质量流量计智能诊断系统在油品贸易计量中的应用

质量流量计智能诊断系统在油品贸易计
量中的应用
摘要：当前质量流量计多采用科里奥利力质量流量计，以科里奥利力效应为
基础进行油品交接质量测量，通常情况下此种测量精度较高，油品密度、温度对
测量结果无显著影响。

水介质测量时采用此设备可达到0.1%精度，不确定度为
0.5%。

但在实际应用时，工艺流程、操作技术以及系统设计等因素可能影响最终
测量结果，加大测量误差。

因此，有必要建设一套流量计智能诊断系统，实现双
方流量计数据共享的同时，能自动进行批量数据自动比对、流量计运行过程中各
类异常情况智能诊断并报警，提高双方流量计计量数据准确性。

关键词：质量流量计；智能诊断系统；油品贸易计量；应用；
引言
科里奥利质量流量计（科氏质量流量计）可以直接测量质量流量，测量精度高、重复性好，具有广阔的应用前景。

科氏质量流量计由一次仪表和变送器组成，工作时，变送器中的驱动系统驱动流量管振动，当流体流过时，流量管发生扭曲
振动，根据上下游2个速度传感器拾取到的2路振动信号计算相位差，从而得到
质量流量。

1质量流量计应用技术原理
质量流量计在计量油品质量方面具有技术先进性，通常应用于航运船舶中，
通过安装该器具可对燃油接收量、船舶耗油情况进行实时监测核实，保证公平交易，维护成品油市场秩序。

质量流量计使用范围较小，但是具有显著的应用价值。

质量流量计在实际计量中可进行直接或间接计量，其中直接质量流量计主要通过
复合离心力参数测量、动量参数测量等得出质量流量数据。

间接质量流量计首先
测定体积流量、流体密度，通过公式计算得出质量流量。

体积流量描述为qv，流
体密度描述为ρ，质量流量描述为qm，计算方法为：质量流量计的基础
运作原理为。

成品油在振动管中流动产生复合离心力，该作用力与质量流量成正比。

在此作用过程中，复合离心力描述为Fc，成品油质量描述为m，成品油流动
中矢量速度描述为V，旋转体系矢量角速度描述为ω，两个向量的向量积描述为x，则复合离心力公式为：当前常用质量流量计为U形质量流量计。

在该器具使用时，电磁对测量管产生驱动作用，振动保持固有频率，流体流向、振动
方向呈垂直状态，在此种情况下流体产生复合离心力（即Fc）。

成品油在U形管
中流动时，向相反方向流进、流出，流体复合离心力（Fc）也因此相反。

受到相
反复合离心力（Fc）影响，导致测量管发生扭曲，扭曲程度越严重，流体质量流
量（即qm）越大。

2主要措施
（1）在信号采集基础上，实现流量计全面状态监控及故障智能诊断。

传统
的数采系统（如SCADA）只能监控一些过程参数显示以及这些参数趋势显示，例
如常规的瞬时流量、累计流量、温度、密度和零点等，不具备智能诊断和分析。

智能诊断系统可以高速读取质量流量计内部多达上百个重要参数并融合一些专业
计量经验和质量流量计诊断运算模块，以实现流量计全面状态监控及故障智能诊断。

（2）开发故障报警及时短信推送至管理人员功能。

结合炼厂短信平台，开
发了短信推送功能。

当系统监控到流量计发生故障或参数修改后，系统自动向预
先设定的计量管理人员手机发送短信，推送流量计报警或参数变化信息，便于及
时安排维护人员进行检查。

（3）开发双方流量计批次发油数据自动比对功能。

为减少双方发油数据人工比对工作量，分别以炼厂、油库流量计为付油主辅表，
开发了批量发油数据自动比对功能。

现场开泵输送前，计量员在客户端设定好计
划量后点击“开始付油”按键，系统自动记录同一条管线上主辅表累计量作为主
表及辅表批次发油前读数。

发油过程中，通过实时采集主表累计量减去主表前读
数得到已发油量及发油进度百分比，达到计划量后系统提醒计量员通知停泵。

发
油结束后，计量员点击“停止付油”后，系统将此时主辅表累计量作为批次付油
后读数，自动计算主辅表本次实付油量及比对差值（率），误差超过±0.2%时，
系统提醒比对超差。

（4）加装消气器。

在现有技术下，科里奥利质量流量计只
限于单相流精准测量。

但是在实际工况中可能发生两相流情况，例如油品气化后。

气液结合后，仪表振动缓解，为维持流量管振动需要提高线路输送效率。

流浪管
中驱动电流具有一定限值，过量输出电流在维持流量管振动同时较易引起流量计
检测误差。

基于此种原因，使用消气器设备配备质量流量计，在其上游安装，从
而有效降低气液混合情况发生率。

（5）加装背压阀。

背压阀使用时，当背压阀设定值较高，阀前压力较低时，此时背压阀关闭，造成主阀上膜室压力产生的推力较高，超过主阀开启所需推力，从而关闭主阀。

当阀前压力与背压阀压力相等或超过后者时，可启动背压阀，此
时主阀上膜室压力低于主阀启动作用力，因此可启动主阀。

3应用情况
1）测量误差分析。

在从理论推导和实验验证两方面证明了科氏质量流量计
零点相位差与振幅大小成线性关系的基础上，本节首先采集不同振幅、不同流量
下的信号，采用过零检测算法计算对应的相位差。

然后，依据科氏质量流量计检
定规程，分析零点漂移引入测量误差的机理。

最后，根据科氏质量流量计零点相
位差与振幅的线性关系，定量分析在标定过程中由振幅改变引起的零点漂移所引
入的测量误差大小。

2）全面实时监控。

对质量流量计提供不仅限于常规运行参
数的实时监视功能，系统还通过实时获取质量流量计断电复位及各类故障报警代码，并根据获取到的报警信息在线提供专家处理意见，确保可以每时每刻感知流
量计运行状态。

3）跟踪管理。

可以实时记录重要参数变化，防止未授权修改，
避免人为恶意修改数据带来的计量风险。

并对报警信息产生和恢复都做了跟踪记录，为维护或维修流量计提供了详尽依据。

4）数据分析及运行状态预测。

可以
实时跟踪和记录流量计历史运行数据，并且形成历史记录曲线及统计分析结果，
保障流量计高精度运行。

对影响流量计精度的三个关键因素零点、标定系数和工
艺影响进行实时诊断、分析和定量评估。

可分析流量计系统噪声情况，进行预测
性维护，检查离线检定/校准后重新安装情况。

4结论
1）在满管零流量下，通过流量管的简化模型，建立流量管的弯曲振动方程，根据流量管在驱动力激励下的稳态响应，推导两检测点的位移响应，并结合流量
管的幅频特性，得到零点与振幅之间的线性关系。

2）在标定实验装置上采集不
同振幅、满管零流量下的两路传感器放大信号，编写过零检测算法计算不同振幅下的零点相位差，建立零点相位差与振幅之间关系的直线，实验验证零点与振幅的线性关系。

3）结合科氏质量流量计的检定规程和不同振幅、不同流量下两路传感器放大信号的相位差，定性分析零点不准确引入测量误差的规律，然后定量分析由振幅引起的零点漂移导致的测量误差，最后针对性地提出避免零点漂移的措施。

结束语
综上所述，通过质量流量计智能诊断系统的建设，将过去各自管理的质量流量计纳入了统一监控，实现了流量计运行状态与计量数据共享，提高了质量流量计的全面感知能力。

智能诊断及短信报警为故障及时处理提供有力支撑，确保计量数据准确性的同时降低了计量纠纷，为提高计量智能化水平打好基础。

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