中化泉州石化碼頭艾默生質量流量計計量超差故障分析與處理

＊趙立印

（中化泉州石化有限公司 福建 362103）

中化泉州石化碼頭艾默生質量流量計計量超差故障分析與處理

＊趙立印

（中化泉州石化有限公司 福建 362103）

質量流量計作為一種高精度流體流量測量儀表，在石化行業被廣泛應用于產品出廠貿易結算。但由于施工安裝不規范或生產操作不當，往往會導致流量計測量介質質量流量精度超差，發揮不出質量流量計的優勢。本文簡要介紹了中化泉州石化碼頭艾默生質量流量計計量超差故障分析及處理的過程，同時總結了質量流量計在施工安裝和日常使用中的注意事項，從而有利于提高質量流量計的使用效率。

質量流量計；原理；故障；處理方法

1.引言

中化泉州石化外走馬埭碼頭2-4#泊位自投用起始，裝船計量用質量流量計一直存在計量超差現象，基本誤差在2%-5%，偶爾誤差更大，計量結果無法用于貿易結算，只能依靠商檢或者罐量計算等手段進行結算。一方面影響裝船結算效率，另一方面商檢要支付額外的費用。針對此情況，儀表專業與生產管理部計量組成立技術攻關小組，處理解決質量流量計超差問題。本人作為攻關小組儀表負責人全程參與了該項工作，以下對質量流量計的測量原理及超差故障分析處理過程進行說明總結，為大家提供參考。

2.質量流量計工作原理及故障原因分析

(1)質量流量計工作原理

中化泉州石化碼頭使用的質量流量計品牌為艾默生，其為基于科里奧利力進行流體質量流量測量。如圖1所示，使測量管道在一小段圓弧內做反復擺動，即雙向振動，測量管在沒有流量時為平行振動。有流量時就變成反復扭動，以常見的U形管結構為例（如圖1，艾默生質量流量計基本為該類結構），U形管在外力驅動下，以固有振動頻率繞固定梁做上下振動，頻率約為80Hz左右，振幅接近1mm，當流體流過U形管時，可以認為管內流體一邊延管子軸向流動，一邊隨測量管繞固定梁正反交替“轉動”，對管子產生科氏力。

圖1 U形管振動時受力

當流體按圖示方向流入，U形管繞固定梁向上“轉動”時，對管段A來說，質點是由轉軸向外流動，質點的切向速度由零逐漸加大，表明流體質點收到了施加的與轉動趨勢一致的切向力，流體能量增加。其反作用力（科氏力Fc）必與管段轉動趨勢相反。對管段B來說，流體是從外端流向轉軸，質點的切向速度逐漸減小至零，表明流體收到了管子施加的與轉動趨勢相反的切向力，流體將能量釋放給管子，科氏力Fc與管B轉動趨勢相同。U形管上A、B段方向相反的科氏力使U形管扭轉變形，在振動的另外半個周期，U形管向下“轉動”，扭曲方向則相反，如圖2所示。

圖2 U形管受力扭曲（端面圖）

隨著周期性振動，U形管受到一個方向和大小都隨時間變化的扭矩Mc，使測量管繞O-O軸做周期性的扭曲變形，扭轉角α與扭矩Mc及剛度K有關，即：

Mc=2Fc·r=4ωLr·Qm=Kα

Qm=·α

所以，被測流體的質量流量Qm與扭轉角α成正比。如果U形管振動頻率一定，則ω恒定不變，只需在振動中心位置O-O上安裝兩個光電檢測器，測出U形管在振動過程中測量管通過兩側光電傳感器的時間差，就能間接確定α，即質量流量Qm。科氏力質量流量計由檢測器和轉換器兩部分組成，檢測器用以激勵檢測元件——測量管的振動，并將測量管的變形轉換為電信號輸出，檢測器內安裝兩端固定的測量管，測量管中部設置電磁驅動線圈，驅動測量管反復振動，使測量管產生扭曲變形，通過光電或電磁傳感器將測量管的變形量（或相位差）轉變為電信號。轉換器（變送器）把來之傳感器的電信號進行變換、放大后輸出與質量流量成正比的4-20mA標準電流信號、頻率/脈沖信號或數字信號，以顯示質量流量。

(2)質量流量計設備檢定

根據質量流量計的測量原理，首先對流量計本體的性能和測量情況進行了檢查，對流量計進行重新標定。選取了5臺CMF400M435NQBAMZZZ到福建騰進科博測控技術有限公司標定。對整個標定過程進行了全程監督跟蹤。標定時保證法蘭連接加對中，調整流量時主要調整流量計下游的閥門，增加流量計的背壓，標定前先用大流量運行一段時間，調零后，再運行2次，確認流量計零點是否發生變化，如果沒變化再進行標定。經過以上過程，五臺流量計標定基本合格，和出廠時標定數據對比，誤差基本在0．3-0．4%，調整流量計的FlowCal，再次標定流量計全部合格達到計量精度要求。以下是其中兩臺流量計的檢定數據：

s/n∶ 14368514，原：4322．54．19 現：4336．34．19

福建 被檢表被檢表名稱 質量流量計 制造廠商 恒動 任號 14368514科博福建被檢表型號 DN100 送檢單位 恒動 信號方式 脈沖科博稱重 被檢 被檢表 重復流量點 流量 時間 質量 標準質量 表脈 質量 誤差 性沖m^3/h ms kg kg N kg % % 52.9349 59876.3 879.5 880.4289 31715 880.972 0.062 Qmin 52.9184 59690.6 876.5 877.4257 31593 877.583 0.0180.023 52.9124 59220.6 869.5 870.4183 31344 870.667 0.029 110.9977 49545.2 1526.00 1527.6117 54975 1527.083 -0.035 25%Qmax 115.0275 49438.6 1578.00 1579.6666 56871 1579.750 0.0050.030 115.3608 49389.5 1581.00 1582.6698 56989 1583.028 0.023 206.0704 29144.1 1666.50 1668.2601 59989 1666.361 -0.114 50%Qmax 206.0331 29420.5 1682.00 1683.7765 60542 1681.722 -0.1220.013 205.9736 29595.2 1691.50 1693.2865 60873 1690.917 -0.140 298.1907 24026.1 1988.00 1990.0996 71535 1987.083 -0.152 75%Qmax 298.1937 24781.2 2050.50 2052.6655 73756 2048.778 -0.1890.039 298.1704 24456.8 2023.50 2025.6371 72755 2020.972 -0.230檢定時溫=表后 最大Qmin(t/h) 40.00 檢定介質 清水 度(℃)溫度 誤差±% Qmax(t/h) 400.00 介質密度1000.00 檢定時壓=表前 重復(kg/m3) 力(MPa)壓力 檢定結果 性(%)被檢表精度0.1 大氣密度1.21 環境溫度25.00 線性等級R% (kg/m3) （℃） 度(%)被檢表系數 環境濕度 檢定(l/kg) 36.00 儀表系數 0.933 （%RH） 62.00精度R%實驗依據 JJG 461-2010電磁流量變送器檢定規程 檢定結論檢定員 審核員 檢定日期 2015-有效期至 2016-02-05 02-04

質量流量計稱重脈沖檢定記錄S/N∶ 13061371，原：4356．54．45 現： 4373．94．45質量流量計稱重脈沖檢定記錄

被檢表名稱 質量流量計 制造廠商 福建恒 被檢表13061371動科博 任號被檢表型號 DN100 送檢單位 福建恒 信號 脈沖動科博 方式流量 時間 稱重 標準質量 被檢表 被檢表 誤差 重復性流量點 質量 脈沖 質量m^3/h ms kg kg N kg % % 52.0987 59938.1 866.50 867.4152 31310 869.772 0.266 Qmin 51.1445 59189.0 840.00 840.8871 30352 843.111 0.2640.023 50.1945 59483.6 828.50 829.3750 29925 831.250 0.226 109.6170 49626.8 1509.50 1511.0942 54457 1512.694 0.106 25%107.8331 49512.0 1481.50 1483.0647 53441 1484.472 0.0950.006 Qmax 107.7983 49344.1 1476.00 1477.5588 53246 1479.056 0.101 207.8766 30026.4 1732.00 1733.8292 62395 1733.194 -0.037 50%207.8460 29779.4 1717.50 1719.3140 61860 1718.333 -0.0570.048 Qmax 204.7518 29499.0 1676.00 1677.7701 60421 1678.361 0.035 300.3911 25061.8 2089.00 2091.2063 75201 2088.917 -0.109 75%300.5201 24373.5 2032.50 2034.6466 73131 2031.417 -0.1590.057 Qmax 300.4650 24527.9 2045.00 2047.1598 73664 2046.222 -0.046 Qmin40.00 檢定 清水 檢定時溫=表后 最大誤（t/h） 介質 度（℃） 溫度 差±% Qmax介質密 檢定時=表前 重復性（t/h） 400.00度(kg/1000.00壓力 壓力 （%）m3)（MPa） 檢定被檢表 大氣密 環境溫度 結果 線性度精度等0.1度(kg/1.21 （℃） 25.00 （%）級R%m3)被檢表系36.00 儀表0.933 環境濕度62.00 檢定精數(l/kg) 系數 （%RH） 度R%實驗JJG 461-2010電磁流量變送器檢定規程 檢定結依據 論檢定員 審核員 檢定日期 2015-有效2016-02-05期至02-04

經過本次檢定結果確定，該送檢抽查的5臺質量流量計設備本體完好，測量滿足流量計出廠時的設計精度，檢測值誤差偏大原因與流量計設備本體無關，推測是工況或安裝引起的計量誤差。

(3)工況及安裝條件檢查

我司在外走馬埭碼頭安裝20臺CMF400M435NQBAMZZZ質量流量計，主要是計量汽柴油，航空煤油、甲醇、苯類化工物質和LNG等介質的數量。現場設計流量范圍：350-50m3/h（LNG為300-50m3/h），設計壓力：0．6MPa（LNG 是1．8MPa），2-4#泊位質量流量計工藝參數如下表所示。生產使用后反映問題如下：①流量計測量與商檢存在較大誤差一般為0．5%-1%，②流量計在裝完船后閥門關閉后還有流量漂移，③平時流量計有零位漂移現象。

工藝參數序 位號 安裝 介質 公稱 最大操 密碼(g/流量（最大/號 位置 壓力 作壓力cm3)最小）0312-200-DO-0.83-1FQIT-02-2B-N 柴油 2.0MPa 0.6MPa 0.86 350/50(m3/h) 201

200-GO97-0312-02-2B-N0.74-2FQIT-200-GO93-汽油 2.0MPa 0.6MPa 0.76 350/50(m3/h) 20202-2B-N并管后0312-200-JF-02-0.78-3FQIT-2B-N 航煤 2.0MPa 0.6MPa 0.79 350/50(m3/h) 203 0312-200-DO-0.83-4FQIT-01-2B-N 柴油 2.0MPa 0.6MPa 0.86 350/50(m3/h) 301 200-GO97-0312-01-2B-N0.74-5FQIT-200-GO93-汽油 2.0MPa 0.6MPa 0.76 350/50(m3/h) 30201-2B-N并管后0312-200-JF-01-0.78-6FQIT-2B-N 航煤 2.0MPa 0.6MPa 0.79 350/50(m3/h) 303 0312-200-ML-7FQIT-01-2B-N 甲醇 2.0MPa 0.8MPa 0.792 350/50(m3/h) 401 0312-200-BE-8FQIT-01-5B-ET 苯 5.0MPa 0.6MPa 0.879 350/50(m3/h) 402 0312-200-TO-9FQIT-01-2B-N 甲苯 2.0MPa 0.6MPa 0.867 350/50(m3/h) 403 0312-200-XY-混合0.86-10FQIT-01-2B-N二甲2.0MPa 0.6MPa 0.88 350/50(m3/h) 404苯0312-200-LPG-LPG(0.54-11FQIT-01-5B-N液) 5.0MPa 1.8MPa 0.58 350/50(m3/h) 405

下面是各裝船泵的參數和流程：

①苯類化工物質的泵揚程是90m，流量是280m3/h，工藝流程如下圖：

②LPG的泵揚程是130m，流量是300m3/h，工藝流程如下圖：

③航煤的泵揚程是145m，流量是400m3/h，工藝流程如下圖：

碼頭投用初期工況：碼頭投用時，經常幾個罐切換來裝同一艘船，在裝船期間使用流量計入口閥門調節流量，流量計出口壓力經常在100KPa以下(LNG裝船在600KPa以下)，結果造成流量波動大，密度波動大，流量計計量精度遠遠超差和計量精度不穩定。通過與工藝協商，要求將流量計入口閥門全開，用流量計出口閥門調節裝船流量，并且流量計出口壓力要保持在200KPa以上（LNG在900KPa以上），裝船時一個罐只裝一艘船，避免多罐切換裝船。工況改善后，觀擦一段時間裝船的數據，流量和密度都趨于穩定，流量計量誤差也控制在在0．36%-0．28%左右。

零點漂移原因檢查：現場查看有零飄現象的流量計管道壓力是60KPa，密度是736．95kg/m3，溫度26．7℃，說明管道處在滿管狀態，流量計零位值是0．0522υS，也符合出廠要求，但流量顯示-7．40334t/h，更換核心處理器PUCK，流量計顯示為0．0t/h,，查看核心處理器PUCK接線盒有進水的情況，說明這臺流量計PUCK是由于進水受潮造成了損壞，導致流量計在滿管的條件下產生一個零位偏移，影響流量計計量誤差超差；檢查另一臺有零飄現象的流量計發現，在核心處理器PUCK完好的情況下，其滿管時，流量計Live Zero為60Kg/h，判斷為流量計安裝應力過大導致，調整安裝及消除應力后，利用流量計的自動調零程序在滿管狀態下調整零點，Live Zero是10kg/h，再次投用后，未再出現零點漂移現象。

安裝情況檢查及整改：外走馬埭碼頭2-4#泊位質量流量計與5-8#泊位質量流量計施工安裝由兩家不同的總包單位負責，對比5-8#泊位流量計使用情況較好，我們對2-4#泊位的質量流量計安裝情況進行了全面檢查，檢查發現存在如下問題：①流量計安裝法蘭與工藝管道法蘭對中不嚴格，存在安裝不對中情況，影響計量精度；②流量計安裝法蘭與工藝管道法蘭連接存在應力，影響計量精度；③根據工況，流量計選用的公稱通徑小于管道公稱通徑，在進行縮頸時，采取的是在流量計出入口法蘭處進行的縮頸，且使用的為偏心縮頸，同時流量計出口在縮頸后連接有3個90°彎頭且不在同一平面上，流體在流量計出口形成氣泡或者氣旋，導致計量誤差。針對以上問題，我們重新調整了法蘭對中并消除了法蘭應力，對流量計入口及出口的工藝管線進行了更換，提前了入口及推后了出口的變徑位置，即在流量計出入口保留了一段同徑工藝管線，變徑使用了同心變徑，改造前后的對比圖如下：

改造前：

改造后：

通過對設備本體的檢定、工藝操作的優化及安裝條件的改善，泉州石化外走馬埭碼頭2-4#泊位質量流量計的計量精度大大提高，符合流量計出廠標準，滿足貿易計量精度，減少了貿易糾紛，節省了商檢費用。

3.總結

質量流量計作為一種昂貴且高精度的流量測量儀表，在施工安裝和日常使用中，應該注意以下問題：

(1)施工安裝時，應確保工藝管道法蘭和質量流量計安裝法蘭對中準確且螺栓緊固后流量計不受管道應力作用，檢測器不可安裝在膨脹節附近，安裝墊片應選擇合適尺寸，任何墊片不能有伸入流量計的情況，避免流量計發生零點漂移，影響測量精度；

(2)質量流量計安裝方向應與介質流動方向一致，測量液體介質時，測量管應朝下安裝，有利于氣泡排出避免集氣，測量氣體介質時，測量管應朝上安裝，有利于凝液排出避免積液，測量高粘度介質或者噴射型介質時，應采用旗式安裝，以保證介質滿管；

(3)質量流量計安裝配管時，應保證質量流量計的入口和出口分別有一段與質量流量計同徑的直管段，入口直管段應達到20D以上，出口直管段應達到10D以上，不能在出入口法蘭處進行變徑；

(4)質量流量計的安裝位置附近應遠離振動源及強磁場（如電動機、機泵等），兩邊的管道應有支座固定，質量流量計的測量管部分不可使用支撐物固定；

(5)質量流量計的供電電源應使用專業儀表電源，使用UPS隔離冗余電源，建議使用220VAC供電，按國家規范要求做好相關接地和接線，避免由于電源的不好和接地不好損壞流量計的電子部件；

(6)日常使用過程中，應保證測量介質在測量管段中處于滿管狀態，必要時應在上游安裝過濾器，避免雜質堵塞測量管；質量流量計應定期進行測量管清洗，避免測量管內壁有沉積物或結垢導致測量誤差大；

(7)質量流量計應定期進行鑒定，完成最初安裝或改變安裝狀態后，應在現場重新調零，調零必須在接近工作溫度的條件下進行，保證測量管完全充滿被測介質；日常使用時，應經常巡檢查看流量計運行狀態，發現流量計報警應及時處理或停用維修。

[1]孟凡芹,趙鵬程．《油庫儀表與自動化》．中國石化出版社, 2008．

[2]孫慶玉,范文中．《測量儀表》．中國石化出版社,2009．

[3]王樹青,樂嘉謙．《自動化與儀表工程師手冊》,化學工業出版社,2010．

趙立印（1982～），男，中化泉州石化有限公司，研究方向：儲運裝置儀表設備管理。

(責任編輯高鎮峰）

Malfunction Analysis and Processing of Emerson Mass Flowmeter Measurement of Sinochem Quanzhou Petrochemical Wharf

Zhao Liyin
（Sinochem Quanzhou Petrochemical co., LTD, Fujian, 362103）

Mass flowmeter, as a kind of high precision of measuring instrument, is widely used in the products trade settlement of petrochemical industry. But due to nonstandard construction installation or improper production operation, it often leads to super bad flow precision of flowmeter measuring medium quality and it cannot play the advantage of mass flowmeter. This paper briefly introduces the process of the malfunction analysis and processing of Emerson mass flowmeter measurement of Sinochem Quanzhou Petrochemical wharf, meanwhile, it summarizes the matters needing attention of mass flowmatter in the construction installation and daily use, which is helpful to improve the use efficiency of mass flowmeter.

mass flowmeter；theory；malfunction；processing method

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