西安东风ZLJ系列质量流量计调修和检定中常见问题分析
  

摘 要:文章针对西安东风机电有限公司生产的ZLJ系列科里奥利质量流量计在调修和检定过程中常见的一些问题,诸如传感器、密度、温度以及零点不稳定度等进行了分析,提出了解决问题的一些方法。对同类型流量计可以作参考借鉴。

关键字:传感器 密度 温度 零点


    西安东风机电有限公司是国内生产质量流量计的老厂家,其所生产的ZLJ系列科里奥利质量流量计广泛用于石油、化工企业。塔里木油田各原油开发、加工、销售部门使用的不同型号的该类产品达百台,并且每年都有进货。这些新购进和使用中的流量计按照国家计量检定规程的规定在塔里木油田分公司计量检定测试中心进行周期检定。一些在使用中发生问题的流量计要先进行维修、调整,然后重新检定。我们把在检定中遇到或可能遇到的一些常见问题进行了总结和归纳。

    1 ZLJ质量流量计的工作原理

    科里奥利质量流量计是上个世纪70年代发展起来的新型流量仪表,它根据流体通过测量管时产生的科里奥利力现象制成,流体通过等幅振荡器的U形测量管时,由于科里奥利现象,使测量管受到科里奥利力的作用产生扭曲,利用检测线圈将此扭曲信号检测出来,可以得到代表流体质量的信号,从而实现了对质量流量的直接测量。

    2 质量流量计的检定方法

    根据国家技术监督局1995年12月1日批准实施的JJG897-1995《质量流量计检定规程》要求,质量流量计的示值检定可采用质量法、容积法加密度计、标准体积管加密度计法和标准表法。

    (1)质量法:直接称量通过质量流量计的流体质量,只要有条件应首先采用本方法。
    (2)容积法与密度计配套:用标准容器计量通过流量计流体的体积与密度,然后计算标准器内流体质量的方法。
    (3)标准体积管与密度计配套:用体积管计量通过流量计流体的体积与密度,然后计算体积管内流体质量的方法。
    (4)标准表法:以标准流量计为标准,与质量流量计串联进行比较,标准流量计最好选用与被检质量流量计同规格、同类型仪表。
   
    塔里木油田分公司计量检定测试中心以原油作为介质建立了标准体积管和标准表法流量标准装置,该液体流量计检定系统串建于外输原油管线上,利用处理后的合格外输油,实现离线实液检定。
   
    用以检定质量流量计的两个主要组成部分技术参数是:①活塞式小体积管:主标准器,Smith公司生产,型号SVP-1,标准容积值59.6152L,流量范围0.4~400m3/h,精度±0.05%,测量重复性0.02%,最大工作压力1.965MPa,最高工作温度93℃;②在线密度计:英国输力强公司生产,测量范围650.0~950.Okg/m3,信号输出4~20mA,分辨率0.2kg/m3,精度±0.02%。

    3 调修和检定中常见问题

    3.1 传感器的问题

    送检单位有时候送来调修的流量计由于使用年头过久或者运输过程中损坏致使传感器在没有流体通过的情况下也发出类似水沸腾的声音,而传感器本身并不起振。西安东风ZLJ系列质量流量计传感器内部主要由A线圈和D线圈(通过传感器输出端子标记识别或芯线颜色识别)共同构成一个闭环AGC反馈系统,分析造成传感器不起振的原因大致有下列几种。

    (1)线圈损坏。线圈损坏可以通过在安全栅测量线圈电阻值来判断。各型号流量计传感器线圈电阻不同,具体电阻值参考表1。这些数据是传感器在20℃时测量得到的,同时各值包括了20m电缆的电阻,当温度超过20℃,线圈电阻将以0.4%/℃增加。

表1 ZLJ各型号质量流量计传感器线圈阻值表 Ω

传感器型号

A 检测线圈(红,红黑)阻值
B 检测线圈(绿,绿黑)阻值

D 驱动线圈(蓝,蓝黑)
阻值

T 线圈(灰,会黑)
电阻(室温)

ZLJC-3

4~6

210~230

108~110

ZLJC-7

4~6

210~230

108~110

ZLJC-20

8~15

210~230

108~110

ZLJC-36

12~15

210~230

108~110

ZLJC-75

20~24

210~230

108~110

ZLJC-150

18~22

210~230

108~110

ZLJC-360

9~11

210~230

108~110

    (2)模拟板损坏。由于AGC闭环系统在模拟板上来完成,所以通过测量模拟板上各个测试点的电压可以判断出该板的好坏。具体电压值参考表2。

表2 ZU各型号质量流量计模拟板测试点电压值表 V

模拟板

A

B

C

D

E

F

电压

1.2

2.5

<175

-5~+5

0~5

2.5

    注:A.B、C点交流电压,D、E、F点直流电压。
   
    (3)两测量管内液体分布不均使得流量计不能工作在谐振状态。ZLJ质量流量计传感器的敏感元件是两根并行的处于谐振状态的空心金属检测管,金属管上安装有电磁式激振器和检测器。使两测量管内液体分布不均常常是由于传感器的安装不合适。传感器要严格按照说明书中推荐的安装方式和安装方法,采取无应力安装,即在安装时应保证工艺管道的法兰与传感器的法兰同轴对准,并严格保持水平或垂直。
    (4)介质含气。
    (5)测量管结垢或堵塞。传感器测量管形状有弯曲形和直形。设计成弯曲形状是为了降低刚性,因与直形相比可以采用较厚的管壁,仪表性能受磨蚀影响较小,但易积存气体和残渣引起附加误差,严重会造成传感器不能保持在谐振状态或根本不起振。在油田生产中,由于原油中含有部分杂质,导致了传感器在使用中结垢。特别是新疆地区地层水矿化度高,结垢物成分中酸不溶物的含量达到90%,主要为硫酸盐。其主要元素以Ba2+、Sr2+为主,同时也含有少量的Si3+、Ca2+及微量腐蚀产物中常见的元素Pb2+、Fe3+、Mn2+等。去除此类离子的结垢可以选用ED-TA-4Na、冠醚类多元化合物,其溶解度可以达到100% 。

    3.2 密度的问题

    ZLJ B1型质量流量变送器面板上显示的体积流量值是根据直接测得的质量流量和密度换算的,因此在实际应用中,需要调准密度。

    (1)密度显示值不变

    质量流量计的密度是由频率导出的,大致上密度与振动周期的平方成正比。如果流量计在计量时显示密度不变可能是由于以下几种原因:①如果激励没有接通,则频率不变化,导致密度不变;②密度斜率设置为0时,变送器显示密度不变;③流量滤波系数设置为0时显示密度不变。

    (2)密度显示值不是真实的密度值

    造成该现象的原因有以下几点:① 参数设置错误。例如:密度补偿的温度基准(DENS.TREF)、密度温度补偿系数(DENS.TCOMP)、密度滤波系数(DENS.LPFC)、密度分频系数(DENS.DIDV)、密度斜率(DENS.SLOP)、密度零点(DENS.ZE-RO)。这些参数如果设置错误或与标定参数不一致都会使流量计显示的密度值与真实值不一致。②传感器堵塞。流量计在使用的过程中如果传感器堵塞就会使得流量计不能工作在谐振状态,此时不但密度不对,流量和频率也不对。③传感器结垢。在一些现场,由于原油中含有蜡和其它易结垢的物质导致在传感器内敏感管内壁上形成结垢层。由于结垢层并非均匀分布在测量管内壁上使得传感器不能正常工作在谐振状态,造成了计量误差增大。④流量计老化。当流量计使用较长时间后由于电子元器件的性能漂移,传感器部分的应力释放和材料的内衰减,都会使得流量计计量误差增大。所以要按照检定规程的要求对流量计进行周期检定,检定的目的是对以前的参数进行修正。⑤外部环境的影响。外部环境主要有振动、压力、温度等。保证流量计良好的安装,尽量使流量计检定环境接近现场使用环境,减小外部环境对流量计计量精度的影响。

    (3)密度显示值达到几千

    部分流量计在使用时偶尔会出现密度显示达到几千以上,造成该现象的原因主要是数字板上的单片机从数据存储器中取得的数是一个随机数,程序没有刷新。解决的办法是将密度斜率设为0,密度零点也设为0。这样做的目的是使流量计显示的密度由最大值回到0,然后重新输入密度的各项参数。

    3.3 温度的问题

    (1)温度显示值不是实际值

    温度计的温度测量是由铂电阻和前期放大电路在安全栅板上共同完成的。当温度不对时首先要检查传感器端的接线,通过测量其室温时的电阻值来判断铂电阻的好坏。其次,测量模拟板上F点的电压(直流)。通过公式: (250℃/5V)×F点的电压-50℃=介质的温度计算。这样做的目的是为了说明温度信号在模拟板上和数字板上的处理和显示是正常的。最后,可以通过三个标准电阻来校正位于安全栅板上的温度上限和温度下限可调电位器。

    (2)温度显示为199℃或-50℃

    出现这种现象的可能原因有:①铂电阻损坏。通过测量灰、灰黑两线之间的电阻(108Ω)来判断;②接线错误或连线处断路;③温度斜率或温度零点设置错误。

    3.4 零点的问题

    科里奥利质量流量计的零点一般指在传感器充满介质且无任何流动情况下通过零校准键或执行零校准功能实现的有关机械和电气方面描述测量管摆动情况的一个或一组数据。零点不稳定度(也称零点漂移)的含义是指当流量为0时,无规则输出信号的幅度。

    (1)漂移的产生原因

    零点的不稳定度主要由机械振动的非对称性和衰减引起的,影响机械振动对称性因素有:测量管固定方式、测量管的刚度、加工应力、双测量管振动频率的一致性,结构的不平衡等。引起衰减主要是材料的内耗及匹配因素。

    (2)漂移对计量误差的影响

    科里奥利质量流量计由于零点不稳定形成零点漂移,影响其精确度的进一步提高,其检定总误差分为基本误差和零点不稳定度两部分。

    可靠和良好的安装,使传感器有一个较好的边界条件,较好地解决因同轴对准、温度、压力、振动等环境因素产生的管道应力及其它因素而引起的零点偏移问题。好的安装是保证应有精度的重要条件之一。不良的安装,将扩大零点不稳定度所带来的影响,也不能得到一个相对稳定的零点。

    (3)零点检定

    在下面几种情况下,流量计必须进行零点检定:①流量计首次安装;②传感器被移动;③维修及传感器接口板维修后恢复工作;④生产装置停产后,再次使用。

    具体作法是:正确安装流量计,首先使流量计在介质通过的情况下工作30min或者更长时间(流量为实际正常工作流量),使得流量计指示的温度值在测量介质正常温度t±10℃范围内。零点检定时先关闭下游阀门,同时打开旁通阀门。在未完全打开旁通阀门前,关闭上游阀门。在变送器主标题状态下,按“零点标定”键。

    (4)小流量切除

    零点检定(或校准)从原则上讲并不能改变科里奥利质量流量计的零点不稳定度,它实际上是在一段时间内对零点求平均值,它不能本质消除无规则信号的幅度。在实际操作中,可以附加改变零点不稳定度的一个办法是进行小流量切除。

    由于零点不稳定度的存在,为保证流量计累计量的准确性,ZLJ系列质量流量计在流量状态的设置方面加有小流量切除功能,不进行流量显示和累计。阀值流量一般设置在量程的0.1%~1%,也可根据不同介质或环境需要设置。

    4 结论

    塔里木油田分公司计量检定测试中心根据对西安东风机电有限公司生产的ZLJ系列科里奥利质量流量计在调修和检定实践中常见的问题进行了详细的分析,积累了经验,提高了检定精度,保障了该类产品在塔里木油田生产中的运行。

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