無脈動(dòng)、低噪音、振動(dòng)小、壽命長(zhǎng), 準(zhǔn)確度等級(jí)高、高可靠性、流量范圍大等優(yōu)點(diǎn), 使UF-Ⅱ螺旋轉(zhuǎn)子流量計(jì) (以下簡(jiǎn)稱“UF-Ⅱ”) 廣泛用于石油、化工、碼頭等行業(yè)的油品貿(mào)易計(jì)量和管理控制。本文項(xiàng)目選用了2臺(tái)LB834-112型表, 安裝于某石化成品油碼頭5#躉船。

  整個(gè)數(shù)采系統(tǒng)由操作站、控制站、報(bào)表機(jī)、躉船顯示和網(wǎng)絡(luò)通信部分組成, 如圖1所示。

  操作站硬件:DELL服務(wù)器PE2500P3/933/512M/36G/19。

  軟件:WNT4.0、IFIX2.6 (有限點(diǎn), 300點(diǎn)) 、VB6.0、Access數(shù)據(jù)庫(kù)、Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)、計(jì)量監(jiān)控操作應(yīng)用系統(tǒng)。

  貿(mào)易交接用CMF:Micro Motion公司D600配9739。

  數(shù)采控制站以GE-FANUC-90 30PLC為基礎(chǔ)組成。選PLC是其系特殊體系結(jié)構(gòu)的工業(yè)計(jì)算機(jī), 經(jīng)過30多年發(fā)展, 功能已有極大提高, 不僅能實(shí)現(xiàn)邏輯判斷、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)等順序控制功能, 還具有算術(shù)運(yùn)算、對(duì)模擬量進(jìn)行控制等功能。它面向控制過程及面向問題的編程語言, 既保持了傳統(tǒng)控制線路的清晰直觀特點(diǎn), 又顧及了大多數(shù)電儀技術(shù)人員的讀圖習(xí)慣及微機(jī)應(yīng)用水平。同時(shí)PLC專為惡劣工業(yè)環(huán)境設(shè)計(jì), 能在電噪聲很強(qiáng), 電磁場(chǎng)干擾、機(jī)械振動(dòng)、溫濕度變化都很大的環(huán)境中使用。

  控制站以模件IC693APU300接收UF-Ⅱ脈沖。其他模件有:CPU模件IC693CPU360、協(xié)處理模件IC693PCM311、以太網(wǎng)卡轉(zhuǎn)換器IC649AEA102、以太網(wǎng)接口模件IC693CMM321、模擬量輸入模件IC693ALG223、開關(guān)量輸入模件IC693MDL646、電源模件IC693PWR321等;軟件有LOGICMASTER90編程軟件, (VER9.02) MEGABASIC等。系統(tǒng)與CMF通信用RS-485方式, 標(biāo)準(zhǔn)Modbus協(xié)議, RTU模式;通信參數(shù)為:9600b/s、8位數(shù)據(jù)位、1位奇校位、1位停止位, 按周期輪詢采集累計(jì)量、瞬時(shí)流量、密度、溫度信號(hào)。

  功能和特殊要求:計(jì)量管理系統(tǒng)從控制站讀入現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù), 進(jìn)行記錄、處理與監(jiān)控操作, 以及數(shù)據(jù)登錄等, 實(shí)時(shí)性強(qiáng), 系統(tǒng)操作權(quán)完全由應(yīng)用系統(tǒng)控制, 不允許隨便退出應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)入操作系統(tǒng)。2#操作站運(yùn)行的躉船顯示程序和批量裝船語音報(bào)警程序在系統(tǒng)中功能非常重要, IFIX通過后臺(tái)功能定時(shí)調(diào)用其運(yùn)行。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)記錄在該機(jī)的歷史數(shù)據(jù)庫(kù)中, 批量裝船實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)記錄在該機(jī)的Access數(shù)據(jù)庫(kù)中。該機(jī)安裝Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)兼做服務(wù)器, 與1#站互為備用, 各監(jiān)控操作畫面相同。與企業(yè)互聯(lián)網(wǎng)用戶機(jī)交換的數(shù)據(jù)存在1#站的Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)中, 并與上級(jí)網(wǎng)通信。

  UF-Ⅱ是通過一對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行測(cè)量的, 要求被測(cè)介質(zhì)純凈度高, 應(yīng)安裝合格的過濾裝置。在非連續(xù)使用場(chǎng)合再次使用時(shí), 須注意氣穴等增大計(jì)量誤差。若介質(zhì)可能氣化發(fā)生氣液兩相時(shí), 氣體分離器是保證準(zhǔn)確計(jì)量的必備裝置。為取信用戶, UF-Ⅱ測(cè)量點(diǎn)應(yīng)盡量靠近油船, 避免表下游管線儲(chǔ)量引發(fā)異議。

  UF-Ⅱ有電子、機(jī)械兩種計(jì)數(shù)表頭供選, 轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)經(jīng)傳動(dòng)部件磁耦合給變換單元, 保證儀表密封。變換單元將轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)數(shù)換算為流量當(dāng)量傳遞給計(jì)數(shù)單元, 經(jīng)計(jì)數(shù)單元前置電路整形處理, 形成計(jì)數(shù)脈沖, 表頭累積顯示, 也可遠(yuǎn)傳。這里需要強(qiáng)調(diào)兩種表頭磁耦合的區(qū)別:電子表頭的信號(hào)耦合由傳動(dòng)板上嵌入的小磁石承擔(dān), 傳動(dòng)板與探頭的間隙僅1mm, 其間充滿被測(cè)介質(zhì);機(jī)械表頭配套的內(nèi)外耦合磁鋼間間隙也很小, 但在密封腔體外, 其間無介質(zhì)。若介質(zhì)中無鐵磁物質(zhì), 兩者無優(yōu)劣之分。

  可成品油因加工與輸儲(chǔ)容器內(nèi)壁腐蝕, 其中懸浮有視力不能分辨的鐵屑微粒。盡管配套過濾器可防止固體物質(zhì)卡住轉(zhuǎn)子, 且濾網(wǎng)孔很小, 但鐵微粒仍可通過。此時(shí)用電子表頭, 油品進(jìn)入腔體夾帶的鐵微粒便可能被磁石吸引, 日久便聚集到傳動(dòng)板上磁石部位很小間隙里, 造成該部位磨損損壞。此現(xiàn)象筆者尚未見過報(bào)道, 希望能引起重視。因此, 介質(zhì)中若有鐵磁物質(zhì), 宜用機(jī)械表頭。

  在計(jì)量汽油等低黏度介質(zhì)時(shí), 若用滾珠軸承會(huì)因嚴(yán)重磨損而影響流量計(jì)的準(zhǔn)確度等級(jí)和壽命。但石墨軸承具有優(yōu)良的耐磨性, 在測(cè)量低黏度介質(zhì)時(shí)性能較滾珠軸承優(yōu)越得多。另外, 介質(zhì)中含有微粒會(huì)影響滾珠軸承流量計(jì)的準(zhǔn)確度等級(jí), 而對(duì)石墨軸承儀表影響很小。但是, 石墨軸承須在油質(zhì)環(huán)境里運(yùn)行, 若置身氣體, 軸承和軸之間則會(huì)因?yàn)楦咚傩D(zhuǎn)而快速磨損甚至破碎。所以, UF-Ⅱ運(yùn)行時(shí)腔體內(nèi)必須充滿介質(zhì)使石墨軸承得到保護(hù)。若UF-Ⅱ用于裝船或裝在管線末端, 送油結(jié)束后, 若儀表出口無相應(yīng)背壓維持存油, 會(huì)使計(jì)量腔內(nèi)進(jìn)入空氣, 易致石墨軸承磨損破碎。在儀表出口加裝向上高于計(jì)量腔的彎管, 保證腔內(nèi)始終充滿介質(zhì), 是簡(jiǎn)單卻十分有效的措施。工藝需要對(duì)輸油管線用水頂線處理時(shí), 水不宜直接通過流量計(jì), 浸入石墨軸承間隙的水可能會(huì)對(duì)軸承造成損傷。用蒸汽試漏、吹掃更是不允許的。

  UF-Ⅱ電子計(jì)數(shù)單元輸出 (4~20) m A的電流脈沖, 可直接按圖2a連接到PLC脈沖模件IC693APU300, 只需注意調(diào)整電阻R, 使脈沖的高低電平20R與4R匹配PLC的門檻電壓即可。其他積算設(shè)備類似。

  在選用機(jī)械式表頭配無接點(diǎn)脈沖發(fā)信器PG30DEP時(shí), 情況要復(fù)雜一些。GE公司PLC脈沖模件IC693APU300的輸入阻抗很低, 簡(jiǎn)單按說明書圖2b接線, 則送到PLC的脈沖幅值大大降低, 不及PLC的門檻電壓, 系統(tǒng)無法取到有效信號(hào)。按兩者I/O特性設(shè)計(jì)的接口電路如圖3所示, 圓滿解決了機(jī)械計(jì)數(shù)部件PG30DEP到脈沖模件IC693APU300的信號(hào)匹配問題。

  我國(guó)油品交接采用空氣中的質(zhì)量 (噸) , A廠在質(zhì)量流量計(jì)檢定時(shí)已讓技術(shù)機(jī)構(gòu)對(duì)流量系數(shù)F進(jìn)行了空氣浮力修正。Micro Motion的D600配9739變送器的密度測(cè)量準(zhǔn)確度為0.001kg/m3, 也是高準(zhǔn)確度在線密度測(cè)量?jī)x。油船裝量從數(shù)百到數(shù)千噸, ***長(zhǎng)達(dá)十多個(gè)小時(shí)。就密度溫度而言, 系統(tǒng)所采數(shù)據(jù)的平均值是總體期望值的無偏有效估計(jì)量。因此, UF-Ⅱ輸出的脈沖經(jīng)PLC接收累計(jì)后, 與儀表系數(shù)及系統(tǒng)取自CMF的平均工況密度ρ工況平均值、平均工況溫度T平均運(yùn)算, 形成UF-Ⅱ的工況體積量、質(zhì)量量與標(biāo)況體積量。

  ρ工況平均值 (kg/m3) 是系統(tǒng)讀取CMF測(cè)得介質(zhì)密度ρ剔除粗差后的算術(shù)平均值, 算法如下:

  式中:i=1……n;j=1……m;m<n。式 (1) 、式 (2) 為極端情況考慮, 可省略。

  T平均計(jì)算方法與ρ工況平均值相同。各手段計(jì)量結(jié)果比對(duì)報(bào)告形式如表1所示。表1中符號(hào)定義為:

  M:質(zhì)量流量計(jì)計(jì)量值 (t) ;V:從鍵盤輸入分析密度、油罐前后液位、罐號(hào)、罐油溫等, 系統(tǒng)計(jì)算的人工檢尺 (罐量) 發(fā)油量 (t) ;QM:UF-Ⅱ測(cè)量的工況體積QV用ρ工況平均值換算后的介質(zhì)質(zhì)量 (t) ;用T平均換算后的介質(zhì)標(biāo)況體積QN (m3) 。

  系統(tǒng)于2015年3月到5月重點(diǎn)進(jìn)行了107個(gè)批量比對(duì), 因篇幅所限, 僅將CMF與UF-Ⅱ換算的質(zhì)量量比對(duì)數(shù)據(jù)列于表2。CMF與UF-Ⅱ的測(cè)量示值誤差均為±0.2%, 比對(duì)結(jié)果得到了驗(yàn)證。

  UF-Ⅱ的Qm對(duì)CMF的驗(yàn)證, 以及QV、QN對(duì)艙容表的驗(yàn)證, 對(duì)保證油品計(jì)量準(zhǔn)確, 維護(hù)企業(yè)信譽(yù)起到了積極作用。UF-Ⅱ投用一年多來, 在該躉船的油品交接中, 幾乎未發(fā)生計(jì)量異議。