摘要:為提高船舶交接成品油工作質(zhì)量，應(yīng)用質(zhì)量流量計進行成品油船舶交接的方法，闡述質(zhì)量流量計技術(shù)原理，結(jié)合實際案例分析交接測量中常見問題，說明質(zhì)量流量計應(yīng)用系統(tǒng)優(yōu)化方法，觀察應(yīng)用效果。提出為促進精準(zhǔn)交接，應(yīng)從工藝流程、硬件設(shè)備和測量技術(shù)著手，進行全方位優(yōu)化，可顯著優(yōu)化測量精度。
0引言
當(dāng)前質(zhì)量流量計多采用科里奧利力質(zhì)量流量計，以科里奧利力效應(yīng)為基礎(chǔ)進行油晶交接質(zhì)量測量，通常情況下此種測量精度較高，油晶密度、溫度對測量結(jié)果無顯著影響。水介質(zhì)測量時采用此設(shè)備可達(dá)到0.1%精度，不確定度為0.5%。但在實際應(yīng)用時，工藝流程、操作技術(shù)以及系統(tǒng)設(shè)計等因素可能影響最終測量結(jié)果，加大測量誤差。
1質(zhì)量流量計應(yīng)用技術(shù)原理
質(zhì)量流量計在計量油品質(zhì)量方面通常應(yīng)用于航運船舶中，通過安裝該器具可對燃油接收量、船舶耗油情況進行實時監(jiān)測核實，保證公平交易，維護成品油市場秩序。質(zhì)量流量計使用范圍較小，但是具有顯著的應(yīng)用價值。質(zhì)量流量計在實際計量中可進行直接或間接計量，其中直接.質(zhì)量流量計主要通過復(fù)合離心力參數(shù)測量、動量參數(shù)測:量等得出質(zhì)量流量數(shù)據(jù)。間接質(zhì)量流量計首先測定體積流量、流體密度，通過公式計算得出質(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，計算方法為:
qm=qv×ρ
質(zhì)量流量計的基礎(chǔ)運作原理為。成品油在振動管中流動產(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)量流量計為U形質(zhì)量流量計。在.該器具使用時，電磁對測量管產(chǎn)生驅(qū)動作用，振動保持固有頻率，流體流向、振動方向呈垂直狀態(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形管中流動時，向相反方向流進、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，振動管未受力扭曲，此時振動管兩側(cè)應(yīng)具有相同相位電磁信號強度。流體通過U形管時，振動管中發(fā)生扭曲力矩，導(dǎo)致管側(cè)呈現(xiàn)不同相位。使用變送器進行兩側(cè)信號延遲檢測，獲取延遲時差，再用該數(shù)據(jù)與流量標(biāo)定因數(shù)相乘，可計算出質(zhì)量流量(qm)。按照該器具運行原理，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石化油廠運營中，采用16km以.上長輸管線輸送成品油至公司油庫，然后向碼頭輸送轉(zhuǎn)運，成品油在碼頭裝船出廠。上述三個運輸節(jié)點均設(shè)置高精度質(zhì)量流量計。起點(即油廠，設(shè)為A點)、碼頭(設(shè)為C點)均采用CMFHC2/2700R設(shè)備，油庫(設(shè)為B點)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，流量計運行中常見監(jiān)測數(shù)據(jù)異常，實際船檢尺量和檢測計量數(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必須進行船舶計量檢測，具有嚴(yán)重計量風(fēng)險。
2.2計量誤差分析
為促進精準(zhǔn)計量，必須檢查工藝流程，確定質(zhì)量流量計參數(shù)。.上述節(jié)點溫度參數(shù)、密度參數(shù)差異無統(tǒng)計學(xué)意義,3臺設(shè)備運行流量相近,約為185t/h。其中A點流量計運行壓力為2.45MPa，標(biāo)定壓力設(shè)置為0.2MPa，無壓力補償參與。B點前端壓力為0.22MPa，后端壓力為0.05MPa。C點運行壓力可視為0。過程壓力影響復(fù)合離心力(Fc)檢測精度，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量振動管緊繃，嚴(yán)重時嚴(yán)重影響質(zhì)量流量(qm)數(shù)據(jù)精度和可靠性。
在系統(tǒng)運行中，A、B、C三點均發(fā)生A102報警，該代碼顯示流量計測量管未滿管，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三臺計量設(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溫度不穩(wěn)定，有時發(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管線，造成檢測設(shè)備不滿管故障。B點檢測設(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)低壓運行，C點檢測設(shè)備前后壓力基本為0，造成油晶汽化或吸入末端空氣，造成檢測設(shè)備運行異常，影響檢測結(jié)果。
2.3系統(tǒng)改造成效
系統(tǒng)優(yōu)化前，船檢量、流量計測量結(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，裝船計量精度顯著提升，計量誤差顯著降低，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)定壓力與檢測設(shè)備過程壓力存在顯著差異，此偏差波動性較小，泵出口位置維持2.5MPa水平。通過靜態(tài)壓力補償解決此問題。主要思路為，向儀表輸入所需壓力流量系數(shù)，從而糾正檢測儀表系數(shù)，補償流量測量壓力。在具體操作中，采用Prolink與質(zhì)量流量計變送器相互連接，然后通過流量計外部壓力補償，將0.2MPa檢定壓力與流量系數(shù)、2.5MPa外部實際運行壓力輸入，完成壓力補償。
3.2C處檢測系統(tǒng)優(yōu)化
(1)加裝消氣器。在現(xiàn)有技術(shù)下，科里奧利質(zhì)量流量計只限于單相流精準(zhǔn)測量。但是在實際工況中可能發(fā)生兩相流情況，例如C點油品氣化后。氣液結(jié)合后，儀表振動緩解，為維持流量管振動需要提高線路輸送效率。流浪管中驅(qū)動電流具有一定限值，過量輸出電流在維持流量管振動同時較易引起流量計檢測誤差�；诖朔N原因，使用消氣器設(shè)備配備質(zhì)量流量計，在其上游安裝，從而有效降低氣液混合情況發(fā)生率。
消氣器運行時。進口輸入成品油后，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，因為氣體特性而抵達(dá)分離器頂部，導(dǎo)致該處形成一個氣體空間，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)自動啟動氣閥將氣體排出，油氣界面隨之升高，壓縮氣體空間，浮球裝置因此自動關(guān)閉氣閥。通過此種運作，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，當(dāng)背壓閥設(shè)定值較高，閥前壓力較低時，此時背壓閥關(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，可啟動背壓閥，此時主閥上膜室壓力低于主閥啟動作用力，因此可啟動主閥。
設(shè)定背壓閥背壓參數(shù)時，應(yīng)進行如下設(shè)定。“B一C”段輸油管道為低壓運行，C點質(zhì)量流量計儀表兩端壓力為零，此時介質(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)重時可能發(fā)生氣蝕，導(dǎo)致實際值較高，儀表密度較低，二者存在顯.著差異，不僅影響設(shè)備測量精度，導(dǎo)致測量結(jié)果不可靠，而且會縮短儀表使用壽命。為預(yù)防此種情況發(fā)生，在流量計閥后裝設(shè)背壓閥，同時控制閥前壓力為0.23MPa。流量計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，對操作流程進行完善，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點質(zhì)量流量計后手閥以及外送泵出口閥關(guān)閉，然后啟動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校正檢測設(shè)備
在使用質(zhì)量流量計之前，必須按照規(guī)定將儀表歸零。設(shè)備傳感器中設(shè)有2個探測器，實際上，即使無流體流經(jīng)其探測范圍，儀器也會顯示△T，為保證測量準(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，然后進行校正。在校正時，使用寄存器存儲2個探測器時間差，從而保證設(shè)備實際檢測時減去該時間差，得出科學(xué)的測量結(jié)果。由專業(yè)工程師全面檢測A、B、C三處質(zhì)量流量計，消除流量計異常工作狀態(tài)。
因為B點存在設(shè)備前管線嚴(yán)重壓差問題，檢測后其誘因是該處流量計前管線由DN200轉(zhuǎn)變?yōu)镈N100，因此流量計管段存在嚴(yán)重.壓差，為降低施工難度，在B點使用備用流量計，與之前原有流量計并聯(lián)，從而降低流量計前后壓差，伲進精準(zhǔn)測量。
4系統(tǒng)優(yōu)化效果評估
4.1輸油準(zhǔn)備環(huán)節(jié)
在輸送成品油前，由油品儲運部門負(fù)責(zé)質(zhì)控，保證付油罐獨立執(zhí)行流程，不會發(fā)生串量情況。針對油罐檢尺進行計量檢測，并且測量密度與溫度，采集處理A處流量計原始數(shù)據(jù)。B處流程質(zhì)控由管道儲運部門負(fù)責(zé)，保證“B一C”段管線維持滿管狀態(tài)，進行B處2個流量計數(shù)據(jù)采集。此外，由計量中心負(fù)貴采集C處流量計原始數(shù)據(jù)，檢尺檢查油船。
4.2輸油環(huán)節(jié)
生產(chǎn)運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間約為4h,然后暫停輸送，比對測量數(shù)據(jù)。輸運車間將C處流量計后閥門關(guān)閉。油品儲運空間將A處流量計前閥門關(guān)閉。等待0.5h,由船舶與油品罐區(qū)工作人員實施檢尺檢查.記錄A、B、C處流量計數(shù)據(jù)采集。計量技術(shù)人員檢查A、B、C處數(shù)據(jù)，采集零點校正前與校正后數(shù)據(jù)。初次比對完成，繼續(xù)輸送油品，監(jiān)控輸送量，輸送31h后，通常此時輸油量可達(dá)到70%總輸送量，二次停運檢測。等待0.5h，檢尺.檢查油船、油罐，對比A、B.C處數(shù)據(jù)。完成二次比對，繼續(xù)輸送成品油，完成預(yù)期裝船任務(wù)后，最后進行一次油船、油罐檢尺檢查。
5結(jié)論
綜上所述，船舶交接成品油時，采用質(zhì)量流量計可促進油量精準(zhǔn)測量，降低測量誤差，提高油品交接質(zhì)量。交接計量具有復(fù)雜性，進行質(zhì)量流量計交接時，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)測量交接，應(yīng)優(yōu)化工藝流程，促進規(guī)范作業(yè)，完善技術(shù)應(yīng)用，積極消除人為誤差，促進成品油順利交接。
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