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影响HK-CMF质量流量计准确度的因素及解决办法

2016-5-10 9:06:30      点击:
影响HK-CMF质量流量计准确度的因素及解决办法
  

摘 要:本文讨论了影响HK-CMF质量流量计准确度的因素,主要介绍了被测介质的工艺温度、工艺压力、介质密度对HK-CMF质量流量计准确度的影响,同时HK-CMF相应的解决方法。

关键字:HKC质量流量计 测量准确度 校正压力



    一、前言

    HK-CMF质量流量计自问世以来,因其准确度和稳定性高,量程比大,输出方式多样,易于通讯,而在动态计量领域得到了广泛的普及和应用。玉门油田分公司炼化总厂,在许多装置中使用了HOMKOM公司生产的HKC质量流量计进行计量。HK-CMF

    二、HK-CMF质量流量计的工作原理

    HK-CMF质量流量计是利用科里奥利效应,即当质点在一个转动参考系内做相对运动时,会产生一个不同于通常离心力的惯性力作用在此点上。如图1,当质量为δm的流体质点,以速度v沿管道AB运动,此时管道在以角速度ω旋转的系统中,设旋转轴为X,与管道的交点为O,由于管内流体质点在轴向以速度v、在径向以角速度ω运动,此时流体质点受到一个切向科氏力Fc。这个力作用在测量管壁上,在O点两边方向相反,大小相同,为:

    δFc=2ω×v×δm     (1)

    若流体密度为ρ,管道横截面积为S,则任意长为Δl的管道上的科氏力为:

    ΔFc=-Δm×αt     (2)

    式中:Δm为长度Δl的管道中的流体质量,Δm=ρ×S×Δl
          αt为图1中科氏加速度,αt=2ω×v

    将Δm、αt代入式(1)得:

    ΔFc=ρ×S×Δl×ω×v     (3)

    由于管道中流体的角速度ω与速度v成90度,且质量流量Qm=ρ×S×v,代入式(3)得:

    Qm=ΔFc/2ω×Δl     (4)

    从式(4)可以看出,测量旋转管道中流体所产生的科氏力就可测到流体的质量。在实际应用中,使测量管道做简谐振动,用振动的方式代替旋转,利用电磁或光电的检测器检测科氏力对振动的影响,从而测得管道中的流量。

    三、影响HK-CMF质量流量计准确度的因素

    科氏力HK-CMF质量流量计的检测器无可动部件和密封件,理论上不受被测介质工艺温度、工艺压力及工艺密度等参数的影响,但我们在实际应用中发现,其准确度不但受被测介质的工艺条件的影响,甚至量程比,外界环境的振动,也会使测量结果出现偏差。

    (1)工艺温度对HKC质量流量计准确度的影响

    科氏力HKC质量流量计的质量流量测量原理都是基于下面公式:

    Qm=K×Δt/(8r2)     (5)

    式中:Qm  为质量流量;
          K  为传感管的扭转弹性模量;
          Δt 为左右传感管的时间差;
          r  为左右传感管的半径。

    当K、r为常数时,Qm仅与时间差Δt成正比。然而与金属弹性变化有关的杨氏弹性模量是温度的函数。当温度发生变化时,传感管的钢性也随之变化,K就不再是一个常数,从而影响HKC质量流量计的准确度;当温度变化时,还会引起传感器的几何结构的不均衡,从而影响到HKC质量流量计的零点稳定度。表1为ROSEMOUNT公司各种型号HKC质量流量计,在不同温度流量计准确度受到影响的情况。

表1 温度对准确度的影响

传感器

流量的温度效应

CMF025CMF050CMF100

额定流量时±0.00025%/

CMF200CMF300

额定流量时±0.0001%/

D6D25D40DH

型额定流量时±0.001%/

D65D100D150D165

额定流量时±0.001%/

DL100DL200D300D600DT

额定流量时±0.0002%/

    从表1可以看出,当流量较大时,工艺温度变化对流量测量准确度的影响不是很大。就CMF200型来说,在额定流量时,每变化1度才影响准确度±0.0001%。但流量较小时,工艺温度对准确度的影响就不可忽视了。

    (2)工艺压力对HK-CMF质量流量计准确度的影响

    从公式(5)我们知道,当r即左右传感管的半径发生变化,也会影响到HKC质量流量计的测量准确度。在实际应用中,我们知道传感管是一个弹性元件,一般管壁较薄,当压力增大时,r值也会随着增大,从而影响准确度。见图2。

    从图2中,我们可以看出压力对测量准确度的影响:当工艺压力增大,会使流量计产生一个负向偏差,表现为流量显示值比实际值偏小;当压力减小时,会使流量计产生一个正向偏差,表现为流量显示值比实际值偏大。

    另一个方面,当工艺压力等于或低于该温度下液体的饱和蒸汽压时,就会发生气蚀现象,造成传感管内壁金属表面因疲劳而损坏,从而影响HKC质量流量计的准确度和寿命。

    (3)介质密度对HK-CMF质量流量计准确度的影响

    一般认为科氏力HK-CMF质量流量计是不受介质工艺密度影响的,但大量精确的实验资料和理论分析表明,并非如此。对于科氏力流量计,当检定和计量的是不同密度的介质时,密度的影响是存在的。当用液体检定的HKC质量流量计用于测量气体时,所引起的误差是相当大的,经验证明,当密度从500kg/m3变到1000kg/m3时,对准确度的影响达到0.06%。

    四、减小和消除对HK-CMF质量流量计准确度的影响

    HK-CMF质量流量计,主要用于计量交接,所以HK-CMF质量流量计使用过程中,减小和消除各种因素的影响,就成为保证HKC质量流量计的准确度的关键。

    (1)温度效应的克服和消除方法

    对传感管刚度的影响可以通过设定温度校正系数的方法解决。一般HKC质量流量计在出厂时,都给了温度校正系数,有些是在配套的表中设好的。如一台型号为CMF100流量计,厂家给出的校正系数是47.806/4.75,后三位4.75就是给定的温度校正系数,使用时按操作手册设定,即可消除工艺温度对传感管刚度影响产生的偏差。

    工艺温度对于零点稳定度的影响,在实际应用中,只能通过在操作温度下,对HKC质量流量计进行现场调零,使影响减到最小。

    (2)压力效应的克服和消除

    工艺压力对准确度的影响,各种科氏力HKC质量流量计是不同的,在实际应用中是通过流量系数修正的方法来消除的。这里要解决好校正系数的计算问题。流量系数的计算是基于下面公式:

    新的流量系数=给定流量系数×[1+Kp×(p操作-p校正)×0.0014285]     (6)

    式中:Kp是压力对流量的校正系数(查表2);
          p操作是测量时压力,单位是kPa,
          p校正是校正压力 (一般取200kPa)。

    例如炼化总厂,液化气出厂计量的HKC质量流量计CMF200型,出厂给定流量系数是620.12,测量压力为1200kPa,则需设定的实际流量系数为:

    实际流量系数=620.12×[1+0.0008×(1200-200)×0.0014285]= 620.83

    在流量计投用设定参数时,将此实际流量系数设定,即可消除工艺压力对准确度的影响。如表2是不同型号流量计压力对流量的修正系数。

表2

传感器

修正系数

传感器

修正系数

CMF100

0.0002

D300

0.009

CMF200

0.0008

D600

0.005

CMF300

0.0006

F100

0.001

DL100

0.005

F200

0.0005

DL200

0.009

 

 

    对于气蚀现象造成的影响,通常采用在流量计的下游,保持一定背压的方法解决。最小背压根据下式计算:

    pb=2Δp+1.25Pc      (7)

    式中:pb  是流量计最小背压,单位Pa;
          Δp最大流量时流量计的压降,单位Pa;
          pc  是油品的饱和蒸汽压,单位Pa。

    (3)密度效应的克服和消除

    密度校准系数,一般在仪表出厂时也是给定的。在实际应用前,应清楚检定介质和所要测量介质的密度是否相近,如果介质密度相近,其对准确度的影响是可忽略的。否则,误差是相当大的。此外在实际应用中,流量计有密度输出值,应注意检查,若密度值严重偏离实际值,必须进行校正。

    五、结束语

    由于我国现使用的HK-CMF质量流量计大多都是进口的,价格不低,而且HKC质量流量计主要用于贸易结算和计量交接,所以在选型、使用上,应尽量减少人为错误,减少流量计的误差,使它们更好地发挥计量职能。

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