艾默生质量流量计零点影响分析

苏豪育

中国石油天然气股份有限公司管道分公司 （甘肃 庆阳745000）

艾默生质量流量计以其精度高、质量直接测量、阻力部件少、维护量小等诸多优点被广泛应用于石油石化、管道、冶炼、医药等行业。但由于其制造工艺复杂、组态参数复杂，在使用过程中往往不能达到其应有的精度，甚至与真值相差甚远。针对零点对质量流量计的影响进行分析，较好地解决了现场使用中的问题。

1 质量流量计工作原理

在科里奥利力的作用下，流体在两根测量管内随测量管振动的同时，在测量管的两臂产生两对力的大小相等、作用相反、垂直于测量管的作用力，使两根测量管同时发生形变。固定于两根测量管两臂上的一对检测线圈，所产生的正弦波形的感应电动势在测量管形变的作用下，出现正比于测量管形变大小的相位差[1]。根据F=ma,通过检测相位差的大小，推导出质量流量的大小。质量流量计算公式为:

Qm=Flow.Cal×(Δt-Kzero)×(1-TC×TDegC)×(1-PC×Pe)

式中：Qm为质量流量，g/s；Flow.Cal为质量流量计流量标定常数，表示每产生1μs相位差所对应的质量流量，g/s2；Δt为相位差，s；Kzero为传感器无流量时的相位差，s；TC为质量流量计温度标定常数，表示温度变化100℃时由于流量管刚性变化而引起的流量百分比误差，℃-1；TDegC为测量管管壁的温度，℃；PC为质量流量计针对压力补偿值对质量流量的修正系数，表示每psi的介质压力对流量管刚性变化，引起的流量百分比误差，psi-1；Pe为测量管内的介质压力,psi（1psi=0.006 89 MPa）。

由其计算公式可见质量流量计的优点：

1）直接测量质量流量。其他的流量计，比如速度式流量计、容积式流量计所得的质量，是由测量的体积和密度计算而得。由于环节多，容易出现人工误差，质量流量测量精度影响因素多，控制难度大。

2）温度、压力对流量计的影响小。从工作原理上看，温度和介质压力对质量流量计测量结果无关[2]。尽管如此，艾默生厂家也考虑到测量管温度和介质压力变化会引起振动管刚性的变化。从质量流量计结果计算公式可以看出，质量流量计已对测量管温度和介质压力进行了精细修正，以补偿由于测量管温度和介质压力引起测量管刚性变化带来的测量误差。所以，质量流量计已将温度、压力对流量计的影响降低到很小。

2 零点的产生、意义及调整

2.1 零点的产生原因

通过质量流量计的测量原理可以看出，当测量管内的液体静止时，U型管两侧的相位差理论上应该为零。但由于测量元件无法达到理想状态的原因，加上安装应力、现场振动、电磁干扰等外界因素，即使测量管内的液体是静止状态，相位差也不会绝对归零，而且无法直接将相位差置零[3]。因此，引入了零点、活零点、调零等参数和方法，以消除零点漂移对质量流量计的影响，使质量流量计更能适应环境变化引起的误差，最大限度地减小除温度、压力外其他内外部因素的影响。

2.2 质量流量计零点的意义

质量流量计的零点，是指当测量管内充满液体流量为零时，检测到的相位差的平均值。零点与相位差都是时间参数，单位一般为μs。活零点是指测量到的瞬时质量流量，是一个动态的量，也称动态零点，通常在一定范围内周期性变化。零点与活零点完全不同，两者在检定过程中有重要的意义。

要想获取零点、活零点，必须满足3个条件：一是要确保流量计内的液体是完全充满的，不能含气，也不能积杂，简称“满管”；二是流量计内的液体必须是静止状态，即流量为零，简称“静止”；三是流量计内的液体温度应趋于稳定，简称“等温”。在现场实际操作时应首先运行一段时间，然后缓慢关闭流量计出口阀门，最后关闭进口阔门，观察流量计的压力和温度趋于稳定，通常等待5 min后开始查看零点、活零点数值。

2.3 零点调整方法

质量流量计共有3种调零路径：面板调零、利用HART手操器调零和利用Prolink软件调零；2种调零的方法：自动调零和人工植入新零点调零，人工植入新零点调零的方法通常只能通过Prolink软件实现。利用Prolink软件调零，可以直观地看到各种参数（图1），功能最为全面，缺点是需要通过计算机连接流量变送器，需要符合现场安全规定方可进行。

图1 Prolink软件调零界面

人工植入新零点调零可以强制干预误差曲线。理论零点计算公式如下：新零点=旧零点-流量点×106×（当前MF系数-预期MF系数）/（3 600×Flow.Cal）。公式中：零点单位为μs，流量点单位为t/h。

人工植入新零点调零只适合于误差曲线与正常偏离不大的情况，如果出现误差曲线异常，应及时查找找到引起曲线异常的真正原因。

3 零点的影响和实际应用

由于零点直接影响质量流量的计算过程，从而影响计量精度，所以贸易计量交接的质量流量计，不能在日常使用期间私自调零。调零一般只能在检定期间进行，而且调零在前，检定在后。另外，因争议而需要复检质量流量计，切记不能复检之前调零，调零后数据将不能追溯。

3.1 零点对质量流量计的影响

以某计量站CMF400型质量流量计为例，编号为0531质量流量计，在2015年4月24日检定调零前后的MF变化为例说明。检定方式为双向固定式体积管检定质量流量计，检定介质为93#组分汽油，调零前后MF系数见表1。

由表1可以看出，该台质量流量计经过调零后，零点的绝对值变大，但MF系数更趋近1.000 0；活零点的变化范围也变得更小，使质量流量计数据更优。所以，在检定前的调零过程中，重点关注的应是活零点。质量流量计调零能有效减低零点漂移引起的线性误差，使质量流量计数值更加精准。反之，质量流量计如果不进行及时有效的调零，就会任由误差曲线变差，质量流量计偏离正常的准确度，引起计量纠纷。

3.2 零点与日常维护

由以上分析可知，质量流量计调零可以使流量计运行更加稳定，准确度更优。对于贸易计量交接的质量流量计，只在检定期间交接方认可的情况下进行调零[4]。因为一般情况计量交接协议会规定：在本次检定结束之后、下次检定之前，是不能调整流量计任何参数的，尤其调零或修改Flow.Cal系数，为了防止某一方私自调零或者改变其他计量参数，还要打铅封。因此建议不用于贸易计量交接的质量流量计每季度进行调零为宜。

3.3 零点与检定

由于零点会对质量流量计的曲线产生影响，所以可以通过零点来改变流量计的误差曲线。当质量流量计受到安装应力、流量计本体、介质、周边环境等各种复杂因素影响后，自动调零有时难以满足实际计量交接需求，这时可以通过人工植入新零点的方式对误差进行干预，以满足计量交接的要求。

另外，质量流量计检定规程JJG 1038—2008《科里奥利质量流量计》，明确规定零点稳定度与最小流量之比应小于相应准确度等级允许误差绝对值的一半，规程中提到零点稳定度即活零点，所以检定过程应注意活零点的变化范围应符合标准[5]。SY/T 6682—2007《用科里奥利流量计测量液态烃流量》中明确规定，流量计重新调零后需要检定。

4 结束语

随着我国成品油长输管道里程数越来越多，更多的质量流量计将应用到各个计量交接站点，质量流量计的日常维护也变得日益重要。随着自动化通信技术的飞速发展，建议将质量流量计零点、活零点、报警信息等参数实时上传至远程诊断系统，并存入历史数据库，对关键数据进行实时监控。一旦发现活零点超限、误差曲线变差等情况，及时组织进行自检、调零、复检或检定等作业，及时解决问题，使流量计数据、误差曲线变差的情况迅速得到纠正，以确保质量流量计的计量准确度，维护贸易交接的公平公正性，保证相关方的经济利益。