提高科里奧利質(zhì)量流量計實用準(zhǔn)確度的技術(shù)措施與方案

 科里奧利（Coriolis）質(zhì)量流量計是一種機械振動型的多參數(shù)智能式流量測量儀表，它同時可以直接測量出流體的質(zhì)量流量、密度、溫度，且根據(jù)以上測量出的質(zhì)量流量和密度參數(shù)可導(dǎo)出流體的體積流量。 

1 科里奧利質(zhì)量流量計的工作原理 

  科里奧利質(zhì)量流量計是利用測量管（也稱振動管）兩半部分振動頻率相位差正比于質(zhì)量流量以測量質(zhì)量流量，利用測量管諧振頻率與管中被測量介質(zhì)密度間的函數(shù)關(guān)系求取密度?？评飱W利質(zhì)量流量計還可從兩個基本參數(shù)質(zhì)量流量qm和密度ρ得出體積流量qv。 

2 影響科里奧利質(zhì)量流量計實用精度的因素 

  科里奧利質(zhì)量流量計是一種電磁驅(qū)動的機械振動型的流量測量儀表，構(gòu)成該流量計測量管的材料會受到工藝介質(zhì)壓力和溫度的影響。而安裝在管道中的流量測量管（也稱流量振動管）又會受到工廠管線的機械振動、機械應(yīng)力、機械扭力等對測量的影響。另外科里奧利質(zhì)量流量計本身表現(xiàn)出的誤差特性則呈現(xiàn)“喇叭筒”，而并非以不同的流量呈現(xiàn)一條平的直線。鑒于以上原因，提高科里奧利質(zhì)量流量計實用準(zhǔn)確度的措施為： 

1）針對科里奧利質(zhì)量流量計的實際工藝參數(shù)，對該流量計進行“個性化標(biāo)準(zhǔn)”，從而實現(xiàn)在實際使用流量點的一定范圍內(nèi)，該科里奧利質(zhì)量流量計的實際測量誤差（與標(biāo)準(zhǔn)值的差）趨于零； 

2）把好科里奧利質(zhì)量流量計的安裝環(huán)節(jié)，減少或消除機械應(yīng)力、機械扭力和機械振動等對該流量計使用的影響； 

3）考慮工藝壓力、溫度等對科里奧利質(zhì)量流量計測量準(zhǔn)確度的影響； 

4）把好科里奧利質(zhì)量流量計的投用關(guān)。 

3 實現(xiàn)科里奧利質(zhì)量流量計實用準(zhǔn)確度的方案 

3.1 實施“個性化標(biāo)準(zhǔn)”方案，實現(xiàn)流量計量接近* 

科里奧利質(zhì)量流量計的誤差公式：

式中：E允—流量計的允許誤差； 
E0—流量計的準(zhǔn)確度等級； 
qz—流量計的零點漂移值； 
q測—流量計的當(dāng)前測量值。 

由此可知科里奧利質(zhì)量流量計的誤差特性曲線如圖1所示。

 
圖1 科里奧利質(zhì)量流量計的誤差特性曲線

針對科里奧利質(zhì)量流量計誤差特性，結(jié)合實際使用工藝，科里奧利質(zhì)量流量計僅在一個比較小的流量范圍內(nèi)工作，由此可以設(shè)法讓該流量計在實際使用流量點的一定范圍內(nèi)（通?？刂七@個范圍為實際使用流量點的±20%）的測量誤差趨于零，為此可以利用液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置，根據(jù)國家質(zhì)量流量計檢定規(guī)程（JJG1038-2008）設(shè)置流量檢定點，并對實際使用流量點的±20%范圍進行布點校準(zhǔn)（至少三點：80%Q實際、Q實際、120%Q實際），實現(xiàn)該質(zhì)量流量計的“個性化標(biāo)準(zhǔn)”，其主要目的是既要讓其標(biāo)準(zhǔn)結(jié)果符合質(zhì)量流量計檢定規(guī)程的要求，又要讓該質(zhì)量流量計在實際使用流量點的±20%范圍內(nèi)，采樣標(biāo)準(zhǔn)的三點的測量誤差趨于零，特別要做到的是讓實際使用流量點的測量誤差（流量計示值與標(biāo)準(zhǔn)裝置的標(biāo)準(zhǔn)值之差）為零，只有這樣，質(zhì)量流量計“個性化標(biāo)準(zhǔn)”的工作才*完成。 

  根據(jù)以上的設(shè)想，對一臺編號為：的質(zhì)量流量計進行“個性化標(biāo)準(zhǔn)”，從工廠得知該流量計的實際使用的流量點為：21.7t/h，流量為：43.6t/h，根據(jù)國家質(zhì)量流量計檢定規(guī)程（JJG1038-2008）的要求對其進行檢定，檢定結(jié)果在21.7t/h的示值誤差是：-0.153%。 

  從以上數(shù)據(jù)判斷該質(zhì)量流量計在實際使用點21.7t/h流量下測量精度并不是很高，為此根據(jù)以上數(shù)據(jù)，對該流量計進行調(diào)校，將其流量校驗系數(shù)上調(diào)0.153%，然后對此按照“個性化標(biāo)準(zhǔn)”方法對該流量計進行標(biāo)準(zhǔn)，重新標(biāo)準(zhǔn)結(jié)果在21.7t/h的示值誤差是：0.002%。 

通過上述的實踐，有效實施對科里奧利質(zhì)量流量計進行“個性化標(biāo)準(zhǔn)”，從而實現(xiàn)流量計量接近*。這一實用技術(shù)值得推廣。 

3.2 從安裝環(huán)節(jié)入手，消除機械因素對流量計使用的影響 

科里奧利質(zhì)量流量計是一種機械振動型的流量計量儀表，要確保該流量計實際使用的高準(zhǔn)確度，則應(yīng)在安裝環(huán)節(jié)設(shè)法消除振動、應(yīng)力、扭力等機械因素對科里奧利質(zhì)量流量計使用的影響。 

3.2.1 消除機械振動的方案 

  在科里奧利質(zhì)量流量計實際使用的現(xiàn)場，機械振動是客觀存在的。由于是一種機械振動型的流量測量儀表，那么就存在流量計本身的振動系統(tǒng)是否會受到外界振動系統(tǒng)的影響，是否有辦法讓流量計本身的振動系統(tǒng)的振動不向外界傳遞，同時又不讓外界振動系統(tǒng)的振動向流量計振動系統(tǒng)傳遞，設(shè)法讓這兩個振動系統(tǒng)的振動相互隔離，相互獨立，就可消除機械振動對測量的影響。經(jīng)過實踐，對于振動較強的場合，以圖2方式對科里奧利質(zhì)量流量計進行安裝，就可較好地消除振動對測量的影響。

 
1－傳感器；2－組支撐；3、4－截止閥；5－第二組支撐 
圖2 管道支撐物的分布

如不可避免要在強振動區(qū)安裝傳感器，采用隔振性好的管道支撐物。管道支撐物應(yīng)有足夠的剛度和質(zhì)量。具體做法是：支撐物的下端必須固定在穩(wěn)固的基礎(chǔ)上，上端與管夾子相配合來支撐工藝管線，但切不要用表體來支撐管線和輔助設(shè)備，包括傳感器自身。管道支撐后，應(yīng)讓傳感器的整體（箱體及法蘭）處在自由懸空狀態(tài)。支撐物應(yīng)以傳感器為中心對稱分布，距中心距離以1~1.5倍傳感器長度為佳，截止閥安裝在這組支撐之外。對于較大口徑的傳感器，分設(shè)在兩側(cè)的截止閥的外側(cè)可再增設(shè)對稱的一組支撐（如圖2所示）。支撐物的下端如固定在地面上，必須是水泥地基。地基越穩(wěn)固，支撐越可靠，其減振性就越好。在空間允許的情況下，推薦采用水泥墩帶卡子的安裝方法，水泥墩的結(jié)構(gòu)如圖3所示。管卡子的支撐孔軸線應(yīng)處于水平位置，支撐物的高度應(yīng)以工藝管線保持水平直線為宜。用卡子夾緊工藝管道，有助于減弱潛在的干擾振動（圖4）。

 
1－緊固螺母；2－上卡子；3－下卡子；4－抗移動栓；5－水泥墩主體；6－地腳螺栓 
圖3 抗振水泥墩

 
1－緊固螺母/螺桿；2－上卡子；3－下卡子；4－支撐柱 
圖4 管卡與支撐

3.2.2 消除機械應(yīng)力、機械扭力的方案 

  盡管科里奧利質(zhì)量流量計的制造商已采取措施，減少了實際應(yīng)用場合的機械應(yīng)力與機械扭力對質(zhì)量流量計的影響，但“無應(yīng)力”安裝是科里奧利式質(zhì)量流量計傳感器安裝必須遵守的前提，也是與其他流量傳感器安裝的區(qū)別。 
 
  只有做到“無應(yīng)力無扭力”安裝，才能確保科里奧利質(zhì)量流量計實際應(yīng)用過程的準(zhǔn)確可靠。經(jīng)過實踐，提出“一體化安裝”的方案：讓傳感器與工藝管線同軸，并且傳感器法蘭安裝尺寸與工藝管線預(yù)留尺寸吻合，安裝時對連接件均勻?qū)ΨQ地施力（如果有條件可采用扭力扳手），使流量傳感器與前后連接管之間的連接沒有扭力。具體實踐中可采用如下措施：利用工藝連接件面到面的準(zhǔn)確尺寸，首先把要安裝的傳感器與配置的上、下游管線（各有一段適當(dāng)?shù)拈L度即可）同軸對準(zhǔn)并連接，同時注意保持連接件的受力均勻，再安裝上、下游截止閥及其外配管（各有一小段即可）。將這些作為一個整體預(yù)先連好，然后將這個整體吊裝預(yù)置在2和5的支撐柱上，并上緊管卡，最后將在圖5中6部與工藝主管線相焊接。焊接過程中注意先點焊找正，讓其均勻受力，最后在6部進行滿焊。另外如果能夠在質(zhì)量流量計前后“2~5”部分安裝波紋伸縮器，那就可*消除機械應(yīng)力或扭力，并有利于周期檢定的拆裝。實踐證明，這是行之有效的“無應(yīng)力”安裝的方案，按該方案安裝的科里奧利質(zhì)量流量計，在周檢拆裝時也有明顯的好處。該方案很好地消除了機械應(yīng)力、機械扭力的影響，確保科里奧利質(zhì)量流量計實際計量結(jié)果的準(zhǔn)確可靠。

 
1－傳感器；2－組支撐；3、4－截止閥；5－第二組支撐 
圖5 管道支撐物的焊接

3.3 考慮工藝壓力、溫度對計量準(zhǔn)確度的影響 

  科里奧利質(zhì)量流量計在出廠標(biāo)定時，標(biāo)定介質(zhì)的壓力和溫度與實際使用介質(zhì)的壓力和溫度是不可能一致的，如何消除壓力、溫度對測量準(zhǔn)確度的影響？在準(zhǔn)確度要求不高的場合，可以參照生產(chǎn)廠家給用戶提供的壓力和溫度的修正系數(shù)進行（簡稱系數(shù)修正法）。在準(zhǔn)確度要求高的場合，則采用揚子石化公司計量中心站的“可模擬現(xiàn)場工況壓力的流量標(biāo)準(zhǔn)裝置（模擬壓力范圍：0.3~1.5MPa）”，對該質(zhì)量流量計進行“現(xiàn)場工藝壓力模擬標(biāo)準(zhǔn)”。 

  目前艾默生、E+H等公司的科里奧利質(zhì)量流量計溫度對計量準(zhǔn)確度的影響較小，可以忽略不計。主要考慮實際工藝壓力對計量的影響。 

3.4 把好科里奧利質(zhì)量流量計的投用關(guān) 

  對科里奧利質(zhì)量流量計進行“個性化準(zhǔn)確”和“模擬現(xiàn)場壓力準(zhǔn)確”，實際上是將質(zhì)量流量計與實際應(yīng)用場合的條件相吻合，最終的目的是要讓質(zhì)量流量計適合被計量對象的實際情況，以保證計量結(jié)果準(zhǔn)確可靠。從安裝環(huán)節(jié)入手，則是讓質(zhì)量流量計有一個穩(wěn)固的基礎(chǔ)，有一個好的“生活環(huán)境”，從而設(shè)法消除機械振動、機械應(yīng)力、機械扭力等對科里奧利質(zhì)量流量計使用的影響。 

  完成了質(zhì)量流量計的標(biāo)準(zhǔn)、安裝后，如何驗證安裝是否符合要求，如何確保實際使用的高準(zhǔn)確度，把好科里奧利質(zhì)量流量計的投用關(guān)就顯得特別重要。投用的具體內(nèi)容包括：查驗檢定或標(biāo)準(zhǔn)證書、確認(rèn)流量計的組態(tài)、確認(rèn)流量計電氣接線、供電、接地、確認(rèn)安裝情況是否規(guī)范、進行“零點校驗”。 

  依據(jù)以上的措施與方案，對某公司用于石腦油計量的一臺CMF400質(zhì)量流量計實施標(biāo)準(zhǔn)（“個性化標(biāo)準(zhǔn)”和“模擬壓力標(biāo)準(zhǔn)”）、安裝和投用，經(jīng)3個多月的運行考核及計量確認(rèn)，該流量計的實際交接誤差一直保持在0.034%以內(nèi)，實現(xiàn)了實際計量的高準(zhǔn)確度。實踐證明本文提供的技術(shù)措施與方案行之有效。 

4 結(jié)束語 

  總而言之，要實現(xiàn)科里奧利質(zhì)量流量計實際使用的高準(zhǔn)確度，應(yīng)該讓流量計的選型、標(biāo)準(zhǔn)、安裝、投用等環(huán)環(huán)相扣，注重每個環(huán)節(jié)的過程控制，抓住每個環(huán)節(jié)的重點和細節(jié)。如果能不折不扣地完成本文所有環(huán)節(jié)要求的各項工作，實現(xiàn)科里奧利質(zhì)量流量計實際使用的高準(zhǔn)確度的最終目的定將實現(xiàn)。