在貿(mào)易交接應(yīng)用中選擇和使用科里奧利流量計(jì)
By N.K.Chaudhary艾默生過(guò)程管理－新加坡
引言: 當(dāng)供應(yīng)商或經(jīng)銷商與下游用戶之間對(duì)液體產(chǎn)品(如成品油)進(jìn)行貿(mào)易交接時(shí)，必須確保產(chǎn)品的準(zhǔn)確計(jì)量和嚴(yán)格核算。管理方和監(jiān)管機(jī)構(gòu)對(duì)交易的公平性均非常重視。本文通過(guò)科里奧利流量計(jì)和其他常用技術(shù)的對(duì)比，解釋了為何科里奧利流量計(jì)是貿(mào)易交接應(yīng)用中“*實(shí)用”的選擇。同時(shí)，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(jì)的方法。
渦輪流量計(jì)－推理式容積流量計(jì)量 可以測(cè)量流動(dòng)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(jì)（電磁，超聲波和差壓流量計(jì)），渦輪流量計(jì)卻是貿(mào)易交接中*為常用的一種。在流體中插入一個(gè)渦輪葉片，根據(jù)其轉(zhuǎn)速測(cè)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*面積=體積流量。在理想條件下，渦輪流量計(jì)可以非常準(zhǔn)確可靠。然而，在夾氣狀態(tài)的流體測(cè)量中，它們將難以為繼。這是由于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速太快，會(huì)造成超額計(jì)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(huì)發(fā)生類似問(wèn)題。盡管一些制造商已成功設(shè)計(jì)出適用于高粘度流體的渦輪流量計(jì)，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(jìn)出口處前后需安裝較長(zhǎng)的直管段，還必須配備消氣器以及上游濾網(wǎng)，以確保無(wú)夾帶氣體且流速平穩(wěn)。
渦輪流量計(jì)所依賴的精密運(yùn)動(dòng)機(jī)件必須與流體直接接觸。因此，任何外來(lái)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(hù)流量計(jì)免遭損壞。
定排量流量計(jì)－直接式容積流量計(jì)量 作為*早的測(cè)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(jì)能夠持續(xù)并重復(fù)地讓流體進(jìn)入一個(gè)**已知容積的小計(jì)量室中。每次循環(huán)都會(huì)將一個(gè)容積單位的流體從流量計(jì)一端傳遞到另一端。隨后通過(guò)計(jì)數(shù)小容積單位流過(guò)流量計(jì)的次數(shù)，來(lái)確定累計(jì)容積。經(jīng)過(guò)多年積累，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(jì)相似的脈沖輸出式電子流量計(jì)，以及減少測(cè)量精度遭受壓力因素影響的雙套管式流量計(jì)。每個(gè)脈沖均對(duì)應(yīng)一個(gè)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(jì)非常**，并且其量程比高達(dá)10:1。
但是，PD流量計(jì)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?yàn)槠鋬x表外殼和轉(zhuǎn)子之間無(wú)法實(shí)現(xiàn)充分密封。另外，PD流量計(jì)中許多運(yùn)動(dòng)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(guò)量。如果發(fā)生過(guò)程中的研磨顆粒導(dǎo)致磨損比率增加時(shí)，那么為了防止設(shè)備故障，將不得不提早進(jìn)行部件更換。*后，當(dāng)遇到夾帶氣體時(shí)，PD流量計(jì)會(huì)受到與渦輪流量計(jì)同樣的限制。氣體會(huì)使轉(zhuǎn)子過(guò)度旋轉(zhuǎn)，并導(dǎo)致超額計(jì)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(jì)－直接式質(zhì)量流量計(jì)量 科里奧利質(zhì)量流量計(jì)由一個(gè)變送器和傳感器構(gòu)成。流體通過(guò)U形，衣架形（如圖所示）或直管形流量管，流量管與流體流動(dòng)方向保持垂直震動(dòng)。流體所產(chǎn)生的科里奧利力，與流量管振動(dòng)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(shí)扭曲現(xiàn)象會(huì)產(chǎn)生正比的、可測(cè)量的相位移（流量管兩端檢測(cè)線圈之間）。
為確定體積流量，質(zhì)量流量計(jì)還必須確定流體密度。這可通過(guò)測(cè)量流量管振動(dòng)的自然頻率得出。流體的流動(dòng)密度與流量管振動(dòng)期的平方成正比（與頻率的平方成反比）。
由于只有測(cè)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(jì)能否準(zhǔn)確測(cè)量這兩個(gè)變量就顯得尤為重要。和其它流量計(jì)相比，科里奧利流量計(jì)的獨(dú)特設(shè)計(jì)，使得它對(duì)密度的測(cè)量更為準(zhǔn)確。其中一項(xiàng)改進(jìn)是：設(shè)計(jì)可通過(guò)更大體積流量的流量管?？评飱W利流量計(jì)具有出眾的密度測(cè)量精度，從而會(huì)得出更好的體積流量精度。
何時(shí)在貿(mào)易交接中選擇科里奧利流 科里奧利流量計(jì)的原理面世相對(duì)較晚，但自高準(zhǔn)（現(xiàn)為艾默生過(guò)程管理）在20世紀(jì)70年代**將其推向市場(chǎng)以來(lái)，已經(jīng)有10多家設(shè)備制造商安裝了1.5萬(wàn)多臺(tái)科氏流量計(jì)。經(jīng)過(guò)數(shù)十年的成功測(cè)量應(yīng)用，2002年美國(guó)石油學(xué)會(huì)（API）批準(zhǔn)科氏流量計(jì)可用于貿(mào)易交接（見(jiàn)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(chǎng)占有率迅速增高，其主要原因如下：長(zhǎng)期以來(lái)的高精度和重復(fù)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現(xiàn)。
精度和重復(fù)性 現(xiàn)代科氏流量計(jì)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(jì)90年代末所推出的*新數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，有助于解決了零點(diǎn)穩(wěn)定性問(wèn)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(wú)關(guān)的儀表因素之間，科里奧利流量計(jì)還具備眾多功能性。原來(lái)不同的產(chǎn)品需不同的儀表測(cè)量，而一臺(tái)科里奧利流量計(jì)通常可測(cè)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(jì)不同的是，科里奧利流量計(jì)無(wú)需整流和儀表保護(hù)方面的安裝需求。因此它們安裝方便、成本經(jīng)濟(jì)，可安裝于任何地方。
可靠性 科里奧利傳感器的無(wú)插入、無(wú)密封和無(wú)軸承設(shè)計(jì)，能夠保持其無(wú)需維護(hù)的長(zhǎng)期完整性。鑒于其高可靠性，許多國(guó)家的計(jì)量機(jī)構(gòu)減少了對(duì)其的標(biāo)定要求，而其他類型流量計(jì)是要強(qiáng)制進(jìn)行的。
耐固體顆粒性 流體中固體顆粒能經(jīng)過(guò)儀表而不影響其測(cè)量精度。但是，為了防止侵蝕流量計(jì)，應(yīng)正確選型以防止?jié)撛谀ノg性固體顆粒高速通過(guò)流量計(jì)。
低壓損 以前的數(shù)字型科氏流量計(jì)，需要平衡**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(lái)，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(jì)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(jì)量精度要求。
在夾氣應(yīng)用中性能出眾 由于無(wú)可動(dòng)部件，科里奧利流量計(jì)不會(huì)在夾氣環(huán)境中受損。另外，通過(guò)采用高準(zhǔn)*新的MVD數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，科里奧利流量計(jì)在流量測(cè)量方面取得了巨大進(jìn)步，其誤差由20％降低至不到1％。
科里奧利流量計(jì)安裝注意事項(xiàng) 在正常條件下，現(xiàn)代科里奧利流量計(jì)像閥門(mén)那樣用螺栓固定在管道上。一些老舊、低質(zhì)流量計(jì)在未對(duì)準(zhǔn)的情況下無(wú)法實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)測(cè)量，但現(xiàn)在很多經(jīng)過(guò)認(rèn)真設(shè)計(jì)制造的流量計(jì)，即使略微沒(méi)有對(duì)準(zhǔn)管道，也會(huì)免受管道壓力的影響。
如果大量氣體進(jìn)入流量計(jì)，那么會(huì)導(dǎo)致測(cè)量錯(cuò)誤。一個(gè)較好的安裝經(jīng)驗(yàn)是避免在管道*高點(diǎn)處安裝傳感器，因?yàn)榇颂帤怏w容易滯留。
科里奧利流量計(jì)無(wú)需整流就可以保持準(zhǔn)確可靠。兩端無(wú)需長(zhǎng)直管道安裝。不同于帶可動(dòng)部件的流量計(jì)，科里奧利流量計(jì)可處理典型的管道固體顆粒而不會(huì)受到損壞。
如果儀表**安裝前必須清零的話，那么必須關(guān)閉閥門(mén)以確保無(wú)流體通過(guò)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(jì)可實(shí)現(xiàn)*大流量測(cè)量 在總流量很高的情況下，較經(jīng)濟(jì)的辦法是平行安裝多個(gè)科里奧利流量計(jì)，并累計(jì)其輸出值作為總流量。在使用單一大口徑流量計(jì)的某些情況下，所需的校驗(yàn)系統(tǒng)并不完全能夠驗(yàn)證貿(mào)易交接儀表所能達(dá)到的測(cè)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(jìn)行分別校驗(yàn)。
當(dāng)需要帶多個(gè)平行儀表的測(cè)量系統(tǒng)時(shí)，可考慮使用工廠制造的在線平行計(jì)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(rèn)證要求 用于貿(mào)易交接的儀表必須首先符合OIML（國(guó)際法定度量衡組織）標(biāo)準(zhǔn)。許多科里奧利流量計(jì)均符合以下標(biāo)準(zhǔn)：
- OIMLR117（用于除水以外液體的計(jì)量系統(tǒng)）
- OIMLR115（用于液體數(shù)量的直接質(zhì)量流量計(jì)量系統(tǒng)）
- OIMLR81（用于低溫液體的動(dòng)態(tài)計(jì)量裝置）
此外，每個(gè)國(guó)家都有其政府機(jī)構(gòu)來(lái)對(duì)用于貿(mào)易交接計(jì)量的流量計(jì)進(jìn)行認(rèn)證，并指定其（**和年度）校驗(yàn)要求。例如，計(jì)量?jī)x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(jì)量，并適用于所有27個(gè)歐盟國(guó)家（加上挪威和瑞士）。艾默生的高準(zhǔn)科里奧利流量計(jì)也已符合計(jì)量?jī)x器法規(guī)（MID）2004/22/EC的要求，它也是**個(gè)達(dá)到MID標(biāo)準(zhǔn)的科里奧利流量計(jì)。
通過(guò)認(rèn)證的流量計(jì)必須附有一張?jiān)搰?guó)機(jī)構(gòu)頒發(fā)的證書(shū)，但證書(shū)由儀表制造商制作和發(fā)運(yùn)?？蛻舯仨氃诙ㄙ?gòu)時(shí)要求附有證書(shū)，證書(shū)上應(yīng)列出被認(rèn)證傳感器和變送器的型號(hào)。
科里奧利流量計(jì)的校驗(yàn) 所有貿(mào)易交接流量計(jì)必須通過(guò)校驗(yàn)，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(lái)將貿(mào)易交接流量計(jì)與一個(gè)可靠且已知的參考值進(jìn)行比對(duì)。以下基本計(jì)算方法適用于所有校驗(yàn)：
儀表系數(shù)=標(biāo)準(zhǔn)表讀數(shù)/儀表讀數(shù)
儀表校驗(yàn)結(jié)果可用于以下幾個(gè)方面：
- 儀表讀數(shù)乘以儀表系數(shù)，得到正確的測(cè)量值
- 校驗(yàn)結(jié)果可以用來(lái)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(jìn)行分析或標(biāo)定
科里奧利流量計(jì)可通過(guò)下列方法校驗(yàn)：
- 秤重式罐校驗(yàn)
- 體積式罐校驗(yàn)
- 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(gè)校驗(yàn)方法的組態(tài)將取決于其進(jìn)行的是質(zhì)量測(cè)量或體積測(cè)量校驗(yàn)。
科里奧利流量計(jì)擁有*多的校驗(yàn)方法，校驗(yàn)科里奧利流量計(jì)與校驗(yàn)其它類型流量計(jì)并無(wú)區(qū)別。然而，如果流體通過(guò)時(shí)間較短，在選用小標(biāo)準(zhǔn)體積管或標(biāo)準(zhǔn)體積管進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，其過(guò)程比其他類型流量計(jì)的更為復(fù)雜。科里奧利流量計(jì)需要較長(zhǎng)的預(yù)運(yùn)行時(shí)間，這是因?yàn)榭评飱W利流量計(jì)使用制造的脈沖，而不是過(guò)程流體驅(qū)動(dòng)脈沖。信號(hào)處理速度也是一個(gè)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(jì)使用較慢的模擬信號(hào)處理技術(shù)，其比帶數(shù)字處理技術(shù)的流量計(jì)所需的檢驗(yàn)裝置要大。
案例簡(jiǎn)述 *近，一家位于東南亞的大型終端運(yùn)營(yíng)商需要一套貿(mào)易交接計(jì)量解決方案，用于五個(gè)加油站點(diǎn)。他們將PD流量計(jì)與科里奧利流量計(jì)進(jìn)行了對(duì)比，由于科氏流量計(jì)維修較少，可靠性更高，他們*終選擇了科里奧利流量計(jì)。終端的加油工作量很大，因此需要減少維修停機(jī)時(shí)間。*終，該運(yùn)營(yíng)商共安裝了10個(gè)科氏流量計(jì)，在其每個(gè)加油站點(diǎn)各安裝兩臺(tái)，見(jiàn)下圖。
結(jié)束語(yǔ) 在貿(mào)易交接應(yīng)用中使用推理和直接式容積流量計(jì)量技術(shù)也可達(dá)到精準(zhǔn)和一致的測(cè)量，包括渦輪，正排量和其它流量計(jì)。然而，*新科氏流量計(jì)的直接式質(zhì)量流量計(jì)量消除了很多傳統(tǒng)計(jì)量方法**的問(wèn)題。采用了數(shù)字處理技術(shù)的*新一代流量計(jì)，解決了妨礙科里奧利流量計(jì)在貿(mào)易交接中應(yīng)用的**問(wèn)題（如壓損、夾氣計(jì)量問(wèn)題）。但是仍需慎重考慮流量計(jì)的選型和安裝。對(duì)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(jì)的理由。