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工艺压力对原油质量流量计计量的影响


文章日期:2018-01-21|阅读数:


摘要: 文章介绍了针对武汉石化长期以来出现的原油进厂计量对量误差较大这一问题,武汉石化计量站通过采用对原油质量流量计的在线压力自动补偿,实施了有效的解决对策。

  长期以来,有一个问题困扰着我们: 一台质量流量计在流量标准装置检定精度是达到要求的,但是一旦安装于现场,就出现和其它计量器具对量误差较大的问题。武汉石化原油进装置质量流量计计量在 2016 年及以前相当长的一段时间就曾经出现了上述现象。2016 年 4 月初全公司开始大检修,历时两个月,在大检修期间,我站针对两套装置原油流量计的加工原油量与末站原油流量计读数误差较大这一问题,对 1 号常压、2 号常压两套装置原油流量计增加安装了在线压力补偿,从安装后调试投用后续来看,取得了理想的效果。


1、武汉石化原油进厂计量简介:
1. 1、管输原油进厂计量:

  武汉石化的原油进厂从 2005 年起基本上采用管道原油进厂,经过三台 DN 的进口斯密斯刮板式流量计计量,配合原油采样含水分析后,扣除含水量,计算出***终的原油进厂总量。管输原油经三台刮板流量计计量后输送至武汉石化原油罐内。

1. 2、武汉石化两套常压装置原油计量:
  两套常压装置年加工能力 2016 年全年为 670多万 t,两套常压装置进装置原油均采用质量流量计计量。1 号常压装置 90 年代起就采用艾默生公司生产的一台 DN150 的 DS600 型质量流量计计量,2 号常压装置建于 2007 年,采用两台 DN150 的国产质量流量计计量。2013 年 5 月以上三台流量计均更新为艾默生公司生产的 CMFHC2 型高精度质量流量计。

2、原油进厂计量用流量计具体情况:
2. 1、管输原油流量计情况:

  管输原油三台刮板式流量计安装于末站流量标准装置内,平时走进厂计量模式,武汉石化计量站检定员每隔两个月对上述三台刮板式流量计进行检定,每隔半年强制检定 1 次。
  2016 年检修前检定结果如表 1 所示。
表 1 检定结果
表 1 检定结果
  从上述数据,分析历次检定的结果,三台流量计在经过系数法修正后,其精度均达到使用要求。

2. 2、常压装置原油质量流量计情况:
  原油进装置计量用三台 CMFHC2 型原油质量流量计均在武汉石化水流量标准装置进行检定,1号常压装置一台流量计 2013 年 3 月检定时基本误差为 0. 16% ,重复性为 0. 05% ,检定结论: 准予作 0. 2 级使用。
  2 号常压装置两台流量计 2013 年 5 月检定时基本 误 差 为 - 0. 15% 及 - 0. 13% ,重 复 性 均 为0. 03% ,检定结论: 准予作 0. 2 级使用。
  从上述数据看,三台原油质量流量计计量误差均应满足使用要求。

3、原油进厂计量先期状况及计量比对差率过大原因分析:
3. 1、原油进厂计量先期状况:

  自 2005 年管输原油进厂建成以来,起先公司没有重视管输原油进厂与装置原油进厂的计量比对,到 2012 年以来,公司逐渐重视两者的计量比对差率。
  2015 年年初,原油质量流量计同管输原油刮板流量计对量误差曾经***高达到为 - 0. 9% ,这引起看公司的重视,计量站曾经采取修改现场原油质量流量计流量系数的方法,短时间有效,总体效果不理想。

3. 2、原油计量比对差率过大原因分析:
  经过对上述三台刮板流量计及三台质量流量计的检定结果查看,问题不是出现在流量计本身上,很有可能与工艺状况有关。排除现场介质气液两相流等其他不存在的异常情况,可从工艺介质压力方面进行分析,并寻求解决方法。

4、压力对原油质量流量计精度的影响:
4. 1、压力对科氏力质量流量计计量的影响:

  从科里奥利质量流量计原理上看,流体经过流量计传感器的两根振管就会在振管上产生科氏力效应,使两根振管扭曲振动,安装在振管两端的拾振线圈,将产生相位不同的两组信号,这两个信号差与流经传感器的流体质量流量计成比例关系。相位差越大,表示流经的质量流量越大。可以用下式表示:M = KΔt
  式中: K 为比例系数; Δt 为检测信号的相位差。比例系数 K 受三个因素的影响:
  ( 1) 振管的结构参数 ( 振管的几何形状、管径、管壁等) 。
  ( 2) 振管材料的膨胀系数 ( 刚性度) 。
  ( 3) 两个振管固有谐振频率的一致性。
  以上三个参数是受温度、压力影响的,其中温度通过传感器内的铂电阻测量后已经对质量流量进行了补偿,但是传感器没有安装测量压力的传感器,对压力无测量。流体压力发生变化导致传感器的刚度等机械性能发生了微小改变,传感器对流量的灵敏度也随之发生了改变,流体压力对传感器振管的影响是不容忽视的,故需要补偿由于现场压力偏离检定时压力对振管的影响。
  根据相关的实验数据可知:
  ( 1) 当工艺压力高于 ( 低于) 检定压力时,振管刚度的轻微变化会使测量结果产生一个负( 正向) 偏差。设计、制造质量都高的流量计,这一影响是线性的。
  ( 2) 小口径的科氏力质量流量计受压力影响很小,是因为振管壁厚度和外径的比例高,对于大于小口径流量计,随着这个比例的降低,压力影响效应越来越明显。这一点可从厂家给出的压力影响系数汇中窥见一斑。
  以下表 2 是在实验状态下不同压力对 1 台DN80 ( DS300 型) 质量流量计的测试数据。
表 2 对 1 台 300 流量计在不同检定压力下的测试数据

表 2 对 1 台 300 流量计在不同检定压力下的测试数据
  从表 2 可看出,压力增大,相对误差越偏负,则流量计的示指偏小。

4. 2、工艺压力对原油质量流量计的影响:
  两套 常 压 装 置 原 油 质 量 流 量 计 口 径 均 为DN150,是我公司使用的***大口径的质量流量计,现场工艺介质压力大于检定时的介质压力约 10倍,根据上述 3. 2 来看,压力对其计量精度的影响不容小视。1 号常压装 置现场工艺 介质压 力 为1. 35 MPa左右,检定时介质压力为 0. 1 ~ 0. 14 MPa( 平均压力 0. 12 MPa) 。2 号常压装置原油质量流量计的现场工艺介质压力为 1. 7 MPa 左右,一台检定时介质压力为 0. 09 ~ 0. 15 MPa,一台检定时介质压力为 0. 15 ~ 0. 22 MPa ( 平均压力 0. 185 MPa) 。
  因工艺介质压力均低于检定压力,现场造成计量负误差。
  2015 年年初,原油质量流量计同管输原油刮板流量计对量误差曾经***高达到为 - 0. 9% ,这个情况与上述 3. 2 中一致。
  因当时常压装置没有停工检修,只能采取修改质量流量计的流量系数,但效果也不太好。

5、安装压力变送器,实现对原油质量流量计的在线压力补偿:
5. 1、压力补偿接线方式:

  2016 年 5 月,借全厂停工大检修之际,计量站在三台原油质量流量计传感器上游分别安装了三台 3051 型智能压力变送器。压力变送器采用仪表控制室内 24VDC 供电,输出 HART 通信信号至质量流量计的 2700R 型流量计变送器内。
  以下图 1 为 3051 型压力变送器与 2700R 型流量变送器之间的接线图。
  2 号常压两台原油质量流量计的流量是通过2700R 型流量变送器的频率输出至 DCS,即用 2700R型变送器的 3、4 端子输出流量信号至 DCS,2700R 变送器的 1. 2 端子用来与 3051 压力变送器通信。
图 1 3051 型压力变送器与 2700R 型流量变送器之间的接线图
图 1 3051 型压力变送器与 2700R 型流量变送器之间的接线图

  1 号常压的一台原油质量流量计 2700R 型变送器不仅频率输出流量信号至 DCS,原油密度还通过 1、2 端子用 4 ~ 20 m A 信号输出至 DCS,但不影响流量变送器与压力变送器之间的 HART 协议通信,因为 HART 通信是叠加在 4 ~ 20 m A 上的。

5. 2、压力影响系数的输入:
  除上述 4. 1 所述 的接线方式 外,还 需要 在2700R 型变送器内输入艾默生公司提供的压力影响系数,2700R 型变送器通过采集到的现场工艺介质的压力值及输入 2700 型变送器内的压力影响系数,自动对流量瞬时量进行压力补偿。
  以下表 3 为艾默生公司提供的不同型号、口径的流量计压力影响系数。
表 3 流量计压力影响系数 ( 艾默生公司)


表 3 流量计压力影响系数 ( 艾默生公司)
  从上表中可以查出,两套常压装置 CMFHC2型质量流量计压力对流量的影响为: - 0. 001 6% ,根据此系数,可算出流量影响值:
  对 1 号常压的一台原油质量流量计的的影响为 - ( 1. 35 - 0. 12) × 10 × 0. 0016% = 0. 02% ,对 2号常压的两台原油质量流量计的的影响均为 -( 1. 7 - 0. 185) × 10 × 0. 001 6% = 0. 02% 。故应当输入正的压力影响值,将瞬时流量提高约 0. 2‰。
 
6、实现自动压力补偿前、后的原油计量比对差率:

  从上述 4. 2 中可得出压力对原油质量流量计的影响值,以下表 4、表 5 为实现自动压力补偿前、后实际现场使用中的计量数据。
表 4 2016 年实现自动压力补偿前的计量差率表 5 实现自动压力补偿后的原油计量差率
表 4 2016 年实现自动压力补偿前的计量差率 表 5 实现自动压力补偿后的原油计量差率

  从上述数据来看,排除仪表故障等其它因素对计量差率的影响,近半年来,通过在线压力补偿,实际上进装置原油计量与末站进厂原油计量差率从 0. 4% 减少到 0. 01% 以内。

7、结束语:
  通过这次在三台原油质量流量计上游安装压力变送器实现在线压力补偿,原先一直困扰我们的对量误差过大的问题得以解决,从将近半年的运行来看,实现现场原油质量流量计在线压力补偿达到了预期的效果,确保了原油计量仪表的准确,保证了计量数据出具的可靠性。今后,可以此作为参考,将以上应用于类似的生产实际中,可使计量数据更准确地展现。


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