质量流量计提高精度的若干措施

质量流量计提高精度的若干措施

王思佳

油气集输总厂

目前油田生产中联合站、转油站所使用的质量流量计口径涵盖DN50、DN80、DN100等，质量流量计不仅可用于液体和气体的质量流量测量，还可以测量流体密度和流体温度等参数。并基于上述参数，并通过计算得到其他变量，例如：体积流量、介质体积流量等。可以对各种不同特性的流体进行测量。具有稳定的流量测量、高精度、维护简单、操作方便、安装方便等优点，但质量流量计对于多介质流体以及含气量较多的混合流体的测量精度还有待于提高，混合液中含气量、含沙量较高，对质量流量计瞬时流量、含水率等参数计量有较大影响，为此，本文提出质量流量计计量精度优化设计，有效提高质量流量计的测量精度。

1质量流量计技术原理

1.1质量流量计的基本原理

质量流量计是一种直接而精密地测量流体质量流量的新颖仪表，以结构主体采用两根并排的U形管，让两根管的回弯部分相向微微振动起来，则两侧的直管会跟着振动，即它们会同时靠拢或同时张开，即两根管的振动是同步的、对称的。如果在管子同步振动的同时，将流体导入管内，使之沿管内向前流动，则管子将强迫流体与之一起上下振动。众所周知，

当一个位于旋转系内的质点作朝向或者离开旋转中心的运动时，将产生一惯性力。这个质点将获得两个加速度分量：法向加速度ar和切向加速度at(科里奥利加速度)，当密度为ρ的流体在旋转管道中以恒定速度υ流动时，任何一段长度Δx的管道都将受到一个ΔFc的切向科里奥利力。

ΔFc=2ωvρAΔx

式中：A为管道的流通内截面积。由于质量流量计流量即为δm，δm=ρυA，所以

ΔFc=2ωδmAΔx因此，直接或间接测量在旋转管道中流动流体产生的科里奥利力就可以测的得质量流量，这就是质量流量计的基本原理。

1.2质量流量计在两相流体环境下的计量方法

对于两相流体，质量流量计可以计算出溶液或溶质的质量百分比或体积百分比。基本计算公式(不带温度补偿)如下：(1)Mass[%]=D2·(p-D1)/p·(D2-D1)·100%；

(2)Volume[%]=(p-D1)/(D2-D1)·100%；

式中：D1为溶液的密度(例如水)；D2为溶质的密度(例如原油)；P为所有介质的密度；Mass[%]为质量流量；Volume[%]为体积流量。

2质量流量计计量精度的优化设计

为了解决原油交接过程中质量流量计因含气较高影响计量精度的问题，提出了应用适合含气含沙工况含水分析仪实时采集混合液含水率、通过测控系统同时采集含水分析仪与质量流量计数据，按照原油质量公式自动生产原油交接产量的解决方案。

2.1含水分析仪的选择。在质量流量计计量精度优化设计中含水分析仪的选择至关重要，含水分析仪在测量精度上不但要满足改造需要，同时要具有检测含气、含沙等复杂生产工况的能力，能够准确测量管线内实时含水率，最终选择的在线含水分析仪为射频含水分析仪，口径选取为DN50，信号输出接口选择4～20mA电流。该射频含水率分析仪，利用复合高频法测量流体复杂介电性能来分析液体和水的浓度。当绝缘流体(比如原油)在两个同轴电极之间流过时，分析仪测量它的电容量的变化。电容量的变化同流体的绝缘常数变化成比例。同时，分析仪测量介质温度并进行温度补偿。由微处理器运用数学算法把测得的电容值转换成含水量以百分比为单位输出，仪器分辨率达0.01%，测量精度达到±0.5%，满足优化设计中对于含水分析仪的精度需求。

2.2质量流量计计量精度优化原理

利用射频含水分析仪，采集测量管道内混合液的实时含水率，采集频率1S。通过质量流量计采集管道内混合液的瞬时流量，采集频率为1S，通过公式计算如下：

S·(1-H)=V式中：S为混合液瞬时流量；H为实时含水率；V为原油瞬时液量体积。

m=ρ·V式中：m为该管道内原油瞬时质量；ρ为通过手动向测控系统植入原油密度。

m2=24·60·60·m式中：M为每日原油质量。

可以最终得出优化后的每日原油外输量。将(1)、(2)、(3)式写入通过编写下位机S7-300测

控系统程序，下位机程序每秒进行运算一次，得出管线内每秒的原油量，在进行累加，最终得出油田每日原油外输量。

2.3原油计量交接数据自动生成与远程实时监测

2.3.1原油计量交接数据自动生成。将射频含水分析仪的实时含水率与质量流量计的混合液瞬时流量两个参数以电信号的形式远程传送至测控系统内，通过编写下位机S7-300测控系统程序，下位机程序每秒进行运算一次，得出管线内每秒的原油量，在进行累加，最终得出每日原油外输量。

2.3.2原油计量交接数据远程实时监测。编写上位机人机界面程序，对原油交接计量中所有采集的生产数据进行整合，形成单独界面，岗位员工可以更直观、快捷的监测到的原油交接计量所有实时数据如温度、压力、含水、瞬时流量、累计油量等，并在界面中设置原油密度参数，并设置密码权限，管理人员可通过输入密码的方式修改原油密度，通过定期化验原油密度植入系统中，使得原油计量交接更加的准确、公开、透明。

3现场应用效果

质量流量计计量精度优化自现场应用以来运行良好，PLC显示屏可实时准确显示现场质量流量计及含水分析仪各类生产数据，含水误差每提高1%，液量误差提高12m3，纯油量误差提高0.8t，目前累计减少原油计量误差168t，有效减少原油交接计量误差，减少计量纠纷。

4认识

(1)外输原油中含气问题是质量流量计使用的一大障碍，合理的工艺流程优化改造设计可以使质量流量计的计量精度得到进一步的提高。(2)在生产流程中通过在线直接测量管线内含水与质量流量计实时测量数据相结合，在经过测控系统的计算，可以得到更加精确的原油值，通过一段时间的实际使用结果可以看出，此次技术改造可以更加准确计算出油田每日的纯油量，避免可人工计算带来的误差，减少了因计量误差带来的不必要的计量纠纷。(3)通过测控系统与传统一次表相结合，减少了岗位员工手工计算的误差，提高了测量与精确性、稳定性与可靠性，保障了计量交接的准确。

参考文献

[1]如何确保质量流量计计量的准确性[J].刘宝权,张波,赫娟,罗小林.石油工业技术监督.2017(08)