体积管校验核查科里奥利质量流量计误差分析

2014-03-22张红亮

计量技术 2014年7期

张红亮

(沧州炼油厂计量管理处，沧州 061000)

0　引言

质量流量计具有如下优点：1)直接得到测量介质的质量；2)测量准确度高；3)测量准确度不受介质物性的影响，在管输油品、定量装车等贸易交接计量中越来越被广泛使用。根据《计量法》第九条强检计量器具要求和JJG 1038—2008《科里奥利质量流量计》检定规程，用于贸易交接的质量流量计检定周期为1年。但在实际贸易交接过程中，为了精确计量，避免计量纠纷，贸易双方在有效检定期间定期校验。本文结合某测量原油质量流量计，分析用体积管装置校验产生误差的原因，为避免校验工作中类似情况的发生提供参考。

1　质量流量计的检定和校验

1.1　检定

JJG 1038—2008《科里奥利质量流量计》检定规程，其原理是用泵将水按照设定的流量首先流过被检定的质量流量计，然后流入称量装置进行称重(电子秤称量)并经修正，将质量流量计测得的示值与称量值进行比对。

根据质量流量计的量程、测量范围，分别选最大流量、0.5倍的最大流量、0.2倍的最大流量、最小流量和最大流量5个流量点。然后依次按上述原理得到的电子秤质量(修正后的)和质量质量流量计的累积质量，分别代入质量流量计误差数学模型：

(1)

式中：Eij为第i检定点第j次检定的相对误差，%；(Qs)ij为第i检定点第j次检定装置测量的累积质量流量，kg；Qij为第i检定点第j次检定质量流量计测量的累积质量流量，kg。

计算出各检定点质量流量计相对误差，根据检定结果判定质量流量计的合格与否。

1.2　校验核对

校验就是质量流量计的定期(1～3个月)校验，或者质疑读数时的随时校验。其方法是将被检质量流量计与体积管标准装置串联在一条管线上，当介质在管道中稳定流动时，在没有泄漏等损耗情况下，相同时间内流过体积管标准装置的介质质量跟流过被检质量流量计的介质质量是相等的。由于体积管标准装置的体积已精确得知，因此可以通过取得质量流量计的测量质量与体积管体积乘以体积管内液体的密度即质量比较，计算出被检质量流量计的准确度及偏差。其数学模型：

(2)

式中：VS为体积管指示值，m3；βS为体积管体膨胀系数，1/℃；tS为体积管平均温度，℃；pS为体积管内液体的表压力，Pa；D为体积管标准容积段的内径，mm；ES为体积管材质的弹性模量，Pa；e为体积管标准容积段的壁厚，mm；ρ为体积管标准内液体密度，kg/m3。

2　校验质量流量计误差分析

2.1　校验过程

2010年8月对某测量原油、准确度等级0.2、量程0～400t质量流量计，使用体积管在线校验，测量工况为正常管输原油。由于体积管是检定容积式流量计标准装置，因此检定装置上没有设准确度较高的在线密度计。原油采样利用装置现有的自动采样器，密度测量采用浮计法玻璃密度计，校验过程中平均密度897.6kg/m3。

校验过程按照JJG 1038—2010《液体容积式流量计》检定规程，分四个流量点，每个点分别校验了3次，将测量的数据分别代式(2)计算(计算过程略)，得到体积管处标准质量，与质量流量计示值对比四个点的误差见表1，每个点校验误差均超出了该表±0.2%的基本误差要求。为了进一步判定该质量流量计的校验结果，决定离线送检，检定方法采用称量法(介质：水)，检定结果完全符合0.2%基本误差要求。称量法检定数据见表2。

表1　体积管校验质量流量计记录

表2　称量法检定质量流量计记录

2.2　校验结果分析

从表2看出，质量流量计用称量法检定，其最大误差0.039%，完全符合该表基本误差0.20%的要求。而体积管校验最大误差0.653%，完全超出0.2%的基本误差要求。从整个校验过程看：

1)体积管、质量流量计进出口温度、压力器具按检定规程使用0.4级压力表和分度值0.1℃全寖式玻璃棒温度计，整个校验过程严格按照检定规程执行，数据读取规范，也就是说按式(2)修正后的体积管的体积是完全正确的。

2)原油采样分析，采样按SY/T 5317—2006《石油液体管线自动取样法》采样，试验方法按GB/T 1884—2000《原油和液体石油产品密度实验室测定法》，测量结果897.6kg/m3。也就是说操作过程、测量密度值是正确的。

3)再分析式(2)产生校验误差的原因：首先体积管的体积是给定的，只要修正没有问题体积值应该是正确的；其二，将体积管体积换算成质量时体积管内密度值测量是否正确，或样品的代表性是否正确直接影响密度值的测量。分析输油记录发现：在校验第一点和第二点流量时，输油密度低，大约在885.0kg/m3；当校验第三点和第四点流量时，原油的密度发生了变化，比以前密度高，大约在902.0kg/m3。

4)由于管线原油自动采样器的原理是按时间比例采样的，而不是按流量变化采样的，因此，对于管输不同密度、流量有差别的样品，在相同的时间内采得的样品量是一样的。而实际应该输油量大的采样量也大，反之输油量小的采样量小，只有这样才能保证采得的样品具有代表性，测得的密度值才能接近真实密度。据此，按理论计算其真实密度大约ρ=(143×902+115×885)/(143+115)=894.4kg/m3，与分析密度对比误差在0.35%，这是造成校验误差大的主要原因。

5)原油是混合物，同一批管输其组分不完全相同，因此测量原油的密度时样品的代表性尤为重要，否则会出现较大的偏差。

6)其他原因：1)由于质量流量计测量管径比较细，所以压损比较大，影响质量流量计测量的准确度。2)质量流量计受输油温度、压力的影响。温度影响质量流量计可以自动补偿，而压力的影响是负误差，只能人工补偿。误差大小因不同型号的质量流量计影响结果不同，大约-3.0×10-8/Pa。

2.3　质量流量计校验建议

用于贸易交接的质量流量计，由于检定条件的限制和交接数据的准确性要求，在检定周期内定期校验是完全必要的，也是贸易交接规范要求的。需要校验时，首先采用称量法，其次采用容积法、标准表法。如果没有称量法装置，使用体积管校验时要注意以下几点：1)校验过程中所使用的介质组分尽可能保持相对稳定；2)校验过程中介质的温度变化保持相对稳定(控制在±0.5℃)；3)压力波动不要太大；4)按流量采样，分析密度值准确到0.1kg/m3；5)有条件的，在体积管安装在线高准确度密度计；6)分流量点单独采样分析密度，避免取平均密度造成误差。