什么是螺旋转子流量计 减少油品装船计量精度异

  无脉动、低噪音、振动小、寿命长, 准确度等级高、高可靠性、流量范围大等优点, 使UF-Ⅱ螺旋转子流量计 (以下简称“UF-Ⅱ”) 广泛用于石油、化工、码头等行业的油品贸易计量和管理控制。本文项目选用了2台LB834-112型表, 安装于某石化成品油码头5#趸船。

  整个数采系统由操作站、控制站、报表机、趸船显示和网络通信部分组成, 如图1所示。

  操作站硬件:DELL服务器PE2500P3/933/512M/36G/19。

  软件:WNT4.0、IFIX2.6 (有限点, 300点) 、VB6.0、Access数据库、Oracle数据库、计量监控操作应用系统。

  贸易交接用CMF:Micro Motion公司D600配9739。

  数采控制站以GE-FANUC-90 30PLC为基础组成。选PLC是其系特殊体系结构的工业计算机, 经过30多年发展, 功能已有极大提高, 不仅能实现逻辑判断、计时、计数等顺序控制功能, 还具有算术运算、对模拟量进行控制等功能。它面向控制过程及面向问题的编程语言, 既保持了传统控制线路的清晰直观特点, 又顾及了大多数电仪技术人员的读图习惯及微机应用水平。同时PLC专为恶劣工业环境设计, 能在电噪声很强, 电磁场干扰、机械振动、温湿度变化都很大的环境中使用。

  控制站以模件IC693APU300接收UF-Ⅱ脉冲。其他模件有:CPU模件IC693CPU360、协处理模件IC693PCM311、以太网卡转换器IC649AEA102、以太网接口模件IC693CMM321、模拟量输入模件IC693ALG223、开关量输入模件IC693MDL646、电源模件IC693PWR321等;软件有LOGICMASTER90编程软件, (VER9.02) MEGABASIC等。系统与CMF通信用RS-485方式, 标准Modbus协议, RTU模式;通信参数为:9600b/s、8位数据位、1位奇校位、1位停止位, 按周期轮询采集累计量、瞬时流量、密度、温度信号。

  功能和特殊要求:计量管理系统从控制站读入现场实时数据, 进行记录、处理与监控操作, 以及数据登录等, 实时性强, 系统操作权完全由应用系统控制, 不允许随便退出应用系统进入操作系统。2#操作站运行的趸船显示程序和批量装船语音报警程序在系统中功能非常重要, IFIX通过后台功能定时调用其运行。实时数据记录在该机的历史数据库中, 批量装船实时数据记录在该机的Access数据库中。该机安装Oracle数据库兼做服务器, 与1#站互为备用, 各监控操作画面相同。与企业互联网用户机交换的数据存在1#站的Oracle数据库中, 并与上级网通信。

  UF-Ⅱ是通过一对转子进行测量的, 要求被测介质纯净度高, 应安装合格的过滤装置。在非连续使用场合再次使用时, 须注意气穴等增大计量误差。若介质可能气化发生气液两相时, 气体分离器是保证准确计量的必备装置。为取信用户, UF-Ⅱ测量点应尽量靠近油船, 避免表下游管线储量引发异议。

  UF-Ⅱ有电子、机械两种计数表头供选, 转子运动经传动部件磁耦合给变换单元, 保证仪表密封。变换单元将转子旋转数换算为流量当量传递给计数单元, 经计数单元前置电路整形处理, 形成计数脉冲, 表头累积显示, 也可远传。这里需要强调两种表头磁耦合的区别:电子表头的信号耦合由传动板上嵌入的小磁石承担, 传动板与探头的间隙仅1mm, 其间充满被测介质;机械表头配套的内外耦合磁钢间间隙也很小, 但在密封腔体外, 其间无介质。若介质中无铁磁物质, 两者无优劣之分。

  可成品油因加工与输储容器内壁腐蚀, 其中悬浮有视力不能分辨的铁屑微粒。尽管配套过滤器可防止固体物质卡住转子, 且滤网孔很小, 但铁微粒仍可通过。此时用电子表头, 油品进入腔体夹带的铁微粒便可能被磁石吸引, 日久便聚集到传动板上磁石部位很小间隙里, 造成该部位磨损损坏。此现象笔者尚未见过报道, 希望能引起重视。因此, 介质中若有铁磁物质, 宜用机械表头。

  在计量汽油等低黏度介质时, 若用滚珠轴承会因严重磨损而影响流量计的准确度等级和寿命。但石墨轴承具有优良的耐磨性, 在测量低黏度介质时性能较滚珠轴承优越得多。另外, 介质中含有微粒会影响滚珠轴承流量计的准确度等级, 而对石墨轴承仪表影响很小。但是, 石墨轴承须在油质环境里运行, 若置身气体, 轴承和轴之间则会因为高速旋转而快速磨损甚至破碎。所以, UF-Ⅱ运行时腔体内必须充满介质使石墨轴承得到保护。若UF-Ⅱ用于装船或装在管线末端, 送油结束后, 若仪表出口无相应背压维持存油, 会使计量腔内进入空气, 易致石墨轴承磨损破碎。在仪表出口加装向上高于计量腔的弯管, 保证腔内始终充满介质, 是简单却十分有效的措施。工艺需要对输油管线用水顶线处理时, 水不宜直接通过流量计, 浸入石墨轴承间隙的水可能会对轴承造成损伤。用蒸汽试漏、吹扫更是不允许的。

  UF-Ⅱ电子计数单元输出 (4~20) m A的电流脉冲, 可直接按图2a连接到PLC脉冲模件IC693APU300, 只需注意调整电阻R, 使脉冲的高低电平20R与4R匹配PLC的门槛电压即可。其他积算设备类似。

  在选用机械式表头配无接点脉冲发信器PG30DEP时, 情况要复杂一些。GE公司PLC脉冲模件IC693APU300的输入阻抗很低, 简单按说明书图2b接线, 则送到PLC的脉冲幅值大大降低, 不及PLC的门槛电压, 系统无法取到有效信号。按两者I/O特性设计的接口电路如图3所示, 圆满解决了机械计数部件PG30DEP到脉冲模件IC693APU300的信号匹配问题。

  我国油品交接采用空气中的质量 (吨) , A厂在质量流量计检定时已让技术机构对流量系数F进行了空气浮力修正。Micro Motion的D600配9739变送器的密度测量准确度为0.001kg/m3, 也是高准确度在线密度测量仪。油船装量从数百到数千吨, ***长达十多个小时。就密度温度而言, 系统所采数据的平均值是总体期望值的无偏有效估计量。因此, UF-Ⅱ输出的脉冲经PLC接收累计后, 与仪表系数及系统取自CMF的平均工况密度ρ工况平均值、平均工况温度T平均运算, 形成UF-Ⅱ的工况体积量、质量量与标况体积量。

  ρ工况平均值 (kg/m3) 是系统读取CMF测得介质密度ρ剔除粗差后的算术平均值, 算法如下:

  式中:i=1……n;j=1……m;m<n。式 (1) 、式 (2) 为极端情况考虑, 可省略。

  T平均计算方法与ρ工况平均值相同。各手段计量结果比对报告形式如表1所示。表1中符号定义为:

  M:质量流量计计量值 (t) ;V:从键盘输入分析密度、油罐前后液位、罐号、罐油温等, 系统计算的人工检尺 (罐量) 发油量 (t) ;QM:UF-Ⅱ测量的工况体积QV用ρ工况平均值换算后的介质质量 (t) ;用T平均换算后的介质标况体积QN (m3) 。

  系统于2015年3月到5月重点进行了107个批量比对, 因篇幅所限, 仅将CMF与UF-Ⅱ换算的质量量比对数据列于表2。CMF与UF-Ⅱ的测量示值误差均为±0.2%, 比对结果得到了验证。

  UF-Ⅱ的Qm对CMF的验证, 以及QV、QN对舱容表的验证, 对保证油品计量准确, 维护企业信誉起到了积极作用。UF-Ⅱ投用一年多来, 在该趸船的油品交接中, 几乎未发生计量异议。