進行分別校驗。

  當(dāng)需要帶多個平行儀表的測量系統(tǒng)時,可考慮使用工廠制造的在線平行計量系統(tǒng)(如下圖高準(zhǔn)系統(tǒng))以降低成本和整體尺寸。

  貿(mào)易交接認證要求

  用于貿(mào)易交接的儀表必須首先符合OIML(國際法定度量衡組織)標(biāo)準(zhǔn)。許多科里奧利流量計均符合以下標(biāo)準(zhǔn):

  ·        OIML R 117 (用于除水以外液體的計量系統(tǒng))

  ·        OIML R 115 (用于液體數(shù)量的直接質(zhì)量流量計量系統(tǒng))

  ·        OIML R - 81 (用于低溫液體的動態(tài)計量裝置)

  此外,每個國家都有其政府機構(gòu)來對用于貿(mào)易交接計量的流量計進行認證,并指定其(首次和年度)校驗要求。例如,計量儀器法規(guī)(MID)2004/22/EC于2006年10月30日起生效,適用于液體和氣體的貿(mào)易交接計量,并適用于所有27個歐盟國家(加上挪威和瑞士) 。艾默生的高準(zhǔn)科里奧利流量計也已符合計量儀器法規(guī)(MID)2004/22/EC的要求,它也是第一個達到MID標(biāo)準(zhǔn)的科里奧利流量計。

  通過認證的流量計必須附有一張該國機構(gòu)頒發(fā)的證書,但證書由儀表制造商制作和發(fā)運?蛻舯仨氃诙ㄙ彆r要求附有證書,證書上應(yīng)列出被認證傳感器和變送器的型號。

  科里奧利流量計的校驗

  所有貿(mào)易交接流量計必須通過校驗,以符合法規(guī)要求并確保產(chǎn)品存貨核算足夠準(zhǔn)確。標(biāo)準(zhǔn)表是用來將貿(mào)易交接流量計與一個可靠且已知的參考值進行比對。以下基本計算方法適用于所有校驗:

  儀表系數(shù)=標(biāo)準(zhǔn)表讀數(shù)/儀表讀數(shù)

  儀表校驗結(jié)果可用于以下幾個方面:

  ·        儀表讀數(shù)乘以儀表系數(shù),得到正確的測量值

  ·        校驗結(jié)果可以用來確定新表標(biāo)定系數(shù)

  ·        可決定是否把儀表返給設(shè)備制造商進行分析或標(biāo)定

  科里奧利流量計可通過下列方法校驗:

  ·        秤重式罐校驗

  ·        體積式罐校驗

  ·        標(biāo)準(zhǔn)體積管

  ·        小標(biāo)準(zhǔn)體積管

  ·        交接標(biāo)準(zhǔn)法

  ·        主表法

  各個校驗方法的組態(tài)將取決于其進行的是質(zhì)量測量或體積測量校驗。

  科里奧利流量計擁有最多的校驗方法,校驗科里奧利流量計與校驗其它類型流量計并無區(qū)別。然而,如果流體通過時間較短,在選用小標(biāo)準(zhǔn)體積管或標(biāo)準(zhǔn)體積管進行校驗時,其過程比其他類型流量計的更為復(fù)雜。科里奧利流量計需要較長的預(yù)運行時間,這是因為科里奧利流量計使用制造的脈沖,而不是過程流體驅(qū)動脈沖。信號處理速度也是一個重要考慮因素:在相同的口徑和流量條件下,由于老式科里奧利流量計使用較慢的模擬信號處理技術(shù),其比帶數(shù)字處理技術(shù)的流量計所需的檢驗裝置要大。

  案例簡述

  最近,一家位于東南亞的大型終端運營商需要一套貿(mào)易交接計量解決方案,用于五個加油站點。他們將PD流量計與科里奧利流量計進行了對比,由于科氏流量計維修較少,可靠性更高,他們最終選擇了科里奧利流量計。終端的加油工作量很大,因此需要減少維修停機時間。最終,該運營商共安裝了10個科氏流量計,在其每個加油站點各安裝兩臺,見下圖。

  結(jié)束語

  在貿(mào)易交接應(yīng)用中使用推理和直接式容積流量計量技術(shù)也可達到精準(zhǔn)和一致的測量,包括渦輪,正排量和其它流量計。然而,最新科氏流量計的直接式質(zhì)量流量計量消除了很多傳統(tǒng)計量方法遺留的問題。采用了數(shù)字處理技術(shù)的最新一代流量計,解決了妨礙科里奧利流量計在貿(mào)易交接中應(yīng)用的終極問題(如壓損、夾氣計量問題)。但是仍需慎重考慮流量計的選型和安裝。對大多數(shù)貿(mào)易交接應(yīng)用,已經(jīng)幾乎不存在不選擇科里奧利流量計的理由。

  關(guān)于艾默生過程管理

  艾默生過程管理(www.emersonprocess.com)是艾默生業(yè)務(wù)的一部分,其在化工、石油天然氣、煉油、紙漿和造紙、電力、食品與飲料、制藥和其它的工業(yè)的自動化領(lǐng)域中居于領(lǐng)先地位。針對特定的工業(yè)行業(yè)提供優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品和技術(shù)、咨詢、項目管理和維護服務(wù)。艾默生過程管理公司的品牌包括: PlantWeb®, DeltaV™, Ovation®, Fisher®, Micro Motion®, Rosemount®, Mobrey®, Daniel®, Bristol®, 和 AMS™ Suite.

  關(guān)于艾默生

  總部位于圣路易斯市的艾默生是一家全球領(lǐng)先的公司,該公司將技術(shù)與工程相結(jié)合,在網(wǎng)絡(luò)能源、過程管理、工業(yè)自動化、環(huán)境優(yōu)化技術(shù)及家電和工具等領(lǐng)域為客戶提供創(chuàng)新性的解決方案。公司在2008財年的銷售額達248億美元。欲了解進一步信息,歡迎訪問www.Emerson.com。

  PlantWeb, Fisher, Micro Motion, Rosemount, Daniel, Bristol, Mobrey, DeltaV, Ovation, 和AMS是艾默生過程管理的商標(biāo)。其它的商標(biāo)都歸其所有者擁有。

  


 

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公司名稱: 艾默生過程管理
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地  址: 上海市浦東新區(qū)新金橋路1277號
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