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在貿易交接應用中選擇和使用科裏奧利流量計

在貿易交接應用中選擇和使用科裏奧利流量計
By N.K.Chaudhary艾默生過程管理-新加坡
引言:
當供應商或經銷商與下遊用戶之間對液體産品(如成品油)進行貿易交接時 ,必須確保産品的准確計量和嚴格核算。管理方和監管機構對交易的公平性均非常重視。本文通過科裏奧利流量計和其他常用技術的對比 ,解釋了爲何科裏奧利流量計是貿易交接應用中“*實用”的選擇。同時 ,本文還提供了一些關于成功安裝和使用科裏奧利流量計的方法。
 
液體貿易交接計量概述:
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量流量計。
渦輪流量計-推理式容積流量計量
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積流量計(电磁 ,超声波和差压流量计) ,渦輪流量計却是贸易交接中*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*面積=體積流量。在理想條件下 ,渦輪流量計可以非常准確可靠。然而 ,在夾氣狀態的流體測量中 ,它們將難以爲繼。這是由于轉子轉速太快 ,會造成超額計量乃至軸承損壞。如果流體流速變化較大 ,或是出現渦流 ,特別是在高粘度流體中 ,也會發生類似問題。盡管一些制造商已成功設計出適用于高粘度流體的渦輪流量計 ,但在多數情況下 ,由于此類技術的基本局限性 ,它們的安裝條件一般都極爲苛刻。例如 ,在儀表進出口處前後需安裝較長的直管段 ,還必須配備消氣器以及上遊濾網 ,以確保無夾帶氣體且流速平穩。
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 ,任何外來的汙染物都可能致其損壞。由此 ,必須在其上遊安裝消氣器和濾網 ,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
作爲*早的測量方法之一 ,定排量(PD)技術應用廣泛且便于理解。PD流量計能夠持續並重複地讓流體進入一個**已知容積的小計量室中。每次循環都會將一個容積單位的流體從流量計一端傳遞到另一端。隨後通過計數小容積單位流過流量計的次數 ,來確定累計容積。經過多年積累 ,古老的技術已獲得很大發展 ,例如 ,和很多現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。每個脈沖均對應一個離散量 ,它們將顯示在本地顯示器上 ,並傳送到控制室。在如重質原油等高粘性産品應用中 ,PD流量計非常** ,並且其量程比高達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(如成品油) ,因爲其儀表外殼和轉子之間無法實現充分密封。另外 ,PD流量計中許多運動部件都容易遭受損壞。在常態流體中必須定期更換磨損部件 ,以防止漂移過量。如果發生過程中的研磨顆粒導致磨損比率增加時 ,那麽爲了防止設備故障 ,將不得不提早進行部件更換。*後 ,當遇到夾帶氣體時 ,PD流量計會受到與渦輪流量計同樣的限制。氣體會使轉子過度旋轉 ,並導致超額計量。同樣 ,必須在其上遊安裝消氣器和濾網。
科裏奧利質量流量計直接式質量流量計量
科裏奧利質量流量計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。流体所产生的科裏奧利力 ,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 ,質量流量計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 ,科裏奧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?蒲Y奧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裏奧利流
科裏奧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**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)。

科裏奧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複性、多功能性、可靠性、耐固體顆粒性 ,以及*近的低壓損和高性能表现。
精度和重複性
现代科氏流量计具有较高精度和重複性 ,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*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 ,科裏奧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 ,而一台科裏奧利流量计通?刹饬慷嗬嗖。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 ,科裏奧利流量计无需整流和仪表;し矫娴陌沧靶枨。因此它们安装方便、成本经济 ,可安装于任何地方。
可靠性
科裏奧利传感器的无插入、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。
耐固體顆粒性
流體中固體顆粒能經過儀表而不影響其測量精度。但是 ,爲了防止侵蝕流量計 ,應正確選型以防止潛在磨蝕性固體顆粒高速通過流量計。
低壓損
以前的数字型科氏流量计 ,需要平衡**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。数字处理型高准科裏奧利流量计在大量程比下具有更高的基线精度 ,因此在低壓損情况下仍能超出贸易交接计量精度要求。
在夾氣應用中性能出衆
由于无可动部件 ,科裏奧利流量计不会在夹气环境中受损。另外 ,通过采用高准*新的MVD数字信号处理技术 ,科裏奧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%。
科裏奧利流量计安装注意事项
在正常条件下 ,现代科裏奧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。

如果大量氣體進入流量計 ,那麽會導致測量錯誤。一個較好的安裝經驗是避免在管道*高點處安裝傳感器 ,因爲此處氣體容易滯留。

科裏奧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 ,科裏奧利流量计可处理典型的管道固体颗粒而不会受到损坏。

如果儀表**安裝前必須清零的話 ,那麽必須關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:
用科裏奧利流量计可实现*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裏奧利流量计 ,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。

當需要帶多個平行儀表的測量系統時 ,可考慮使用工廠制造的在線平行計量系統(如下圖高准系統)以降低成本和整體尺寸。
貿易交接認證要求
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。许多科裏奧利流量计均符合以下标准:
  • OIMLR117(用于除水以外液體的計量系統)
  • OIMLR115(用于液体数量的直接質量流量計量系统)
  • OIMLR81(用于低溫液體的動態計量裝置)
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(**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)。艾默生的高准科裏奧利流量计也已符合计量仪器法规(MID)2004/22/EC的要求 ,它也是**个达到MID标准的科裏奧利流量计。

通過認證的流量計必須附有一張該國機構頒發的證書 ,但證書由儀表制造商制作和發運?蛻舯仨氃诙ㄙ彆r要求附有證書 ,證書上應列出被認證傳感器和變送器的型號。
科裏奧利流量计的校验
所有貿易交接流量計必須通過校驗 ,以符合法規要求並確保産品存貨核算足夠准確。標准表是用來將貿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=標准表讀數/儀表讀數

儀表校驗結果可用于以下幾個方面:
  • 儀表讀數乘以儀表系數 ,得到正確的測量值
  • 校驗結果可以用來確定新表標定系數
  • 可決定是否把儀表返給設備制造商進行分析或標定
科裏奧利流量计可通过下列方法校验:
  • 秤重式罐校驗
  • 體積式罐校驗
  • 標准體積管
  • 小標准體積管
  • 交接標准法
  • 主表法
各個校驗方法的組態將取決于其進行的是質量測量或體積測量校驗。

科裏奧利流量计拥有*多的校验方法 ,校验科裏奧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 ,在选用小標准體積管或標准體積管进行校验时 ,其过程比其他类型流量计的更为复杂?蒲Y奧利流量计需要较长的预运行时间 ,这是因为科裏奧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 ,由于老式科裏奧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。
案例簡述
*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流量计与科裏奧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*终选择了科裏奧利流量计。终端的加油工作量很大 ,因此需要减少维修;奔。*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。
結束語
在贸易交接应用中使用推理和直接式容積流量計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 ,*新科氏流量计的直接式質量流量計量消除了很多传统计量方法**的问题。采用了数字处理技术的*新一代流量计 ,解决了妨碍科裏奧利流量计在贸易交接中应用的**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裏奧利流量计的理由。