针对扬子石化公司质量流量计使用数量不断增加和应用范围的愈加广泛,同时随着测量准确度要求的不断提高,质量流量计应用于实际工况压力之下(0.3~1.5Mpa甚至更高),它的测量准确度到底如何变化,是人们较为关心的问题。流量计使用现场的实际工况压力是千变万化的,虽然流量计的生产厂家给出了压力修正系数,如 EMERSON公司的DS300、DS600型质量流量计,会带来-0.1286%的系统误差;CMF200型质量流量计,工艺压力每提高0.1Mpa会带来-0.01142%的系统误差等。但是,在实际工况压力与标定工作压力可能偏离较大时,测量误差的变化与工况压力是否完全成线性比例关系?
为了切实提高质量流量计的测量准确度,充分发挥质量流量计的优点,对工况压力及其波动对质量流量计的测量准确度的影响进行定性、定量的分析就成为一项重要课题。为此,本文选择目前使用较多的 EMERSON公司生产的DS和CMF系列质量流量计进行标定试验,以确定工况压力对质量流量计的测量准确度的影响。
1、标定试验过程
本文利用扬子石化公司计量中心站2001年建立的称重法水流量标准装置(经江苏省计量测试技术研究所考核,裝置不确定度为0.05%),通过两种不同的标定方式对同台质量流量计进行标定,即:常规检定/校准(检定工作压力为0.29Mpa)和变压状态下的检定/校准。对于变压状态下的检定/校准,采用“变频保压”方式模拟不同的现场工况压力,寻求出压力对质量流量计测量准确度的影响。在获得“定量”分析的的基础上,实现不同质量流量计有不同的压力ー误差使用特性曲线,对质量流量计的误差特性进行“个性化标定”,并建立P(工艺压力)ーE(因压力引起的误差)模型图,以期在实际工况条件下更加合理、充分地应用质量流量计,从而充分发挥质量流量计的自身优点,保障物料能源计量的准确、可靠。
1.1P-E数学模型的建立
质量流量计是利用流体在振动管内流动时产生的科氏力,而流过质量流量计的流量与科氏力成正比。依照计量检定规程《JG897-95质量流量计检定规程》,对于采用称重法水流量标准装置检定质量流量计时,应记录被检流量计的示值质量和标准器(电子秤)的示值读数,同时记录下检定时的系统压力P,从而核算出检定工作压力下该检定流量点的基本误差：
式中:f(P)一质量流量计关于工况压力的函数
E一被检流量计的基本误差
Ei一被检流量计第检定点的基本误差
Eij一被检流量计第ⅰ检定点第j次检定的基本误差
Mij一被检流量计第ⅱ检定点第j次检定时的示值值量(kg)
(Ms)i一第i检定点第j次检定时标准器示值(kg）
1.2标定试验及数据处理
针对扬子公司使用质量流量计的实际情况,在本次试验中我们分别选用一台 ROSEMOUNT公司生产的0.1级的CMF400质量流量计和一台0.2级DS300质量流量计进行本课题试验。首先,在称重法水流量标准装置上对两台被检流量计依照计量检定规程进行常规检定(检定时工况压力为0.29Mpa),检定时流量组态150t/h对应1500Hz频率输出,检定数据如下：
其后,根据CMF400和DS300质量流量计在现场使用的情况和在计量中心站检定标准装置上的实际流量,确定CMF400质量流量计本次压力试验的流量点为130t/h,运用在正常检定条件下(0.29Mpa)的零点校验和在1Mpa工作压力条件下的零点校验两种情况进行0.5Mpa1Mpa“变频保压”方式的压力对质量流量计测量准确度影响的试验,试验结果。对DS300质量流量计依据《JJG897-95质量流量计检定规程》,运用在正常检定条件下(0.29Mpa)的零点校验和在1.2Mpa工作压力条件下的零点校验两种情况进行0.3Mpa-1.OMpa“变频保压”方式的压力对质量流量计测量准确度影响的试验,试验结果。
2.结果分析与结论
通过对上述试验数据的分析、比对,本文得出如下几点结论:
1)工况压力对CMF400科氏力质量流量计的测量的准确度影响较小,而零点校验对它的测量准确度影响较大。如果在检定过程中只是在低工況压力下进行零点校验,那么随着试验过程中工况压力的不断提高,该型质量流量计的测量不确定度的变化规律性不强,且测量重复性的变化存在偶然性,在高工况压力下检定时流量计检定结果不合格。然而,通过在工况上限压力下进行零点校后再次标定,依据检定规程检定后其检定结果可复现至常规检定的检定结果,因此,对于CMF400型流量计,为确保其在工况条件下的测量不确定度,在实际使用过程中一定要在工况上限压力条件下进行零点校验后方可将流量计投入正常使用,从而保证工艺控制和物料、能源计量的准确可靠。
2)对于DS300科氏力质量流量计,是在工况条件下(1.2Mpa)进行零点校验,还是在水塔稳压(0.28Mpa)进行零点校验,其最终检定结果基本吻合,同时反映出“水塔稳压”方式和“变频保压”方式对它的检定结果的影响不大。根据整个试验过程,反映出工况压力对该型质量流量计测量准确度的影响呈一定的规律性,在实际使用过程中可根据采用模拟工况压力进行“个性化”标定后的检定数据对相应使用流量点的测量准确度进行修正,从而保证该型质量流量计的测量精度。
3)关于工况压力对科氏力质量流量计测量准确度的影响
不同型号、不同规格、不同生产厂家的科氏力质量流量计有可能呈不同的规律性。为了保证它们的高精度测量,对科氏力质量流量计依据工况压力分别对其进行“个性化”标定具有十分重要的意义,也是必需要做的技术工作。
4)随着扬子公司计量站模拟现场工况压力的“变频保压”式称重法水流量标准装置的建立,今后可以通过分批对不同型号规格、厂家的科氏力质量流量计进行“个性化”标定,建立相应的工况压力对科氏力质量流量计测量准确度影响的数据库,保障各型科氏力质量流量计的可靠运行、物料能源的准确计量。
3、适用性和经济性分析
为了更加有效地发挥质量流量计的自身优点,充分利用它的高测量准确度,并将本课题由试验室走向实际工况,本文试验中所选用的是一台扬子公司烯烃厂65万乙烯改造计量交接用的CMF400(现场工況压力为0.8Mpa)和一台扬子计量中心站流量标准装置上作量传标准用的DS300(工况压力为1.0Mpa)质量流量计。选用它们的目的是为了使试验更具代表性,既能反映生产厂工況压力相应变化量较大的不稳定场合使用情况,又能反映作为标准装置的技术要求和测量准确度要求高标准场合的使用情况,同时对今后更为合理有效地利用质量流量计于物料、能源计量交接提供参考。这两台流量计在经过压力试验状态下检定/校准后,对它们的实际使用情况进行了及时跟踪。从跟踪结果来看,在以前常规检定/校准后质量流量计的现场计量误差调校的工作量很大,一般表的计量误差随着工况压力的提高存在负向漂移的定律,这也基本吻合了质量流量计生产厂提供的技术特性参考,而经过进行压力试验后的质量流量计的特性变化基本与试验初期的期望吻合,同时反映出CMF系列科氏质量流量计的零点校准一定要在上限工況压力之下进行,而DS系列质量流量计只需在投用时按照零点校验的要求进行零点校验,然后按照“个性化”标定的数据进行对应工况压力下的测量准确度修正,就可保证它们的测量精度,具体使用情況的比对结果见表3。
CMF系列科氏力质量流量计的综合性能优于DS系列科氏力质量流量计,且“个性化”标定后科氏力质量流量计使用过程中的日常维护量大大降低,仪表的测量准确度大大提高。过去在未进行压力试验时,只是通过质量流量计生产厂提供的技术参数了解到工况压力对质量流量计的测量准确度有一定的影响,但是它的影响量到底有多大不是很明确,而生产现场经常反应的问题就是物料、能源供需双方的量差很大,计量纠纷频繁。在工艺控制方面因充分认识到质量流量计的系统误差,可大大提高产品的质量,増强产品的市场竟争力和市场占有率。