蒋军，巩莉，李文艺，鲁龙兴，何伟

(中国石油西南油气田公司成都天然气化工总厂，四川 成都 610213)

0 引言

随着环保意识的增强，目前国内都在大力进行锅炉技术改造，并以液化天然气为主要原料进行供给。但因为每吨天然气的价格较高，所以用户更在意的是燃油成本，从供需角度来看，精确计量是非常重要的。科里奥利质量流量计是一种对流经横断面的液体流量进行计量的流量计，它能更加直观地反映出液体的质量。其主要特点是：具有较高的精确度(通常为0.1%～0.2%的精确度，通常为0.1%的重现性)；可进行多形态介质的测量(抗腐蚀、抗污染、防爆、耐磨等问题都已被解决)，应用范围广泛；可进行多个参数的测量，除了对流量的测量外，也可以对介质的密度、温度、体积流量等进行测量，实现一表多用；具有良好的稳定性和较长的工作寿命；没有移动部分，流动管中没有阻碍，易于维修(液体通路中没有流动阻力元件或移动部分)。但它也有缺陷：零点不稳定，导致零点漂移，因此在对LNG 进行计量时，计量结果的准确性和误差显著增大；对于流量传感器的安装和固定有很高的要求，因为它很容易受到外部震动的影响，因此要避免震动对流道的冲击；其价格更昂贵，且生产费用更高。所以，对影响质量流量计精度的因素进行深入研究，并对其进行控制，就显得尤为重要。

1 LNG 计量中影响质量流量计精度的主要因素

1.1 液体内含有气体的影响

当液体中含有大量气体时，会对计量结果产生显著的影响。在高压下，气泡在流过仪表时，由于撞击而破碎，易引起仪表内壁的凹陷，从而对仪表造成损害，在使用时，极易引起仪表零点偏移，增加仪表的计量误差[1]。试验结果显示，当气泡含量为1%(容积)时，其计量精度可达1%～2%，而当气泡含量为10%(容积)时，其计量精度可达15%～20%。液体中出现气体的原因有：一是液体自身含气，在工作状态不平稳时液体易把通过管道、设备高点的气带入到质量流量计中；二是一般站场都在进料口安装了控制阀门，以实现对流量或压力的调整，而在伯努利方程的基础上可知，在阀门开启角度过小时，阀门前、后压力差异过大时，阀门后压力降低，流量增加，容易出现气穴现象；三是由于流量中的液体温度过高，压力过低，使液体中的蒸汽压力小于介质中的饱和蒸汽压，因而生成气体。

1.2 安装条件及工作环境影响

质量流量计的工作原理是液体在计量管道中流动，在管道中形成科里奥利力，从而达到计量目的，所以需要对安装过程进行严格控制，确保在没有应力的情况下进行安装。但在安装作业中，因为安装引起的应力是不可避免的。

(1) 应力对质量流量计的影响。如果存在留置位置太大或太小、两边管道的接触面太高或太低、在安装时用力过猛，都会引起两边管道的拉力、挤力和剪力，这些都会引起质量流量计内部的振动管发生扭曲，进而引起流量计的零位漂移，从而影响计量精度。

(2)振动的影响。在质量流量计工作时，由于上游和下游管道的振动、或者其他流量计工作时的振动，使流量计的振动管接收到有余量的振动，就会影响流量计的计量精度。

(3)若质量流量计设置在与变压器设备等较大干扰源距离较近的位置或在流量仪表的周围安装有电机、变压器、发射器、高压电缆等电磁装置时，可能会受到磁场和RF 的干扰，进而引起计量信号的偏移，影响质量流量计的读取，从而对流量仪表的计量产生不利影响。

因此，在进行质量流量计的安装工作时，要对安装位置进行合理选择，要避开振动设备和强电磁场。

1.3 温度因素的影响

从理论上讲，介质温度对质量流量计的影响是微乎其微的，但通过多项试验可知，介质温度会对计量精度产生较大的影响，可以从下面几个角度来证明。(1) 计量原理。根据测量原理，在测量过程中，测量管道的弹性模量会随温度的变化而变化，在温度发生改变时，测管内的硬度将发生改变，从而对计量的精度产生一定影响。(2)温度对流量计零点产生的影响。如果温度发生改变，则会由于量程的改变，导致量程的零点发生改变，从而产生量程偏差。以零点计量为例，如果是在-192～-100 ℃的极低温度下进行，将对液化天然气计量的准确性产生极大影响。在整个液化天然气充填期间，每一单位流量是10～45 kg/min，相应的平均流量是25 kg/min，在这样的工作环境中，零位漂移是0.1 kg/min。因此，质量流量计因为介质温度因素导致的误差是不能忽略的，为了确保计量的准确性，必须做好温度补偿，确保LNG 的计量准确性。

1.4 密封材料的影响

在低温工况下，采用质量流量计必须保证密封，这是满足液化天然气计量的基本要求。首先，要确保质量流量计的外壳中没有任何空气残留物，为此在实践中，某些质量流量计采用了充氦的方法，以满足以上工作需要。但随着时间的推移，问题就会逐渐显露，最终导致仪器的增益越来越低，直至失效。造成这一现象的根本原因是由于密封件本身的性质发生了变化，致使传感设备中的介质发生泄漏，使外部气体侵入，从而造成了质量流量计的失效。另外，在实际应用中，部分生产厂商从工艺设计方面着手，让传感器的密封口尽可能地远离LNG 介质，或者从密封材料方面着手。总而言之，各个生产厂商都在努力寻求解决这一问题的最佳方法。

1.5 液体黏度的影响

在对油液进行流速计量时，液体黏度的不同将对计量结果产生直接影响。当液体具有高黏度时，其计量值有一定的偏差，但偏差的变化量很小；当液体黏度很低时，其计量值会出现负误差，且偏差变化量很大。在相同的密度、流量、压力、温度下，当稠度增加时，液体以一定速度流入流量计，液体的动能将相应增加，由能量守恒定律可知，当管道经过振动时，所引起的柯氏力将发生改变，进而对计量精度造成影响[2]。

1.6 工艺波动的影响

工艺波动对质量流量计精度影响显著。工艺波动是指测量对象的容积流量、工作压力、测量温度、满管状态等参数无规律变化。对国内多地零散气回收领域采取“零储存”设计的橇装LNG 装置的调查发现，其回收的评价井放空天然气具有井口压力波幅大、原料稳压性能差、气体流量变化快、过程温度调整频繁、液体非满管时间长的特征，受仪表响应时间、小流量切除等因素影响，计量误差超过15%。

2 LNG 计量中质量流量计准确度影响因素的校正方法

2.1 液体中含有气体的解决办法

排除液体自身含气的办法是在流量计前部加消气器，从而保证流量计内的流体是纯粹的液体。在国内，也有一些现场采用了调整阀体结构的方法，以解决在经过阀体时所引起的空化问题。消除气穴现象的办法是在流量计后部形成比其饱和蒸汽压更高的反压，从而消除空泡。最小背压设定的计算公式为：

式中：P为流量计所设定的最低背压(Pa)；ΔP是在最大流量下，以Pa 为单位表示的流量计的前、后压力差，从流量仪表的实际工作状态来看，流经仪表的压力差值为40～50 kPa；Pc是石油产品的饱和蒸汽压力，以Pa 为单位，按照GB 18352.6—2018，国Ⅵ乙醇汽油的蒸汽压力应为7.5 kPa 以上，最高不超过15 kPa。当液体到达饱和状态时，其温度会发生改变，因此，在仪表周围不能有高热来源，并且要避开太阳直射。

2.2 计量过程中温度效应的校正

温度的改变将对计量管道的刚度和零点稳定性产生一定影响，进而影响计量的准确性。测管硬度会随温度的变化而变化，主要是因为测管材料随温度的增加而变得柔软，导致偏移增大，流量测量值升高，从而影响由柯里奥利力引起的扭曲量。但是，流体管道的硬度是可以重复的，而且是可以修补的。在质量流量计中，通常在其传感器中装有RTD 温度传感器，用于测温和补偿。例如，艾默生流量计量装置，其计量管道刚度对温度的影响可以通过温度系数T 进行校正，但由于温度的改变对零点稳定性的影响，将导致一个不能重复的附加误差，这是因为感应器的材料和几何形状不平衡。传感器的零点不稳是指当介质温度和调零温度不符合时，其最大偏差值，表示为当介质温度和调零温度相差1 ℃时，其流量改变的百分数。当制程温度和调零温度相差较大时，会产生更大的偏差，所以为减少温度对零点稳定性的影响，可在过程中将仪器的温度降至零。

2.3 消除机械振动对仪表精度造成的影响

首先，要尽可能地选择无振动或远离泵房、机组等振动来源的位置，尽量不要将两个或更多的传感器同时安装在一条管线上，否则会由于检测管的震动，导致多个质量流量计互相影响，造成不正常的震动，从而对仪器的工作造成不利影响[3]。当无法避免将多个传感器串连到一根管线上时，要建议制造商将仪器谐振频率的数值进行调整，或者将多个传感器的安装间距拉大，并单独设置一个支架。当阀或泵靠近流程管道时，该管道必须有其自身的支持，而不能用传感器或者流程管道的连接来支持。其次，设备的安装要规范化。安装时，将直管与支座直接相连，再将仪器接头与管子相连，将直管截短，在无压状态下将仪器吊起；或用法兰同轴的方式对齐加工管路，减小压力，并用托架固定，以避免仪表在长管路上的摇晃。另外在仪器的两个端部凸缘的外面，支撑件必须固定在管子上，若直接支承于该装置，将会在某种程度上影响该装置的自由振动，在这种情况下，由于振动引起的相位差异将对测量结果造成一定影响。尤其是对口径较大的安培计，其振幅较大时，造成的影响也较大。当振幅很小时，可以采用增大阻尼系数的方法，利用275 通信机调节阻尼因素，通常设定在5～30 s 之间。

2.4 计量过程中压力影响的校正

当过程中工艺压力发生变化时，检测管道的硬度也会发生变化。随着介质压强的增加，检测管道质量会发生硬化，从而使振荡管道的“绷紧”效应、“布尔登”效应等现象更加明显，因此检测管道的材质及结构将会对压力产生较大的影响，且影响程度随管道直径的增大而增大。在测量过程中，工作压力与校准压力之间存在很大差异时，测量压力会对测量结果产生很大的影响。当前，流量计校准站的校准压力通常为0.45 MPa，而在安装质量流量计之后，其工作压力远大于校准压力。在测量压力大于校准压力的情况下，传感器振荡管内微小的刚性改变就会引起流速的负偏移，该负偏移的大小与振荡管壁厚、直径之比有关，比值较高时对其影响不大，比值较低时对其影响较大。当振动管壁厚与外直径之比减小时，小直径传感器对振动管壁厚与外直径之比的影响可忽略不计。

3 结语

综上所述，控制液化天然气的计量精度，对于保障供气和用气双方的权益具有十分重要的作用。所以，要与目前所用的质量流量计相结合，从安装、使用和维护着手，采取严格的控制手段，确保计量的准确性。同时，随着国内LNG 工业的快速发展，研制出能够长期、稳定地用于LNG 计量的高性能流量计成为迫切需要，这也为今后从事该领域工作的科研工作者提供了新的研究方向。