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作  者： 蔡武昌 摘  要： 本文對(duì)美國(guó)石油學(xué)會(huì)（API）2002年頒布標(biāo)準(zhǔn)《石油測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)手冊(cè)5.6章用科里奧利儀表計(jì)量液態(tài)烴》主要部分，即包括儀表測(cè)量系統(tǒng)的考慮因素和要求，運(yùn)行時(shí)流體特性、安裝條件和調(diào)試對(duì)測(cè)量值的影響以及如何實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)作扼要論述。 關(guān)鍵字： 科里奧利儀表 計(jì)量 液態(tài)烴 標(biāo)準(zhǔn)
0 引言
美國(guó)石油學(xué)會(huì)（API）2002年頒布標(biāo)準(zhǔn)《石油測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)手冊(cè)5.6章用科里奧利儀表計(jì)量液態(tài)烴》[1]。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定科里奧利質(zhì)量流量計(jì)（以下簡(jiǎn)稱CMF）實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)存交接（custody transfer）級(jí)計(jì)量的方法和要求，特別強(qiáng)調(diào)儲(chǔ)存交接用CMF必須具備能現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)的條件。這是應(yīng)用性質(zhì)的儀表標(biāo)準(zhǔn)，從應(yīng)用角度提示選擇CMF的要點(diǎn)，提出對(duì)儀表各組成部分性能要求及安裝、調(diào)試、校驗(yàn)（質(zhì)量法或容積法）和維護(hù)等操作注意事項(xiàng)，但不提出具體數(shù)值指標(biāo)。標(biāo)準(zhǔn)還分述使用中影響準(zhǔn)確測(cè)量的各項(xiàng)因素及趨避和改善的途徑。這些內(nèi)容在工程設(shè)計(jì)和選購(gòu)CMF前對(duì)解讀制造廠樣本性能規(guī)范書(shū)、向供應(yīng)商提出要求、識(shí)別供應(yīng)商誤導(dǎo)和澄清性能上不明之處很有價(jià)值，也可作為制訂產(chǎn)品企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或操作規(guī)程的重要參考資料。
本文對(duì)標(biāo)準(zhǔn)主要部分，即包括儀表測(cè)量系統(tǒng)的考慮因素和要求，運(yùn)行時(shí)流體特性、安裝條件和調(diào)試對(duì)測(cè)量值的影響以及如何實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)作扼要論述。

1 系統(tǒng)要求
標(biāo)準(zhǔn)第6章對(duì)流量傳感器、變送器和系統(tǒng)設(shè)計(jì)提出了應(yīng)予考慮的因素和要求。
1.1 流量傳感器考慮因素和要求
各型號(hào)CMF的測(cè)量管形態(tài)設(shè)計(jì)多種多樣。形態(tài)設(shè)計(jì)對(duì)儀表性能的影響有：
①測(cè)量管流阻形成的壓力降；
      ②磨損、閃蒸和氣穴的感受性（susceptibility）；
      ③最低和最高流量；
      ④測(cè)量精確度；
      ⑤異物的覆蓋附著性和堵塞性。
CMF測(cè)量管內(nèi)液體流速和壓力降遠(yuǎn)比所連接管道高。運(yùn)行中CMF的壓力降還取決于液體粘度和密度以及所測(cè)流量。要按照整個(gè)管系允許的壓力降慎密考慮可分配給CMF的壓力降份額，評(píng)估和選定儀表的流量上限值。
CMF測(cè)量管內(nèi)壓力過(guò)低會(huì)形成氣穴導(dǎo)致不準(zhǔn)確測(cè)量，甚至損壞流量傳感器。還應(yīng)避免鄰近CMF上下游管段發(fā)生氣穴或閃蒸。測(cè)量管內(nèi)壓力還低于其下游的背壓，因此標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定CMF下游的背壓Pb應(yīng)不低于式（1）所示，但對(duì)于某些密相（dense- phase）液體（如乙烯和高純度乙烷），這一準(zhǔn)則可能不適用。
Pb=2△p+1.25pe （1）
式中：Pb為最小背壓，Pa表壓；△p為在****運(yùn)行流量下CMF的壓力降，Pa；pe為在工作溫度條件下的液體平衡蒸氣壓力，P絕對(duì)壓力。
在測(cè)量含異物流體時(shí)要考慮測(cè)量管形態(tài)是否易于阻塞和沉積異物。測(cè)量管內(nèi)壁積聚沉淀或覆蓋垢層除阻礙流通外，還有可能影響密度輸出信號(hào)的精度。
管道壓力顯著變化會(huì)影響流量測(cè)量的準(zhǔn)確度，若使用時(shí)壓力和校準(zhǔn)流量時(shí)壓力相差較大，應(yīng)要求供應(yīng)商提供壓力修正系數(shù)。典型的壓力影響靈敏性隨著口徑增加而增大。CMF的性能亦隨著測(cè)量管管壁增厚和管徑增大而趨于劣化。然而迄撰寫(xiě)本文時(shí)筆者所見(jiàn)到的各制造廠不同型號(hào)樣本說(shuō)明書(shū)等技術(shù)資料大部分未列壓力修正系數(shù)。
代表性的壓力修正系數(shù)如Micro-Motion公司口徑80/100mm儀表CMF100型為-0.088%/MPa，然而D- 300型為-1.33%/MPa，相對(duì)于0.1% ~0.2%精度等級(jí)的儀表，靜壓變化影響量是相當(dāng)可觀的[1]。
流量?jī)x表規(guī)范書(shū)中都規(guī)定了額定最高工作壓力，CMF還應(yīng)規(guī)定系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的最低工作壓力，即****運(yùn)行流量條件下的最低背壓以及在非正常運(yùn)行條件（如停車和維修）時(shí)也要保持在最低到最高的工作壓力范圍內(nèi)。
1.2 流量變送器考慮因素
本標(biāo)準(zhǔn)所稱變送器（transmitter）即通常所稱將流量傳感器來(lái)的信號(hào)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的轉(zhuǎn)換器。標(biāo)準(zhǔn)提示應(yīng)考慮氣候/電氣環(huán)境條件、可操作性、讀數(shù)/電氣傳輸系統(tǒng)安全性、輸入/輸出信號(hào)對(duì)射頻干擾（RFI）和電磁干擾（EMI）的易感性及通信功能等。
1.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)考慮因素
CMF的測(cè)量系統(tǒng)應(yīng)考慮外界某特定頻率振動(dòng)導(dǎo)致額外測(cè)量誤差的可能性、雙相流（液/氣）對(duì)儀表產(chǎn)生不利影響以及是否符合相應(yīng)的法規(guī)和規(guī)程等。
圖1所示是典型系統(tǒng)安裝示意圖，應(yīng)避免一切導(dǎo)致液體蒸發(fā)、氣化和生成氣穴的設(shè)計(jì)，應(yīng)有式（1）所示的足夠背壓Pb。若CMF流量和壓力降過(guò)大，可采用多臺(tái)儀表并聯(lián)運(yùn)行，并使分流均衡和能各自隔流以便調(diào)零等校驗(yàn)。氣液雙相流會(huì)使儀表性能變壞，必要時(shí)裝空氣/蒸氣消除器（圖1之2）。流量傳感器安裝姿勢(shì)務(wù)必使在流動(dòng)和靜止條件下均充滿液體。若不能避免在非流動(dòng)條件下儀表測(cè)量管積聚氣體而形成錯(cuò)誤讀數(shù)時(shí)，要采取不作測(cè)量時(shí)信號(hào)切除的措施。
CMF測(cè)量體積流量時(shí)應(yīng)在流量傳感器附近（一般在下游，圖1之8）設(shè)置溫度計(jì)插孔，以校驗(yàn)代表CMF內(nèi)液體溫度，還應(yīng)在附近裝壓力指示（或記錄）儀表。在測(cè)量流量變動(dòng)的高壓縮性液體（如戊烷）體積流量時(shí)，則在CMF上下游各裝一臺(tái)壓力表，可取其平均值以計(jì)算儀表系數(shù)，此值也用作靜壓影響修正。
若校驗(yàn)CMF時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)器不是質(zhì)量單位而是體積標(biāo)準(zhǔn)器，在線準(zhǔn)確測(cè)量密度是關(guān)鍵因素，應(yīng)預(yù)設(shè)密度檢測(cè)點(diǎn)（圖1之9），以備用比重計(jì)或標(biāo)準(zhǔn)密度計(jì)在線校驗(yàn)。
系統(tǒng)應(yīng)具有在線校驗(yàn)CMF的條件，校驗(yàn)時(shí)要求溫度、壓力、流量和成份保持恒定，以獲得可接受的校驗(yàn)重復(fù)性。校驗(yàn)連接口置于CMF的下游（圖1之11），與標(biāo)準(zhǔn)器的距離應(yīng)盡可能地短。
要妥善地安裝流量傳感器以防止任何管系應(yīng)力傳遞給傳感器。管系振動(dòng)或流動(dòng)脈動(dòng)頻率接近測(cè)量管振動(dòng)頻率會(huì)影響準(zhǔn)確測(cè)量的能力，應(yīng)予避免，必要時(shí)設(shè)置脈動(dòng)阻尼器。
需要多臺(tái)CMF相鄰并聯(lián)安裝或串聯(lián)安裝時(shí)，各儀表問(wèn)振動(dòng)會(huì)相互影響，稱作對(duì)話（cross talk），可通過(guò)重新布置管系，裝隔離閥和/或加支撐等措施，實(shí)現(xiàn)隔絕或阻尼振動(dòng)。某些制造廠還可調(diào)整岔開(kāi)相鄰CMF的驅(qū)動(dòng)頻率，降低機(jī)械對(duì)話的可能性，可在訂貨時(shí)事先提出要求。
通常CMF在制造廠用稱重法校準(zhǔn)，作用到所測(cè)量的質(zhì)量、體積、密度和流量的各修正和校準(zhǔn)系數(shù)如圖2所示。

2 運(yùn)行和性能
標(biāo)準(zhǔn)第8章闡述啟動(dòng)步驟、運(yùn)行中流體物性變化和運(yùn)行/安裝條件變化對(duì)儀表性能的影響以及調(diào)零注意事項(xiàng)和要求等。
2.1 調(diào)零
CMF即使液體無(wú)流動(dòng)，但由于兩檢拾器間的相移也可能有微量流動(dòng)的指示，非零相移信號(hào)的根源可能來(lái)自機(jī)械噪聲或轉(zhuǎn)換器內(nèi)起伏，或兩者兼有。啟動(dòng)使用前必須調(diào)零，先關(guān)閉下游閥1和閥12，再關(guān)閉上游閥1（應(yīng)注意系統(tǒng)各閥關(guān)閉隔離后若溫度升高，管內(nèi)壓力可能要上升），然后按制造廠規(guī)定步驟調(diào)零。零點(diǎn)偏移原設(shè)定值的主要原因來(lái)自流量傳感器，其次是轉(zhuǎn)換器電子元件飄移零點(diǎn)偏移因果關(guān)系分析如下：
① 主要原因（傳感器）是測(cè)量管應(yīng)力變化（溫度、壓力及密度變化和不良安裝）引起的安裝狀態(tài)變化；
② 次要原因（轉(zhuǎn)換器）是電子元件飄移。
這些條件變化造成零點(diǎn)偏移的誤差部分可通過(guò)重新調(diào)零降至最低。
2.2 流體物性、運(yùn)行和安裝條件對(duì)CMF性能的影響
運(yùn)行條件變化會(huì)影響CMF的測(cè)量性能。這些條件變化總體上是：改變了振動(dòng)測(cè)量管的柔性；和/或零點(diǎn)偏離儲(chǔ)存值（即原調(diào)零值）。
① 流體物性 液體密度變化會(huì)使零點(diǎn)偏移，若密度變化顯著，可能要重新調(diào)零，甚至重新校驗(yàn)流量。
現(xiàn)在沒(méi)有數(shù)據(jù)能直接說(shuō)明液體粘度變化會(huì)影響流量測(cè)量精度，然而高粘度液體會(huì)增加儀表壓力降而可能影響運(yùn)行。，
② 運(yùn)行條件 液體溫體變化從3個(gè)途徑影響測(cè)量值，詳見(jiàn)圖3。
溫度影響流量的程度同儀表設(shè)計(jì)、管系布置和溫度變動(dòng)量而異，其中振動(dòng)測(cè)量管彈性變化影響部分在儀表內(nèi)部已采取補(bǔ)償措施，補(bǔ)償系數(shù)是按測(cè)量管材質(zhì)有一定允差的統(tǒng)計(jì)量，還存在一些補(bǔ)償過(guò)度或不足問(wèn)題的殘余影響。
液體壓力顯著變化也要影響測(cè)量管振動(dòng)特性，可從實(shí)驗(yàn)求得的影響量修正之，前文已有所論述。
液體中含有氣相不利于準(zhǔn)確測(cè)量，應(yīng)予排除或減至最低。測(cè)量管內(nèi)有厚的或不均勻的沉積或覆蓋層會(huì)使流量校準(zhǔn)值偏移，若覆蓋層密度與流動(dòng)液體密度有顯著差別時(shí)，則要影響校準(zhǔn)值。
為達(dá)到儲(chǔ)存交接級(jí)測(cè)量精度，應(yīng)以與實(shí)際應(yīng)用相似的流體在相似運(yùn)行和安裝條件下校驗(yàn)。若流體物性變化、運(yùn)行條件變化或傳感器安裝上有變動(dòng)，均可能影響儀表系數(shù)，應(yīng)盡可能在接近實(shí)際新條件下重新校驗(yàn)。
已對(duì)幾種型號(hào)儀表設(shè)計(jì)作了流速分布畸變流和旋轉(zhuǎn)流試驗(yàn)，表明沒(méi)有或幾乎沒(méi)有影響儀表性能，但這一結(jié)論對(duì)所有其他儀表設(shè)計(jì)可能并不仍然正確。
2.3 修改CMF存儲(chǔ)零值考慮因素
根據(jù)制造廠建議、貿(mào)易交接協(xié)定或（C）測(cè)試和監(jiān)控規(guī)則的要求，定周期檢驗(yàn)CMF存儲(chǔ)零值是否在限值以內(nèi)。若觀察到零值超過(guò)偏置限，必須重新設(shè)定零值。儀表新設(shè)定零值后亦應(yīng)重新校驗(yàn)。存儲(chǔ)零值被轉(zhuǎn)換器用來(lái)計(jì)算儀表的質(zhì)量流量或總體積（gross volume）流量。所觀察到零偏移的原因是受流量傳感器安裝條件（如振動(dòng)、液流脈動(dòng)、上下游管道組態(tài)）、管線應(yīng)力（如環(huán)境溫度變化或維護(hù)鄰近設(shè)備引發(fā)）、流體溫度、壓力、密度以及流量轉(zhuǎn)換器的環(huán)境溫度變化或調(diào)換流量轉(zhuǎn)換器或流量傳感器等的影響。
正常狀態(tài)下零值不是恒定而有微小變化，調(diào)零恰當(dāng)?shù)膬x表呈現(xiàn)穩(wěn)定地偏離規(guī)定零點(diǎn)正向或負(fù)向間雙向波動(dòng)。對(duì)每臺(tái)儀表檢驗(yàn)儲(chǔ)存零值應(yīng)在規(guī)定進(jìn)程基礎(chǔ)上實(shí)施，以確定是否需要重新設(shè)定零值。作好記錄圖表列出所有儀表系數(shù)和零點(diǎn)調(diào)整（觀察零值的出現(xiàn)和消逝），指引CMF性能變動(dòng)趨向判斷。
2.4 維護(hù)
在制造廠修理或更換流量傳感器后必須將制造廠提供的新儀表系數(shù)重新輸入轉(zhuǎn)換器，在重新啟用CMF前新設(shè)定零值。在現(xiàn)場(chǎng)重新安裝修理后或更新的流量傳感器亦應(yīng)立即完成一次校驗(yàn)。
振動(dòng)測(cè)量管內(nèi)壁覆蓋垢層可能給密度測(cè)量帶來(lái)不良影響，并由此影響體積流量測(cè)量。垢層還會(huì)形成一個(gè)可觀察到的零偏移，清除垢層后要重新調(diào)零和校驗(yàn)流量。轉(zhuǎn)換器更換印刷電路板或電子元件后亦需重新調(diào)零和校驗(yàn)。

3 校驗(yàn)
標(biāo)準(zhǔn)第9章以較多篇幅（超過(guò)正文四分之一）闡述在現(xiàn)場(chǎng)流量校驗(yàn)CMF的作用和意義，提示首次校驗(yàn)后還有11種情況要重新校驗(yàn)（如重新調(diào)零后，流量傳感器安裝條件變動(dòng)，改變流動(dòng)方向等）。詳述校驗(yàn)時(shí)應(yīng)考慮的一些因素，如具備穩(wěn)定的流體成份、密度、溫度、流量等。校驗(yàn)儀表參數(shù)包括了流體密度，流量校驗(yàn)方法列示了直接質(zhì)量法、間接質(zhì)量法和容積法，求取儀表系數(shù)，檢查重復(fù)性（repeatability）、再（復(fù)）現(xiàn)性（reproducibility）。標(biāo)準(zhǔn)還列出實(shí)施這些校驗(yàn)適用的其它API標(biāo)準(zhǔn)名錄，論述現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)和制造廠校驗(yàn)的差異，在現(xiàn)場(chǎng)如何修改儀表系數(shù)等等。
標(biāo)準(zhǔn)附錄部分列示了各種流量校驗(yàn)方法報(bào)告的記錄表式，匯集了儀表系數(shù)及各校驗(yàn)方法的計(jì)算式。

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