中化泉州石化码头艾默生质量流量计计量超差故障分析与处理

＊赵立印

（中化泉州石化有限公司 福建 362103）

中化泉州石化码头艾默生质量流量计计量超差故障分析与处理

＊赵立印

（中化泉州石化有限公司 福建 362103）

质量流量计作为一种高精度流体流量测量仪表，在石化行业被广泛应用于产品出厂贸易结算。但由于施工安装不规范或生产操作不当，往往会导致流量计测量介质质量流量精度超差，发挥不出质量流量计的优势。本文简要介绍了中化泉州石化码头艾默生质量流量计计量超差故障分析及处理的过程，同时总结了质量流量计在施工安装和日常使用中的注意事项，从而有利于提高质量流量计的使用效率。

质量流量计；原理；故障；处理方法

1.引言

中化泉州石化外走马埭码头2-4#泊位自投用起始，装船计量用质量流量计一直存在计量超差现象，基本误差在2%-5%，偶尔误差更大，计量结果无法用于贸易结算，只能依靠商检或者罐量计算等手段进行结算。一方面影响装船结算效率，另一方面商检要支付额外的费用。针对此情况，仪表专业与生产管理部计量组成立技术攻关小组，处理解决质量流量计超差问题。本人作为攻关小组仪表负责人全程参与了该项工作，以下对质量流量计的测量原理及超差故障分析处理过程进行说明总结，为大家提供参考。

2.质量流量计工作原理及故障原因分析

(1)质量流量计工作原理

中化泉州石化码头使用的质量流量计品牌为艾默生，其为基于科里奥利力进行流体质量流量测量。如图1所示，使测量管道在一小段圆弧内做反复摆动，即双向振动，测量管在没有流量时为平行振动。有流量时就变成反复扭动，以常见的U形管结构为例（如图1，艾默生质量流量计基本为该类结构），U形管在外力驱动下，以固有振动频率绕固定梁做上下振动，频率约为80Hz左右，振幅接近1mm，当流体流过U形管时，可以认为管内流体一边延管子轴向流动，一边随测量管绕固定梁正反交替“转动”，对管子产生科氏力。

图1 U形管振动时受力

当流体按图示方向流入，U形管绕固定梁向上“转动”时，对管段A来说，质点是由转轴向外流动，质点的切向速度由零逐渐加大，表明流体质点收到了施加的与转动趋势一致的切向力，流体能量增加。其反作用力（科氏力Fc）必与管段转动趋势相反。对管段B来说，流体是从外端流向转轴，质点的切向速度逐渐减小至零，表明流体收到了管子施加的与转动趋势相反的切向力，流体将能量释放给管子，科氏力Fc与管B转动趋势相同。U形管上A、B段方向相反的科氏力使U形管扭转变形，在振动的另外半个周期，U形管向下“转动”，扭曲方向则相反，如图2所示。

图2 U形管受力扭曲（端面图）

随着周期性振动，U形管受到一个方向和大小都随时间变化的扭矩Mc，使测量管绕O-O轴做周期性的扭曲变形，扭转角α与扭矩Mc及刚度K有关，即：

Mc=2Fc·r=4ωLr·Qm=Kα

Qm=·α

所以，被测流体的质量流量Qm与扭转角α成正比。如果U形管振动频率一定，则ω恒定不变，只需在振动中心位置O-O上安装两个光电检测器，测出U形管在振动过程中测量管通过两侧光电传感器的时间差，就能间接确定α，即质量流量Qm。科氏力质量流量计由检测器和转换器两部分组成，检测器用以激励检测元件——测量管的振动，并将测量管的变形转换为电信号输出，检测器内安装两端固定的测量管，测量管中部设置电磁驱动线圈，驱动测量管反复振动，使测量管产生扭曲变形，通过光电或电磁传感器将测量管的变形量（或相位差）转变为电信号。转换器（变送器）把来之传感器的电信号进行变换、放大后输出与质量流量成正比的4-20mA标准电流信号、频率/脉冲信号或数字信号，以显示质量流量。

(2)质量流量计设备检定

根据质量流量计的测量原理，首先对流量计本体的性能和测量情况进行了检查，对流量计进行重新标定。选取了5台CMF400M435NQBAMZZZ到福建腾进科博测控技术有限公司标定。对整个标定过程进行了全程监督跟踪。标定时保证法兰连接加对中，调整流量时主要调整流量计下游的阀门，增加流量计的背压，标定前先用大流量运行一段时间，调零后，再运行2次，确认流量计零点是否发生变化，如果没变化再进行标定。经过以上过程，五台流量计标定基本合格，和出厂时标定数据对比，误差基本在0．3-0．4%，调整流量计的FlowCal，再次标定流量计全部合格达到计量精度要求。以下是其中两台流量计的检定数据：

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

福建 被检表被检表名称 质量流量计 制造厂商 恒动 任号 14368514科博福建被检表型号 DN100 送检单位 恒动 信号方式 脉冲科博称重 被检 被检表 重复流量点 流量 时间 质量 标准质量 表脉 质量 误差 性冲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检定时温=表后 最大Qmin(t/h) 40.00 检定介质 清水 度(℃)温度 误差±% Qmax(t/h) 400.00 介质密度1000.00 检定时压=表前 重复(kg/m3) 力(MPa)压力 检定结果 性(%)被检表精度0.1 大气密度1.21 环境温度25.00 线性等级R% (kg/m3) （℃） 度(%)被检表系数 环境湿度 检定(l/kg) 36.00 仪表系数 0.933 （%RH） 62.00精度R%实验依据 JJG 461-2010电磁流量变送器检定规程 检定结论检定员 审核员 检定日期 2015-有效期至 2016-02-05 02-04

质量流量计称重脉冲检定记录S/N∶ 13061371，原：4356．54．45 现： 4373．94．45质量流量计称重脉冲检定记录

被检表名称 质量流量计 制造厂商 福建恒 被检表13061371动科博 任号被检表型号 DN100 送检单位 福建恒 信号 脉冲动科博 方式流量 时间 称重 标准质量 被检表 被检表 误差 重复性流量点 质量 脉冲 质量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 检定 清水 检定时温=表后 最大误（t/h） 介质 度（℃） 温度 差±% Qmax介质密 检定时=表前 重复性（t/h） 400.00度(kg/1000.00压力 压力 （%）m3)（MPa） 检定被检表 大气密 环境温度 结果 线性度精度等0.1度(kg/1.21 （℃） 25.00 （%）级R%m3)被检表系36.00 仪表0.933 环境湿度62.00 检定精数(l/kg) 系数 （%RH） 度R%实验JJG 461-2010电磁流量变送器检定规程 检定结依据 论检定员 审核员 检定日期 2015-有效2016-02-05期至02-04

经过本次检定结果确定，该送检抽查的5台质量流量计设备本体完好，测量满足流量计出厂时的设计精度，检测值误差偏大原因与流量计设备本体无关，推测是工况或安装引起的计量误差。

(3)工况及安装条件检查

我司在外走马埭码头安装20台CMF400M435NQBAMZZZ质量流量计，主要是计量汽柴油，航空煤油、甲醇、苯类化工物质和LNG等介质的数量。现场设计流量范围：350-50m3/h（LNG为300-50m3/h），设计压力：0．6MPa（LNG 是1．8MPa），2-4#泊位质量流量计工艺参数如下表所示。生产使用后反映问题如下：①流量计测量与商检存在较大误差一般为0．5%-1%，②流量计在装完船后阀门关闭后还有流量漂移，③平时流量计有零位漂移现象。

工艺参数序 位号 安装 介质 公称 最大操 密码(g/流量（最大/号 位置 压力 作压力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

下面是各装船泵的参数和流程：

①苯类化工物质的泵扬程是90m，流量是280m3/h，工艺流程如下图：

②LPG的泵扬程是130m，流量是300m3/h，工艺流程如下图：

③航煤的泵扬程是145m，流量是400m3/h，工艺流程如下图：

码头投用初期工况：码头投用时，经常几个罐切换来装同一艘船，在装船期间使用流量计入口阀门调节流量，流量计出口压力经常在100KPa以下(LNG装船在600KPa以下)，结果造成流量波动大，密度波动大，流量计计量精度远远超差和计量精度不稳定。通过与工艺协商，要求将流量计入口阀门全开，用流量计出口阀门调节装船流量，并且流量计出口压力要保持在200KPa以上（LNG在900KPa以上），装船时一个罐只装一艘船，避免多罐切换装船。工况改善后，观擦一段时间装船的数据，流量和密度都趋于稳定，流量计量误差也控制在在0．36%-0．28%左右。

零点漂移原因检查：现场查看有零飘现象的流量计管道压力是60KPa，密度是736．95kg/m3，温度26．7℃，说明管道处在满管状态，流量计零位值是0．0522υS，也符合出厂要求，但流量显示-7．40334t/h，更换核心处理器PUCK，流量计显示为0．0t/h,，查看核心处理器PUCK接线盒有进水的情况，说明这台流量计PUCK是由于进水受潮造成了损坏，导致流量计在满管的条件下产生一个零位偏移，影响流量计计量误差超差；检查另一台有零飘现象的流量计发现，在核心处理器PUCK完好的情况下，其满管时，流量计Live Zero为60Kg/h，判断为流量计安装应力过大导致，调整安装及消除应力后，利用流量计的自动调零程序在满管状态下调整零点，Live Zero是10kg/h，再次投用后，未再出现零点漂移现象。

安装情况检查及整改：外走马埭码头2-4#泊位质量流量计与5-8#泊位质量流量计施工安装由两家不同的总包单位负责，对比5-8#泊位流量计使用情况较好，我们对2-4#泊位的质量流量计安装情况进行了全面检查，检查发现存在如下问题：①流量计安装法兰与工艺管道法兰对中不严格，存在安装不对中情况，影响计量精度；②流量计安装法兰与工艺管道法兰连接存在应力，影响计量精度；③根据工况，流量计选用的公称通径小于管道公称通径，在进行缩颈时，采取的是在流量计出入口法兰处进行的缩颈，且使用的为偏心缩颈，同时流量计出口在缩颈后连接有3个90°弯头且不在同一平面上，流体在流量计出口形成气泡或者气旋，导致计量误差。针对以上问题，我们重新调整了法兰对中并消除了法兰应力，对流量计入口及出口的工艺管线进行了更换，提前了入口及推后了出口的变径位置，即在流量计出入口保留了一段同径工艺管线，变径使用了同心变径，改造前后的对比图如下：

改造前：

改造后：

通过对设备本体的检定、工艺操作的优化及安装条件的改善，泉州石化外走马埭码头2-4#泊位质量流量计的计量精度大大提高，符合流量计出厂标准，满足贸易计量精度，减少了贸易纠纷，节省了商检费用。

3.总结

质量流量计作为一种昂贵且高精度的流量测量仪表，在施工安装和日常使用中，应该注意以下问题：

(1)施工安装时，应确保工艺管道法兰和质量流量计安装法兰对中准确且螺栓紧固后流量计不受管道应力作用，检测器不可安装在膨胀节附近，安装垫片应选择合适尺寸，任何垫片不能有伸入流量计的情况，避免流量计发生零点漂移，影响测量精度；

(2)质量流量计安装方向应与介质流动方向一致，测量液体介质时，测量管应朝下安装，有利于气泡排出避免集气，测量气体介质时，测量管应朝上安装，有利于凝液排出避免积液，测量高粘度介质或者喷射型介质时，应采用旗式安装，以保证介质满管；

(3)质量流量计安装配管时，应保证质量流量计的入口和出口分别有一段与质量流量计同径的直管段，入口直管段应达到20D以上，出口直管段应达到10D以上，不能在出入口法兰处进行变径；

(4)质量流量计的安装位置附近应远离振动源及强磁场（如电动机、机泵等），两边的管道应有支座固定，质量流量计的测量管部分不可使用支撑物固定；

(5)质量流量计的供电电源应使用专业仪表电源，使用UPS隔离冗余电源，建议使用220VAC供电，按国家规范要求做好相关接地和接线，避免由于电源的不好和接地不好损坏流量计的电子部件；

(6)日常使用过程中，应保证测量介质在测量管段中处于满管状态，必要时应在上游安装过滤器，避免杂质堵塞测量管；质量流量计应定期进行测量管清洗，避免测量管内壁有沉积物或结垢导致测量误差大；

(7)质量流量计应定期进行鉴定，完成最初安装或改变安装状态后，应在现场重新调零，调零必须在接近工作温度的条件下进行，保证测量管完全充满被测介质；日常使用时，应经常巡检查看流量计运行状态，发现流量计报警应及时处理或停用维修。

[1]孟凡芹,赵鹏程．《油库仪表与自动化》．中国石化出版社, 2008．

[2]孙庆玉,范文中．《测量仪表》．中国石化出版社,2009．

[3]王树青,乐嘉谦．《自动化与仪表工程师手册》,化学工业出版社,2010．

赵立印（1982～），男，中化泉州石化有限公司，研究方向：储运装置仪表设备管理。

(责任编辑高镇峰）

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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