摘要:為提高船舶交接成品油工作質(zhì)量，應(yīng)用質(zhì)量流量計(jì)進(jìn)行成品油船舶交接的方法，闡述質(zhì)量流量計(jì)技術(shù)原理，結(jié)合實(shí)際案例分析交接測(cè)量中常見問題，說明質(zhì)量流量計(jì)應(yīng)用系統(tǒng)優(yōu)化方法，觀察應(yīng)用效果。提出為促進(jìn)精準(zhǔn)交接，應(yīng)從工藝流程、硬件設(shè)備和測(cè)量技術(shù)著手，進(jìn)行全方位優(yōu)化，可顯著優(yōu)化測(cè)量精度。
0引言
當(dāng)前質(zhì)量流量計(jì)多采用科里奧利力質(zhì)量流量計(jì)，以科里奧利力效應(yīng)為基礎(chǔ)進(jìn)行油晶交接質(zhì)量測(cè)量，通常情況下此種測(cè)量精度較高，油晶密度、溫度對(duì)測(cè)量結(jié)果無顯著影響。水介質(zhì)測(cè)量時(shí)采用此設(shè)備可達(dá)到0.1%精度，不確定度為0.5%。但在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，工藝流程、操作技術(shù)以及系統(tǒng)設(shè)計(jì)等因素可能影響最終測(cè)量結(jié)果，加大測(cè)量誤差。
1質(zhì)量流量計(jì)應(yīng)用技術(shù)原理
質(zhì)量流量計(jì)在計(jì)量油品質(zhì)量方面通常應(yīng)用于航運(yùn)船舶中，通過安裝該器具可對(duì)燃油接收量、船舶耗油情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)核實(shí)，保證公平交易，維護(hù)成品油市場(chǎng)秩序。質(zhì)量流量計(jì)使用范圍較小，但是具有顯著的應(yīng)用價(jià)值。質(zhì)量流量計(jì)在實(shí)際計(jì)量中可進(jìn)行直接或間接計(jì)量，其中直接.質(zhì)量流量計(jì)主要通過復(fù)合離心力參數(shù)測(cè)量、動(dòng)量參數(shù)測(cè):量等得出質(zhì)量流量數(shù)據(jù)。間接質(zhì)量流量計(jì)首先測(cè)定體積流量、流體密度，通過公式計(jì)算得出質(zhì)量流量。體積流量描述為q，流體密度描述為p，質(zhì)量流量描述為qm，計(jì)算方法為:
qm=qv×ρ
質(zhì)量流量計(jì)的基礎(chǔ)運(yùn)作原理為。成品油在振動(dòng)管中流動(dòng)產(chǎn)生復(fù)合離心力，該作用力與質(zhì)量流量成正比。在此作用過程中，復(fù)合離心力描述為Fc,成品油質(zhì)量描述為m，成晶油流動(dòng)中矢量速度描述為V,旋轉(zhuǎn)體系矢量角速度描述為ɷ，兩個(gè)向量的向量積描述為x，則復(fù)合離心力公式為：
F:=2mVxw
當(dāng)前常用質(zhì)量流量計(jì)為U形質(zhì)量流量計(jì)。在.該器具使用時(shí)，電磁對(duì)測(cè)量管產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)作用，振動(dòng)保持固有頻率，流體流向、振動(dòng)方向呈垂直狀態(tài)，在此種情況下流體產(chǎn)生復(fù)合離心力(即Fc)。成品.油在U形管中流動(dòng)時(shí)，向相反方向流進(jìn)、流出，流體復(fù)合離心力(Fc)也因此相反。受到相反復(fù)合離心力(F)影響，導(dǎo)致測(cè)量管發(fā)生扭曲，扭曲程.度越嚴(yán)重，流體質(zhì)量流量(即qm)越大(圖1)。
U形管空管狀態(tài)下，振動(dòng)管未受力扭曲，此時(shí)振動(dòng)管兩側(cè)應(yīng)具有相同相位電磁信號(hào)強(qiáng)度。流體通過U形管時(shí)，振動(dòng)管中發(fā)生扭曲力矩，導(dǎo)致管側(cè)呈現(xiàn)不同相位。使用變送器進(jìn)行兩側(cè)信號(hào)延遲檢測(cè)，獲取延遲時(shí)差，再用該數(shù)據(jù)與流量標(biāo)定因數(shù)相乘，可計(jì)算出質(zhì)量流量(qm)。按照該器具運(yùn)行原理，質(zhì)量流量(qm)與相位差(即扭曲程度)呈正相關(guān)。
2案例分析
2.1當(dāng)前主要問題
A石化油廠運(yùn)營(yíng)中，采用16km以.上長(zhǎng)輸管線輸送成品油至公司油庫，然后向碼頭輸送轉(zhuǎn)運(yùn)，成品油在碼頭裝船出廠。上述三個(gè)運(yùn)輸節(jié)點(diǎn)均設(shè)置高精度質(zhì)量流量計(jì)。起點(diǎn)(即油廠，設(shè)為A點(diǎn))、碼頭(設(shè)為C點(diǎn))均采用CMFHC2/2700R設(shè)備，油庫(設(shè)為B點(diǎn))采用CMF400/1700設(shè)備和配套數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)。油庫系統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用后，流量計(jì)運(yùn)行中常見監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)異常，實(shí)際船檢尺量和檢測(cè)計(jì)量數(shù)據(jù)存在顯著差異，受此影響，輸出柴油或汽油等成品油時(shí)必須進(jìn)行船舶計(jì)量檢測(cè)，具有嚴(yán)重計(jì)量風(fēng)險(xiǎn)。
2.2計(jì)量誤差分析
為促進(jìn)精準(zhǔn)計(jì)量，必須檢查工藝流程，確定質(zhì)量流量計(jì)參數(shù)。.上述節(jié)點(diǎn)溫度參數(shù)、密度參數(shù)差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,3臺(tái)設(shè)備運(yùn)行流量相近,約為185t/h。其中A點(diǎn)流量計(jì)運(yùn)行壓力為2.45MPa，標(biāo)定壓力設(shè)置為0.2MPa，無壓力補(bǔ)償參與。B點(diǎn)前端壓力為0.22MPa，后端壓力為0.05MPa。C點(diǎn)運(yùn)行壓力可視為0。過程壓力影響復(fù)合離心力(Fc)檢測(cè)精度，一旦過程壓力與標(biāo)定壓力不一致，將導(dǎo)致傳感器密度敏感度、流量異常，流體過程壓力偏高較易造成測(cè)量振動(dòng)管緊繃，嚴(yán)重時(shí)嚴(yán)重影響質(zhì)量流量(qm)數(shù)據(jù)精度和可靠性。
在系統(tǒng)運(yùn)行中，A、B、C三點(diǎn)均發(fā)生A102報(bào)警，該代碼顯示流量計(jì)測(cè)量管未滿管，管中存在空氣。經(jīng)過故障排查分析認(rèn)為，未執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)裝卸工藝操作是該故障主要誘因。在成品油裝船后，工作人員關(guān)閉A、B、C三臺(tái)計(jì)量設(shè)備前后手閥與裝船泵與付油罐根部閥門，切斷輸油管道。采用長(zhǎng)輸油管線，管線沿途具有復(fù)雜地形。成品油在管道中輸送時(shí)溫度不穩(wěn)定，有時(shí)發(fā)生油品膨脹，此種膨脹難以釋放。輸油管道為密閉環(huán)境，油品膨脹后形成高壓，造成安全隱患。環(huán)境溫度升高可能引起A、B、C三段油溫上升，引起油品膨脹，受到高壓影響經(jīng)由閥門向流量計(jì)兩端滲透，油品降溫后、體積下降后，部分滲出油品難以回歸流量計(jì)管線，造成檢測(cè)設(shè)備不滿管故障。B點(diǎn)檢測(cè)設(shè)備表后壓力僅為0.05MPa,前后壓差為0.17MPa,此種壓差造成“B-C”段管線持續(xù)低壓運(yùn)行，C點(diǎn)檢測(cè)設(shè)備前后壓力基本為0，造成油晶汽化或吸入末端空氣，造成檢測(cè)設(shè)備運(yùn)行異常，影響檢測(cè)結(jié)果。
2.3系統(tǒng)改造成效
系統(tǒng)優(yōu)化前，船檢量、流量計(jì)測(cè)量結(jié)果差率為3.126%。通過系統(tǒng)改造與流程優(yōu)化，量差率為0.541%o。通過前后量差率差異可知，通過系統(tǒng)改造優(yōu)化，裝船計(jì)量精度顯著提升，計(jì)量誤差顯著降低，改造效果顯著。
3系統(tǒng)優(yōu)化與改造技術(shù)方法
3.1A處檢測(cè)系統(tǒng)優(yōu)化
經(jīng)過分析認(rèn)為，A處設(shè)備主要問題為標(biāo)定壓力與檢測(cè)設(shè)備過程壓力存在顯著差異，此偏差波動(dòng)性較小，泵出口位置維持2.5MPa水平。通過靜態(tài)壓力補(bǔ)償解決此問題。主要思路為，向儀表輸入所需壓力流量系數(shù)，從而糾正檢測(cè)儀表系數(shù)，補(bǔ)償流量測(cè)量壓力。在具體操作中，采用Prolink與質(zhì)量流量計(jì)變送器相互連接，然后通過流量計(jì)外部壓力補(bǔ)償，將0.2MPa檢定壓力與流量系數(shù)、2.5MPa外部實(shí)際運(yùn)行壓力輸入，完成壓力補(bǔ)償。
3.2C處檢測(cè)系統(tǒng)優(yōu)化
(1)加裝消氣器。在現(xiàn)有技術(shù)下，科里奧利質(zhì)量流量計(jì)只限于單相流精準(zhǔn)測(cè)量。但是在實(shí)際工況中可能發(fā)生兩相流情況，例如C點(diǎn)油品氣化后。氣液結(jié)合后，儀表振動(dòng)緩解，為維持流量管振動(dòng)需要提高線路輸送效率。流浪管中驅(qū)動(dòng)電流具有一定限值，過量輸出電流在維持流量管振動(dòng)同時(shí)較易引起流量計(jì)檢測(cè)誤差。基于此種原因，使用消氣器設(shè)備配備質(zhì)量流量計(jì)，在其上游安裝，從而有效降低氣液混合情況發(fā)生率。
消氣器運(yùn)行時(shí)。進(jìn)口輸入成品油后，輸油管道過濾網(wǎng)過濾油中固體雜質(zhì)，成品油在通過過濾網(wǎng)時(shí)流向發(fā)生變化，導(dǎo)致混合在成晶油中的部分溶解氣體與自由氣體溢出，因?yàn)闅怏w特性而抵達(dá)分離器頂部，導(dǎo)致該處形成一個(gè)氣體空間，即油氣界面。在此過程中氣體體積持續(xù)加大，隨著發(fā)生的變化為油氣界面降低，降低至一定水平觸發(fā)浮球裝置，系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)氣閥將氣體排出，油氣界面隨之升高，壓縮氣體空間，浮球裝置因此自動(dòng)關(guān)閉氣閥。通過此種運(yùn)作，消氣器可將管道中固體、氣體與液體有效分離，頂部分離油氣向流量表中返回，流入船艙放空，完成處理過程。
(2)加裝背壓閥。背壓閥使用時(shí)，當(dāng)背壓閥設(shè)定值較高，閥前壓力較低時(shí)，此時(shí)背壓閥關(guān)閉，造成主閥.上膜室壓力產(chǎn)生的推力較高，超過主閥開啟所需推力，從而關(guān)閉主閥。當(dāng)閥前壓力與背壓閥壓力相等或超過后者時(shí)，可啟動(dòng)背壓閥，此時(shí)主閥上膜室壓力低于主閥啟動(dòng)作用力，因此可啟動(dòng)主閥。
設(shè)定背壓閥背壓參數(shù)時(shí)，應(yīng)進(jìn)行如下設(shè)定�！癇一C”段輸油管道為低壓運(yùn)行，C點(diǎn)質(zhì)量流量計(jì)儀表兩端壓力為零，此時(shí)介質(zhì)飽和蒸氣壓高于儀表.后端壓力，油品因此發(fā)生氣化，嚴(yán)重時(shí)可能發(fā)生氣蝕，導(dǎo)致實(shí)際值較高，儀表密度較低，二者存在顯.著差異，不僅影響設(shè)備測(cè)量精度，導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果不可靠，而且會(huì)縮短儀表使用壽命。為預(yù)防此種情況發(fā)生，在流量計(jì)閥后裝設(shè)背壓閥，同時(shí)控制閥前壓力為0.23MPa。流量計(jì)中流量峰值壓降描述為Pb最小背壓描述為P,，操作溫度下流體飽和蒸氣壓描述為Pe，則背壓計(jì)算方法為:
Pb=2P+1.25Pe
3.3標(biāo)準(zhǔn)化裝船
裝船操作后較易導(dǎo)致輸油管線中出現(xiàn)密閉空間，油溫變化后較易引起油品膨脹，為降低上述風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)操作流程進(jìn)行完善，制定標(biāo)準(zhǔn)化流程。按照標(biāo)準(zhǔn)化流程，完成裝船后，將C點(diǎn)質(zhì)量流量計(jì)后手閥以及外送泵出口閥關(guān)閉，然后啟動(dòng)泵出口與高位罐安全閥部位副線閥，此段中其他手閥維持開放狀態(tài)，不予關(guān)閉。
3.4校正檢測(cè)設(shè)備
在使用質(zhì)量流量計(jì)之前，必須按照規(guī)定將儀表歸零。設(shè)備傳感器中設(shè)有2個(gè)探測(cè)器，實(shí)際上，即使無流體流經(jīng)其探測(cè)范圍，儀器也會(huì)顯示△T，為保證測(cè)量準(zhǔn)確，應(yīng)校正儀表。糾正過程中為避免出現(xiàn)新誤差，應(yīng)保證規(guī)范安裝傳感器設(shè)備，同時(shí)傳感器內(nèi)部充盈介質(zhì)。關(guān)閉傳感器設(shè)備下游閥門，避免傳感器內(nèi)部流過流體，然后進(jìn)行校正。在校正時(shí)，使用寄存器存儲(chǔ)2個(gè)探測(cè)器時(shí)間差，從而保證設(shè)備實(shí)際檢測(cè)時(shí)減去該時(shí)間差，得出科學(xué)的測(cè)量結(jié)果。由專業(yè)工程師全面檢測(cè)A、B、C三處質(zhì)量流量計(jì)，消除流量計(jì)異常工作狀態(tài)。
因?yàn)锽點(diǎn)存在設(shè)備前管線嚴(yán)重壓差問題，檢測(cè)后其誘因是該處流量計(jì)前管線由DN200轉(zhuǎn)變?yōu)镈N100，因此流量計(jì)管段存在嚴(yán)重.壓差，為降低施工難度，在B點(diǎn)使用備用流量計(jì)，與之前原有流量計(jì)并聯(lián)，從而降低流量計(jì)前后壓差，伲進(jìn)精準(zhǔn)測(cè)量。
4系統(tǒng)優(yōu)化效果評(píng)估
4.1輸油準(zhǔn)備環(huán)節(jié)
在輸送成品油前，由油品儲(chǔ)運(yùn)部門負(fù)責(zé)質(zhì)控，保證付油罐獨(dú)立執(zhí)行流程，不會(huì)發(fā)生串量情況。針對(duì)油罐檢尺進(jìn)行計(jì)量檢測(cè)，并且測(cè)量密度與溫度，采集處理A處流量計(jì)原始數(shù)據(jù)。B處流程質(zhì)控由管道儲(chǔ)運(yùn)部門負(fù)責(zé)，保證“B一C”段管線維持滿管狀態(tài)，進(jìn)行B處2個(gè)流量計(jì)數(shù)據(jù)采集。此外，由計(jì)量中心負(fù)貴采集C處流量計(jì)原始數(shù)據(jù)，檢尺檢查油船。
4.2輸油環(huán)節(jié)
生產(chǎn)運(yùn)行部門確定可以輸送后，發(fā)送命令，通常一次成品油輸送時(shí)間約為4h,然后暫停輸送，比對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)。輸運(yùn)車間將C處流量計(jì)后閥門關(guān)閉。油品儲(chǔ)運(yùn)空間將A處流量計(jì)前閥門關(guān)閉。等待0.5h,由船舶與油品罐區(qū)工作人員實(shí)施檢尺檢查.記錄A、B、C處流量計(jì)數(shù)據(jù)采集。計(jì)量技術(shù)人員檢查A、B、C處數(shù)據(jù)，采集零點(diǎn)校正前與校正后數(shù)據(jù)。初次比對(duì)完成，繼續(xù)輸送油品，監(jiān)控輸送量，輸送31h后，通常此時(shí)輸油量可達(dá)到70%總輸送量，二次停運(yùn)檢測(cè)。等待0.5h，檢尺.檢查油船、油罐，對(duì)比A、B.C處數(shù)據(jù)。完成二次比對(duì)，繼續(xù)輸送成品油，完成預(yù)期裝船任務(wù)后，最后進(jìn)行一次油船、油罐檢尺檢查。
5結(jié)論
綜上所述，船舶交接成品油時(shí)，采用質(zhì)量流量計(jì)可促進(jìn)油量精準(zhǔn)測(cè)量，降低測(cè)量誤差，提高油品交接質(zhì)量。交接計(jì)量具有復(fù)雜性，進(jìn)行質(zhì)量流量計(jì)交接時(shí)，優(yōu)化工藝流程、完善硬件系統(tǒng)具有必要性。為保證精準(zhǔn)測(cè)量交接，應(yīng)優(yōu)化工藝流程，促進(jìn)規(guī)范作業(yè)，完善技術(shù)應(yīng)用，積極消除人為誤差，促進(jìn)成品油順利交接。
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