在貿(mào)易交接應(yīng)用中選擇和使用科里奧利流量計
By N.K.Chaudhary艾默生過程管理－新加坡
引言: 當(dāng)供應(yīng)商或經(jīng)銷商與下游用戶之間對液體產(chǎn)品(如成品油)進(jìn)行貿(mào)易交接時，必須確保產(chǎn)品的準(zhǔn)確計量和嚴(yán)格核算。管理方和監(jiān)管機(jī)構(gòu)對交易的公平性均非常重視。本文通過科里奧利流量計和其他常用技術(shù)的對比，解釋了為何科里奧利流量計是貿(mào)易交接應(yīng)用中“*實(shí)用”的選擇。同時，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的方法。
渦輪流量計－推理式容積流量計量 可以測量流動液體的幾種特性，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（電磁，超聲波和差壓流量計），渦輪流量計卻是貿(mào)易交接中*為常用的一種。在流體中插入一個渦輪葉片，根據(jù)其轉(zhuǎn)速測定流體線速度。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，渦輪流量計可以非常準(zhǔn)確可靠。然而，在夾氣狀態(tài)的流體測量中，它們將難以為繼。這是由于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速太快，會造成超額計量乃至軸承損壞。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，也會發(fā)生類似問題。盡管一些制造商已成功設(shè)計出適用于高粘度流體的渦輪流量計，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的直管段，還必須配備消氣器以及上游濾網(wǎng)，以確保無夾帶氣體且流速平穩(wěn)。
渦輪流量計所依賴的精密運(yùn)動機(jī)件必須與流體直接接觸。因此，任何外來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)流量計免遭損壞。
定排量流量計－直接式容積流量計量 作為*早的測量方法之一，定排量（PD）技術(shù)應(yīng)用廣泛且便于理解。PD流量計能夠持續(xù)并重復(fù)地讓流體進(jìn)入一個**已知容積的小計量室中。每次循環(huán)都會將一個容積單位的流體從流量計一端傳遞到另一端。隨后通過計數(shù)小容積單位流過流量計的次數(shù)，來確定累計容積。經(jīng)過多年積累，古老的技術(shù)已獲得很大發(fā)展，例如，和很多現(xiàn)代流量計相似的脈沖輸出式電子流量計，以及減少測量精度遭受壓力因素影響的雙套管式流量計。每個脈沖均對應(yīng)一個離散量，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流量計非常**，并且其量程比高達(dá)10:1。
但是，PD流量計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)子之間無法實(shí)現(xiàn)充分密封。另外，PD流量計中許多運(yùn)動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，以防止漂移過量。如果發(fā)生過程中的研磨顆粒導(dǎo)致磨損比率增加時，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，PD流量計會受到與渦輪流量計同樣的限制。氣體會使轉(zhuǎn)子過度旋轉(zhuǎn)，并導(dǎo)致超額計量。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－直接式質(zhì)量流量計量 科里奧利質(zhì)量流量計由一個變送器和傳感器構(gòu)成。流體通過U形，衣架形（如圖所示）或直管形流量管，流量管與流體流動方向保持垂直震動。流體所產(chǎn)生的科里奧利力，與流量管振動力相互作用，造成流量管扭曲。扭曲度與流體的質(zhì)量流量成正比，同時扭曲現(xiàn)象會產(chǎn)生正比的、可測量的相位移（流量管兩端檢測線圈之間）。
為確定體積流量，質(zhì)量流量計還必須確定流體密度。這可通過測量流量管振動的自然頻率得出。流體的流動密度與流量管振動期的平方成正比（與頻率的平方成反比）。
由于只有測量出質(zhì)量流量和密度后才可以確定體積流量，因此流量計能否準(zhǔn)確測量這兩個變量就顯得尤為重要。和其它流量計相比，科里奧利流量計的獨(dú)特設(shè)計，使得它對密度的測量更為準(zhǔn)確。其中一項改進(jìn)是：設(shè)計可通過更大體積流量的流量管。科里奧利流量計具有出眾的密度測量精度，從而會得出更好的體積流量精度。
何時在貿(mào)易交接中選擇科里奧利流 科里奧利流量計的原理面世相對較晚，但自高準(zhǔn)（現(xiàn)為艾默生過程管理）在20世紀(jì)70年代**將其推向市場以來，已經(jīng)有10多家設(shè)備制造商安裝了1.5萬多臺科氏流量計。經(jīng)過數(shù)十年的成功測量應(yīng)用，2002年美國石油學(xué)會（API）批準(zhǔn)科氏流量計可用于貿(mào)易交接（見API第5.6章）。
科里奧利技術(shù)在貿(mào)易交接應(yīng)用方面的市場占有率迅速增高，其主要原因如下：長期以來的高精度和重復(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)字信號處理技術(shù)，有助于解決了零點(diǎn)穩(wěn)定性問題，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關(guān)的儀表因素之間，科里奧利流量計還具備眾多功能性。原來不同的產(chǎn)品需不同的儀表測量，而一臺科里奧利流量計通常可測量多類產(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)的流量計不同的是，科里奧利流量計無需整流和儀表保護(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插入、無密封和無軸承設(shè)計，能夠保持其無需維護(hù)的長期完整性。鑒于其高可靠性，許多國家的計量機(jī)構(gòu)減少了對其的標(biāo)定要求，而其他類型流量計是要強(qiáng)制進(jìn)行的。
耐固體顆粒性 流體中固體顆粒能經(jīng)過儀表而不影響其測量精度。但是，為了防止侵蝕流量計，應(yīng)正確選型以防止?jié)撛谀ノg性固體顆粒高速通過流量計。
低壓損 以前的數(shù)字型科氏流量計，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，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)易交接計量精度要求。
在夾氣應(yīng)用中性能出眾 由于無可動部件，科里奧利流量計不會在夾氣環(huán)境中受損。另外，通過采用高準(zhǔn)*新的MVD數(shù)字信號處理技術(shù)，科里奧利流量計在流量測量方面取得了巨大進(jìn)步，其誤差由20％降低至不到1％。
科里奧利流量計安裝注意事項 在正常條件下，現(xiàn)代科里奧利流量計像閥門那樣用螺栓固定在管道上。一些老舊、低質(zhì)流量計在未對準(zhǔn)的情況下無法實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)測量，但現(xiàn)在很多經(jīng)過認(rèn)真設(shè)計制造的流量計，即使略微沒有對準(zhǔn)管道，也會免受管道壓力的影響。
如果大量氣體進(jìn)入流量計，那么會導(dǎo)致測量錯誤。一個較好的安裝經(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。
科里奧利流量計無需整流就可以保持準(zhǔn)確可靠。兩端無需長直管道安裝。不同于帶可動部件的流量計，科里奧利流量計可處理典型的管道固體顆粒而不會受到損壞。
如果儀表**安裝前必須清零的話，那么必須關(guān)閉閥門以確保無流體通過傳感器。帶隔斷閥的典型流程示意圖如下：
用科里奧利流量計可實(shí)現(xiàn)*大流量測量 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科里奧利流量計，并累計其輸出值作為總流量。在使用單一大口徑流量計的某些情況下，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)需要帶多個平行儀表的測量系統(tǒng)時，可考慮使用工廠制造的在線平行計量系統(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（國際法定度量衡組織）標(biāo)準(zhǔn)。許多科里奧利流量計均符合以下標(biāo)準(zhǔn)：
- OIMLR117（用于除水以外液體的計量系統(tǒng)）
- OIMLR115（用于液體數(shù)量的直接質(zhì)量流量計量系統(tǒng)）
- OIMLR81（用于低溫液體的動態(tài)計量裝置）
此外，每個國家都有其政府機(jī)構(gòu)來對用于貿(mào)易交接計量的流量計進(jìn)行認(rèn)證，并指定其（**和年度）校驗(yàn)要求。例如，計量儀器法規(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)易交接計量，并適用于所有27個歐盟國家（加上挪威和瑞士）。艾默生的高準(zhǔn)科里奧利流量計也已符合計量儀器法規(guī)（MID）2004/22/EC的要求，它也是**個達(dá)到MID標(biāo)準(zhǔn)的科里奧利流量計。
通過認(rèn)證的流量計必須附有一張該國機(jī)構(gòu)頒發(fā)的證書，但證書由儀表制造商制作和發(fā)運(yùn)。客戶必須在定購時要求附有證書，證書上應(yīng)列出被認(rèn)證傳感器和變送器的型號。
科里奧利流量計的校驗(yàn) 所有貿(mào)易交接流量計必須通過校驗(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)表是用來將貿(mào)易交接流量計與一個可靠且已知的參考值進(jìn)行比對。以下基本計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)果可用于以下幾個方面：
- 儀表讀數(shù)乘以儀表系數(shù)，得到正確的測量值
- 校驗(yàn)結(jié)果可以用來確定新表標(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
科里奧利流量計可通過下列方法校驗(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
各個校驗(yàn)方法的組態(tài)將取決于其進(jìn)行的是質(zhì)量測量或體積測量校驗(yàn)。
科里奧利流量計擁有*多的校驗(yàn)方法，校驗(yàn)科里奧利流量計與校驗(yàn)其它類型流量計并無區(qū)別。然而，如果流體通過時間較短，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，其過程比其他類型流量計的更為復(fù)雜。科里奧利流量計需要較長的預(yù)運(yùn)行時間，這是因?yàn)榭评飱W利流量計使用制造的脈沖，而不是過程流體驅(qū)動脈沖。信號處理速度也是一個重要考慮因素：在相同的口徑和流量條件下，由于老式科里奧利流量計使用較慢的模擬信號處理技術(shù)，其比帶數(shù)字處理技術(shù)的流量計所需的檢驗(yàn)裝置要大。
案例簡述 *近，一家位于東南亞的大型終端運(yùn)營商需要一套貿(mào)易交接計量解決方案，用于五個加油站點(diǎn)。他們將PD流量計與科里奧利流量計進(jìn)行了對比，由于科氏流量計維修較少，可靠性更高，他們*終選擇了科里奧利流量計。終端的加油工作量很大，因此需要減少維修停機(jī)時間。*終，該運(yùn)營商共安裝了10個科氏流量計，在其每個加油站點(diǎn)各安裝兩臺，見下圖。
結(jié)束語 在貿(mào)易交接應(yīng)用中使用推理和直接式容積流量計量技術(shù)也可達(dá)到精準(zhǔn)和一致的測量，包括渦輪，正排量和其它流量計。然而，*新科氏流量計的直接式質(zhì)量流量計量消除了很多傳統(tǒng)計量方法**的問題。采用了數(shù)字處理技術(shù)的*新一代流量計，解決了妨礙科里奧利流量計在貿(mào)易交接中應(yīng)用的**問題（如壓損、夾氣計量問題）。但是仍需慎重考慮流量計的選型和安裝。對大多數(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的理由。