石化行業(yè)的蒸汽、天然氣、通用氣體及水等介質(zhì),廣泛采用標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置流量計(jì)進(jìn)行計(jì)量或過(guò)程控制,占全部在用流量?jī)x表的60%左右。為保證計(jì)量的正確率，真正實(shí)現(xiàn)從數(shù)據(jù)中要效益,這些儀表需要定期檢定或校準(zhǔn),但由于生產(chǎn)裝置長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行,流量計(jì)無(wú)法離線送實(shí)驗(yàn)室檢校。
1現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)與核查的開(kāi)展.
1.1理論基礎(chǔ)
標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置流量計(jì)在線核查與校準(zhǔn)是把計(jì)量系統(tǒng)中各組成部分整合為一個(gè)整體來(lái)進(jìn)行評(píng)估確認(rèn),從而保證整個(gè)計(jì)量系統(tǒng)的正確率。計(jì)量系統(tǒng)的組成部分主要包括:一次元件(節(jié)流裝置),二次儀表(流量積算部分)以及變送器(溫度、壓力、差壓)。
標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置流量計(jì)備受國(guó)際流量界重視。
2016年國(guó)家質(zhì)檢總局發(fā)布了JJG1003--2016《流量積算儀檢定規(guī)程》"，該規(guī)程重點(diǎn)是把流量積算儀表與流量變送器、被測(cè)流體物性緊密結(jié)合,對(duì)二次儀表(包括DCS、PLC等流量顯示設(shè)備)檢定的理論值,依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)給出的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行流量計(jì)算,規(guī)范了流量積算儀的檢定和使用。
流量計(jì)量系統(tǒng)組成的其他部分:溫度變送器、壓力變送器、差壓變送器也均有各自的檢定規(guī)程可依據(jù)。這些都為開(kāi)展標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置流量計(jì)在線校準(zhǔn)提供了理論基礎(chǔ)。
1.2現(xiàn)場(chǎng)基本情況
利用檢修窗口期,選擇現(xiàn)場(chǎng)需要流量校準(zhǔn)的39臺(tái)流量計(jì)進(jìn)行試驗(yàn)性在線校準(zhǔn)與核查。按照流量計(jì)類型分類:法蘭取壓孔板30臺(tái),角接取壓孔板3臺(tái),長(zhǎng)徑噴嘴4臺(tái),文丘里1臺(tái),非標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流件1臺(tái)。按照被測(cè)介質(zhì)分類:用于計(jì)量蒸汽13臺(tái),天然氣和甲烷氣7臺(tái),瓦斯氣和混合氣10臺(tái),通用氣體4臺(tái),水和其他液體5臺(tái)。這些儀表均已運(yùn)行一個(gè)檢修周期,許多儀表不具備拆卸條件。其中38臺(tái)為標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置流量計(jì),其可以根據(jù)儀表幾何尺寸得到流量關(guān)系,具備在線校準(zhǔn)的前提條件。
1.3現(xiàn)場(chǎng)操作步驟
對(duì)需要在線校準(zhǔn)與核查的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置流量計(jì),按照下面步驟進(jìn)行實(shí)施。
1.3.1參數(shù)核查
參數(shù)核查包括:檢查節(jié)流裝置原始資料(設(shè)計(jì)書、檢測(cè)報(bào)告等)中的參數(shù)指標(biāo)是否齊全，結(jié)構(gòu)尺寸是否符合JJG640--2016《差壓式流量計(jì)檢定規(guī)程》的要求;檢查溫度、壓力、差壓及流量設(shè)計(jì)參數(shù)與實(shí)際工況是否一致。
1.3.2節(jié)流裝置校準(zhǔn)與核查
核查標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置流量計(jì)安裝方式(水平或垂直)、前后直管段長(zhǎng)度、與工藝管道的同心度、差壓管路的引出與敷設(shè)方式、法蘭與夾持環(huán)的位置等，核查其是否符合GB/T2624--2006《安裝在圓形截面管道中的差壓裝置測(cè)量滿管流體流量》與JJG.640-201651中的規(guī)定要求;可拆下的節(jié)流件根據(jù)JJG640--2016中幾何法進(jìn)行校準(zhǔn)。
1.3.3配套儀表校準(zhǔn)
配套的溫度變送器、壓力變送器、差壓變送器由于配有護(hù)套或是閥組,均可以對(duì)應(yīng)相關(guān)檢定規(guī)程離線或在線校準(zhǔn)甲。
1.3.4流量二次單元校準(zhǔn)
所有計(jì)量?jī)x表均采用DCS系統(tǒng)進(jìn)行流量計(jì)算。使用過(guò)程校驗(yàn)儀輸出標(biāo)準(zhǔn)模擬信號(hào)給DCS系統(tǒng)采集通道,根據(jù)JJG1003--2016進(jìn)行流量校準(zhǔn)。
1.4校準(zhǔn)結(jié)果
歷經(jīng)兩周,通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)39臺(tái)流量計(jì)校準(zhǔn)發(fā)現(xiàn)，流量示值誤差超過(guò)10%的流量計(jì)有10臺(tái),約占總數(shù)的26%;流量示值誤差在5%~10%的流量計(jì)有7臺(tái)，約占總數(shù)的18%;流量示值誤差在3%~5%的流量計(jì)有5臺(tái),約占總數(shù)的13%。也就是說(shuō),流量示值誤差超過(guò)3%的流量計(jì)總共有22臺(tái),約占總數(shù)的56%。
1.5影響因素分析
通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)儀表核查、校準(zhǔn)及對(duì)數(shù)據(jù)的分析，確認(rèn)了影響儀表計(jì)量精度的主要因素,匯總數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。
2問(wèn)題的解決
通過(guò)分析計(jì)量系統(tǒng)存在的問(wèn)題,提出相應(yīng)的解決方案。
2.1確認(rèn)系統(tǒng)不確定度合理范圍
正常情況下,當(dāng)節(jié)流件的結(jié)構(gòu)形狀、幾何尺寸及安裝使用條件、配套二次裝置的各組成單元,符合GB/T2624--2006、JJG640-2016、JJG1003一2016等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)程要求時(shí),各標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置流量計(jì)系統(tǒng)不確定度為:標(biāo)準(zhǔn)孔板≤1.0%;ISA1932噴嘴<1.5%;長(zhǎng)徑噴嘴≤2.5%;文丘里≤1.5%。
考慮到現(xiàn)場(chǎng)工況條件下各因素的影響,可以適當(dāng)調(diào)整不確定度范圍,以滿足企業(yè)計(jì)量?jī)x表對(duì)測(cè)量對(duì)象的實(shí)際需求。
2.2解決方案
一般不可能對(duì)所有超差的流量計(jì)進(jìn)行更換改造,需根據(jù)計(jì)量?jī)x表不同情況,提出解決方案:①工況條件穩(wěn)定,誤差趨勢(shì)-致的采用校準(zhǔn)系數(shù)修正方法;②儀表參數(shù)錯(cuò)誤,根據(jù)工藝參數(shù),重新出具計(jì)算書,修改儀表設(shè)置;③工況條件波動(dòng)大,計(jì)算模型不符合國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),在不改變現(xiàn)有系統(tǒng)架構(gòu)的情況下，在計(jì)量系統(tǒng)中完善流量計(jì)算模型"。
2.3方案實(shí)例
2.3.1工況條件穩(wěn)定,流量示值誤差趨勢(shì)一致
一些計(jì)量?jī)x表屬于過(guò)程控制儀表或是裝置內(nèi)部計(jì)量?jī)x表,一般工況條件比較穩(wěn)定,并且校準(zhǔn)結(jié)果顯示其流量誤差的比例關(guān)系一致。根據(jù)實(shí)際工況條件下校準(zhǔn)得到的標(biāo)準(zhǔn)流量值，采用在DCS系統(tǒng)中設(shè)置校準(zhǔn)系數(shù)的方式對(duì)被校流量值進(jìn)行修正”。
例如,煉油廠重整加氫聯(lián)合車間位號(hào)11201-FT305的蒸汽流量計(jì)采用的是法蘭取壓標(biāo)準(zhǔn)孔板，其校準(zhǔn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。
在DCS系統(tǒng)中將各流量點(diǎn)的流量值除以1.145得到修正后的流量值。該臺(tái)流量計(jì)進(jìn)行校準(zhǔn)系數(shù)修正后,瞬時(shí)流量誤差小于0.5%。
2.3.2工藝參數(shù)調(diào)整后,儀表參數(shù)調(diào)整錯(cuò)誤
一些計(jì)量?jī)x表在后期生產(chǎn)過(guò)程中工藝參數(shù)對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)參數(shù)發(fā)生了變化,流量計(jì)配套的差壓變送器沒(méi)有進(jìn)行正確調(diào)整。
例如,動(dòng)力站A爐鍋爐主蒸汽流量,其校準(zhǔn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。
該計(jì)量?jī)x表原設(shè)計(jì)中差壓量程為250kPa,流量量程為440th。在生產(chǎn)過(guò)程中,由于工藝發(fā)生了變化,流量量程擴(kuò)大為480tUh,DCS系統(tǒng)也進(jìn)行了相應(yīng)的調(diào)整，但是差壓變送器設(shè)置的量程存在問(wèn)題。標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置流量計(jì)的流出系數(shù)和可膨脹系數(shù)均是變化的，差壓和流量并不是簡(jiǎn)單的開(kāi)方后成線性比例的關(guān)系。
此類問(wèn)題的計(jì)量?jī)x表通過(guò)重新出具計(jì)算書,調(diào)整相應(yīng)量程參數(shù)解決流量誤差的問(wèn)題,不需要額外投人任何的改造成本。
2.3.3工況條件波動(dòng)大,計(jì)算模型不符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)
一些計(jì)量?jī)x表屬于二級(jí)能源計(jì)量，數(shù)據(jù)比較關(guān)鍵,精度要求高,同時(shí)為了保證計(jì)量的正確率都配有溫度、壓力進(jìn)行補(bǔ)償修正。由于工藝條件不穩(wěn)定,其流量偏差體現(xiàn)出無(wú)規(guī)律性,無(wú)法采用校準(zhǔn)系數(shù)修正的方式。
例如,乙烯廠一聯(lián)合車間某臺(tái)蒸汽流量計(jì)采用的是文丘里管,其校準(zhǔn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表4。
此類計(jì)量?jī)x表誤差產(chǎn)生的根本原因?yàn)橛?jì)算模型不符合國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)”。這種情況下無(wú)法進(jìn)行簡(jiǎn)單的校準(zhǔn)系數(shù)修正，只能通過(guò)完善流量計(jì)算模型來(lái)保證計(jì)量的正確率。DCS系統(tǒng)作為控制系統(tǒng),很難滿足精度高的計(jì)量要求。在流量計(jì)一次儀表部分不更換的情況下，只需在機(jī)柜間增加嵌人式模塊按照國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行流量補(bǔ)償計(jì)算，再將補(bǔ)償后的流量值輸出給DCS使用。DCS系統(tǒng)只負(fù)責(zé)流量的顯示，通過(guò)使用專用的設(shè)備完善流量計(jì)算模型,從而保證計(jì)量的正確率。
通過(guò)以上幾種方式，根據(jù)計(jì)量?jī)x表不同情況針對(duì)性地采取不同解決方案,可以滿足GB/T20901--2007《中石油石化行業(yè)能源計(jì)量器具配備和管理要求》中計(jì)量性能要求,降低了企業(yè)的改造成本。
3可行性分析
流體計(jì)量與一次儀表工作原理、安裝條件、被測(cè)流體的物性和工況條件(溫度、壓力、濕度等)緊密相關(guān),計(jì)算公式各異并呈現(xiàn)出復(fù)雜的函數(shù)關(guān)系。影響因素除節(jié)流裝置本身,還有參數(shù)設(shè)置、測(cè)量范圍、補(bǔ)償計(jì)算等叫。將標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置及配套作為整體,通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)或核查確定各組成單元的不確定度，對(duì)系統(tǒng)不確定度進(jìn)行評(píng)估和調(diào)整,確保整個(gè)計(jì)量系統(tǒng)具有可預(yù)期的計(jì)量精度。
4結(jié)束語(yǔ)
標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置流量計(jì)通過(guò)在線校準(zhǔn)或核查實(shí)現(xiàn)流量量值溯源,在滿足生產(chǎn)及裝置連續(xù)運(yùn)行的條件下,可以在線實(shí)施確保在用流量計(jì)精度符合要求。在線校準(zhǔn)或核查也是對(duì)現(xiàn)場(chǎng)流量測(cè)量系統(tǒng)的一種計(jì)量再確認(rèn),系統(tǒng)的構(gòu)成是否正確、運(yùn)行參數(shù)是否準(zhǔn)確、計(jì)算模型是否合理、系統(tǒng)的精度是否滿足工藝要求均可以通過(guò)在線校準(zhǔn)或核查來(lái)發(fā)現(xiàn)解決問(wèn)題,提高企業(yè)的計(jì)量水平。
流量計(jì)在線校準(zhǔn)或核查不僅可以節(jié)省大量?jī)x表拆裝費(fèi)、運(yùn)輸費(fèi)及檢定費(fèi),大大減少儀表離線檢定或校準(zhǔn)成本及工作量;還可以提高工作效率。通過(guò)在線校準(zhǔn)或核查對(duì)超差的計(jì)量?jī)x表進(jìn)行定點(diǎn)修正,使企業(yè)可以在不投人大量資金成本的情況下保證計(jì)量的正確率,是企業(yè)降本增效的重要舉措。
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