CMFHC4质量流量计在原油交接中的应用

2014-05-29杨伟雄中国石化股份有限公司广州分公司计量管理室广东广州510726

自动化博览 2014年4期

杨伟雄（中国石化股份有限公司广州分公司计量管理室，广东广州510726）

1 引言

长期以来，在石化系统原油采用罐检尺计量交接、或采用体积式流量计加体积管在线检定的方式进行交接的情况较为常见。由于以往大口径质量流量计发展还不够成熟，因此质量流量计在石化系统中一般只用作监督计量的手段，用于数据交接计量的情况较为鲜见。随着大口径质量流量计技术发展日臻成熟，用质量流量计作原油交接的准确性、可靠性和便捷性不断提高。2013年初，广州石化斥资在“马—广长输管线原油末站”增设了3套CMFHC4质量流量计和一套作为标准流量计（俗称金表）进行在线校准的CMFHC3质量流量计，取得了较好的效果。

2 背景

广州石化在“马—广长输管线原油末站”贮运部区域原设有三台体积式流量计和一台作为在线校准标准表使用的涡轮流量计，该体积流量计的计量准确度为±0.2%。近年来，由于公司精细化管理的要求越来越高，上述计量设施与实际管理需求存在明显差距。同时，广州石化由于炼进口油，原油品种多、原油特性变化大，用体积流量计计量难以完成总部下达0.1%的储耗指标。另外，因原有计量设施准确度达不到管理要求，负责输送原油的华德公司仅能计算码头首站原油罐的储存损耗，接收原油的广州石化贮运部也仅计算原油罐区收油后的贮存损耗，而近180公里长输管线的原油输送是否产生损耗难以确定，因此，华德公司与贮运部在原油储耗方面的管理责任无法界定，广州石化整体的原油储耗损失也难以准确计算，为企业降低原油加工损失、提高经济效益带来极大困扰。本项目通过测量设备升级（体积流量计升级为CMFHC4质量流量计），开发测量系统软件并组织技术攻关，达到用质量流量计进行数据交接，划清各段原油储耗界面，从而降低原油储运损失的目标。

3 CMFHC4质量流量计原理和特点

3.1 质量流量计工作原理

科里奥利质量流量计工作原理都是依据牛顿第二运动定律，即力=质量×加速度（F=ma）制成的。仪表的测量管在电磁驱动系统的驱动下，以它固有的频率振动。液体流过测量系统时，测量管会发生扭曲，产生科里奥利效应。测量管扭曲的程度与流体的质量流量成正比，位于测量管两侧的电磁感应器用于测量上下两个力的作用点上管子的振动速度，管子扭曲引起两个速度信号之间出现时间差，感应器把这个信号传送到变送器，变送器对信号进行处理并直接将信号转换成质量流量。工作原理如图1、图2所示。

图1 测量管工作原理图

图2 流量计工作原理图

3.2 CMFHC4质量流量计特点

(1) 测量范围大。在正常压损状态下最大流量可超过1500t/h。

(2) 测量准确度高。全量程测量准确度达千分之一（0.1%），满足精细化管理要求。

(3) 具有注册专利的测量管分管设计，确保在任何安装条件下分流均匀。

(4) 采用数字式(MVD)变送器，大大提高了测量小流量的能力，使得在很宽的量程比内保证计量准确度。

(5) 由于弯管传感器的流量管与工艺管道不在同一轴线上，加上高准传感器抗应力的设计，因此应力和振动不易传入，流量计前后均不需要直管段，满足任何安装场合。

(6) 抗震动性能较好。高准弯管传感器的振动频率一般低于200Hz。直观上好像低频振动的传感器容易受到现场管道振动的影响。其实不然，因为首先流量管不仅仅只受到与其振动频率一样的管道振动频率(如振动在100Hz的流量管不仅仅只受到100Hz的管道振动影响)，还会受到其振动频率的各次谐波的影响。流量计抗振动的好坏，要看其能否在各次谐波都能够抗振。CMFHC4质量流量计通过对传感器形状的设计和驱动模式的优化，使传感器在各次谐波上受影响的频带极窄，而来自工艺管道的振动频率是随机变化的，因此影响的概率极低。

(7) 压损低。在相近口径下，CMFHC4流量传感器的实际内径较大，而压损与流量计内径成四次方倒数的关系，因此在相同质量流量下，CMFHC4测量管内的流速会较低，满足安全流速的要求，同时由于压损较低，会降低日常运作成本，达到节能的效果。

4 仪表选型

马—广长输管线原油末站增设质量流量计项目的工艺条件见表1所示。

表1 原油末站工艺设计条件

根据目前实际原油进厂流量范围以及考虑往后装置增加处理量后具备更高的原油输送能力，对原油末站三条输油管线的质量流量传感器选择为CMFHC4型传感器。基于表1的工艺条件，经计算确定当最大压损为50kPa时对应每台流量计输送流量达到1100m3/h，输送总量可达3300 m3/h，完全可以满足生产需要。

作为现场在线校准标准表使用的高准确度流量计选用万分之五（0.05%）准确度的CMFHC3型质量流量计，主要考虑为：

（1）准确度高、稳定性好，尤其具有更好的小流量精度。

（2）重量相对较轻，方便定期拆卸清洗及溯源检定。

（3）能够满足对当前HC4最大操作流量的比对校准。

（4）可节省项目投资。

另外，为方便日常维护及优化仪表的校准管理，对全部4台流量计均选择了智能仪表在线自校验功能(Smart meter verificationR)。可定期对上述4台质量流量计进行自校验测试，以监视流量传感器校准系数是否发生迁移。

每台流量变送器都配有无线THUM适配器，采用Wireless Hart通讯模式，主要用于现场仪表运行监控及设备管理，同时可作为Modbus数据传输的冗余配置。

5 流量计安装方式

经现场勘察，比较可行的方法是在原有的3台体积流量计安装位置，用3台CMFHC4型质量流量计进行原地替换，各条管线上原有的消气器及过滤器予以保留。质量流量计采用旗式安装。虽然该种安装方式现场工程量相对较大，但可防止流量计测量管内杂质积聚和避免集气等因素的影响。安装示意图见图3,图4。

图3 流量计现场安装图

图4 流量计现场安装示意图

6 系统功能

（1）三路管线共配置3台CMFHC4+2700，流量计上游分别安装压力变送器、下游分别安装一体化温度变送器，可进行动态压力补偿和标准密度换算。

（2）配置1台CMFHC3+2700作为标准表，同时配备温度、压力变送器，通过管线切换，可分别对3台CMFHC4流量计进行在线校准、比对，以确认各台流量计的准确性。

（3）流量计测量数据通过Modbus传送至现有的产品进出厂计量监控及数据采集系统以及计量信息管理系统，可随时随地在互联网上监控流量计的运行情况。

（4）系统采用THUM+1420+AMS的无线HART架构，主要用于现场仪表运行监控及设备管理，同时可作为Modbus数据传输的冗余配置。

7 系统应用情况

广州石化“马—广长输管线原油末站增设质量流量计”项目从2012年9月开始实施，至2013年2月完成中交并投入试运行。该项目投用以前，原用的体积流量计与原油末站罐区检尺数差异较大，主要原因有以下几个方面：（1）计量设施不满足需要。原来使用的刮板式流量计存放及使用时间较长，加上设计的刮板间隙只适用于某一粘度的油种，而广州石化加工的油种变化大且比较频繁，体积式流量计的准确度已远不能满足现阶段精细管理的需求。（2）油罐测温不准确的影响。油罐的油温测量是否准确对于油罐检尺计量影响甚大，对于同一油罐，油温相差1℃可导致质量相差0.08%。我们在数据跟踪比对过程中，发现原油首站8#油罐（油质较差、较重且没有搅拌器）使用的雷达测温比人工测温偏低3.6℃，仅此一罐次就会造成原油计算偏差42吨，这就说明了原油的不均匀会影响测温并存在不确定性。原油末站一直以来都是原油进罐后进行加热和脱水处理，油温的测量点在罐的底部（罐内没有搅拌器），由于底部测温点靠近加热管，因此测得的油温肯定比整罐平均油温高，最终影响原油罐收付量。（3）原油含水的影响。对于较差的原油，例如混合进口油、马林油、奎都油等等，油中的游离水和油中含水是难以准确检测的，由于检测数据不准确容易造成收油量计算偏差。（4）密度测量影响。原油末站油罐收到的原油是多个油种的混合物，经常有三种以上的混合油种，采样代表性很难准确。（5）操作方面的影响。由于在华德公司首站缺少加热脱水的措施，因此末站承担了所有原油的脱水任务。同时由于广州石化现有罐容满足不了生产的需求，一直以来都是采取边进罐边加温边脱水的综合操作，较大地影响了原油进罐的计量准确性，造成罐计量误差较大。

马—广长输管线原油末站增设质量流量计项目投用后，由于CMFHC4质量流量计不受介质温度、密度、粘度以及操作等因素的影响，计量数据的准确性、可靠性得到了极大的提高，采用流量计进行数据交接成为首选方式。

7.1 项目改造前原油末站罐区、体积流量表对比情况

2012年5月份原油末站升级改造项目投用以前，全月体积流量计计算的净油量为1074742.896吨，罐区检尺计算的净油量为1088688.846吨，两者相差-13945.95吨，差率达-1.30%。具体每日对比数据见表2所示。

表2 改造前原油末站罐区、流量表对比情况

7.2 项目改造后原油末站罐区、CMFHC4质量流量计对比情况

2013年5月份安装质量流量计项目完成投用后，新安装的CMFHC4质量流量计与原油末站罐区检尺数差异大大减少。5月份全月质量流量计计算的净油量为413156.000吨，罐区检尺计算的净油量为413246.337吨，两者相差只有-90.337吨，差率为-0.02%。具体每日对比数据见表3所示。

表3 改造后原油末站罐区、流量表对比情况

7.3 CMFHC4流量计在线校准数据情况

为了进一步验证CMFHC4质量流量计及计量系统的准确性和稳定性，我们于2月5日、2月25日和6月3日分别组织仪表维护人员用准确度为万分之五（0.05%）的金表对三台质量流量计进行了在线校准。在工况流量下，1#、2#、3#流量计校准结果平均偏差分别为：-0.04%、-0.08%、0.02%；最大偏差分别为：-0.06%、-0.1%、0.07%。校准数据原始记录（3#流量计）如表4所示。