液體容積式流量計常常會因為被測介質(zhì)溫度變化而產(chǎn)生計量示值附加誤差。根據(jù)我國《液體容積式流量計檢定規(guī)程》要求,測量所使用溫度計的***大允許誤差對檢定結(jié)果所造成的影響不能超過流量計***大允許誤差值的1/10。因此在現(xiàn)場進(jìn)行直接檢定讀取溫度時,就必須在將溫度帶入計算公式過程中考慮這一誤差,并進(jìn)行適當(dāng)?shù)臏囟刃拚?降低其對檢定結(jié)果所帶來的度影響,以此為工作的準(zhǔn)確性提供合理保障。

液體容積式流量計主要運用到了機械測量元件,它將流體持續(xù)分隔成為單位體積并實施累加計量,***后計算出總體積并獲取流體計量結(jié)果。在工業(yè)應(yīng)用過程中,容積式流量計需要實現(xiàn)在管道中的持續(xù)流體體積測量,它的基本工作流程如下:首先讓流體持續(xù)注入并充滿計量空間,其次再將這些流體送到出口流位置進(jìn)行測量。隨著流體不斷累加進(jìn)入計量空間并反復(fù)充滿,將流體總體積與計量空間體積相乘,就可以得出流體通過容積式流量計的流量總量。

一般情況下液體容積式流量計都會采用固定標(biāo)準(zhǔn)的小容積計量空間來計量所通過管道的流體體積。而所流經(jīng)的計量空間主要由流量計轉(zhuǎn)動部件與儀表殼內(nèi)壁所共同組成,這樣的構(gòu)造與工作原理就形成了液體容積式流量計的4大特征,即計量度高、適用于高粘度液體測量、測量范圍度寬以及安裝管道條件不會影響計量精度[1]。

按照《液體容積式流量計檢定規(guī)程》規(guī)定,液體容積式流量計的流量計精度要達(dá)到0.2甚至更別。這主要是迎合了它依靠計量基本單位容積個數(shù)來實現(xiàn)對累計流體流量的計算,它的計算公式為:Q=∑dq

在該算式中,Q就代表了通過計量空間的流體總量,而代表計量空間的基本單位容積。在流體不斷進(jìn)入計量空間時,受到外界溫度變化影響,計量空間的轉(zhuǎn)動部件與儀表殼會發(fā)生體積變化,它也直接會導(dǎo)致dq容積發(fā)生一定變化,如下式:dq=f(Δt)

因為液體容積式流量計在出廠時都有被標(biāo)定調(diào)整的固定儀表系數(shù),所以一旦dq發(fā)生變化,就會使得其后的流體流量總量測量受到影響,極有可能產(chǎn)生附加誤差,使液體容積式流量計的***終檢測結(jié)果缺乏高精度。

再進(jìn)一步針對液體容積式流量計的測量對象液體來說,液體顯然會存在熱脹冷縮現(xiàn)象,因為它的密度就是溫度的函數(shù)。當(dāng)液體密度發(fā)生變化時,就有:

在該算式中,假設(shè)d20為在20℃下測量液體的密度(kg/m3),dt表示在t℃中測量液體的密度(kg/m3),Uk表示所測量液體的膨脹系數(shù)。因為液體容積式流量計所計算的是液體體積,如果液體發(fā)生溫度變化,它的體積也會隨之變化,但流量計所指示的僅為在該溫度(20℃)下液體的體積量。當(dāng)溫度發(fā)生較大變化以后,如果不能將固定指示溫度值改為特定指示溫度值,也會為測量結(jié)果帶來極大的檢測附加誤差。因此,必須為液體容積式流量計構(gòu)建數(shù)學(xué)模型,明確溫度影響所帶來的影響效果[2]。

在液體容積式流量計中的體積管檢定過程中,首先要將被檢定流量與標(biāo)準(zhǔn)體積管串聯(lián)起來,當(dāng)液體流體全部通過流量計體積管時,啟動體積管內(nèi)置換器,讓其隨流體流動方向運動進(jìn)而觸發(fā)流量計中檢測開關(guān),發(fā)出測量信號,以脈沖數(shù)的形式記錄在流體經(jīng)過管道期間的流量總量。經(jīng)過脈沖數(shù)換算,就可以初步檢定流體流經(jīng)管道過程中流量計的具體流體體積,同時將此流量體積與管內(nèi)溫度及壓力值進(jìn)行容積值對比,就可以得到被檢測液體容積式流量計的具體示值誤差,并圍繞此誤差來構(gòu)建數(shù)學(xué)模型,具體計算液體容積式流量計的體積管處流體實際體積,其計算公式如下

在上述計算公式中,V代表液體容積式流量計體積管中液體的實際體積(L),Vs代表體積管標(biāo)準(zhǔn)體積(L),ps代表體積管內(nèi)流體的表面壓力平均值(Pa),D代表體積管的實際內(nèi)徑(mm),e代表體積管壁實際厚度(mm),Es代流量計體積管的具體彈性模量(Pa),βs代表體積管的實際膨脹系數(shù)(℃-1),ts代表體積管內(nèi)流體的平均溫度(℃)。基于以上指標(biāo)為體積管修正體積,計算流體體積通過流量計中所累積的實際流量值,給出以下計算公式:

在上式中,Qs代表被檢測流量計中流體的實際值(L)(VCF20)s和(VCF20)m分別代表體積管和流量計內(nèi)20℃溫度環(huán)境下流體的體積修正系數(shù),κ是流體的壓縮系數(shù)(Pa-1),而pm代表流量計中液體表的平均壓力值(Pa)。根據(jù)上述指標(biāo)再進(jìn)行液體容積式流量計的示值誤差計算,Em為:

按照上文3個計算公式進(jìn)行推斷,隨著外界溫度的不斷變化,就會引起液體容積式流量中流體體積修正系數(shù)的變化?？紤]到流體體積系數(shù)計算相對復(fù)雜,難以確定,所以一般情況下難于對其進(jìn)行固定的定量分析。如果在溫度計讀數(shù)時不能進(jìn)行合理修正,它就會直接影響到液體容積式流量計在隨后的流體體積總量計算,將附加誤差快速傳遞到流量計的一系列計算中,它所導(dǎo)致的后果必然會對檢定工作帶來巨大影響[3]。

現(xiàn)如今,關(guān)于液體容積式流量計的使用已經(jīng)相當(dāng)廣泛,對它的現(xiàn)場檢定工作要利用溫度計來完成。對溫度計的要求就是要保證它的基本分度值達(dá)到0.1~0.2℃,且測量值要保證在0~70℃。以石油化工企業(yè)為例,在測量070℃的普通石油焦化產(chǎn)品時一般選擇玻璃液體溫度計,同時遵循《工作用玻璃液體溫度計》中相關(guān)規(guī)范,確保溫度測量讀取的***大溫度計允許誤差不能超過±0.15℃。因此如果完全不考慮溫度計讀數(shù)修正問題,單體溫度計的***大引入誤差就應(yīng)該為±0.15℃范圍。在利用體積管檢定液體容積式流量時還需要進(jìn)行流量計處讀取、體積管進(jìn)出口溫度測量,這些測量工作可能為流量計與體積管之間帶來較大溫差(0.4℃以上)。但如果按照《液體容積式流量計檢定規(guī)程》就可以明確在每一次檢定過程中都要嚴(yán)格規(guī)范檢定介質(zhì)溫度變化,確保其檢定介質(zhì)溫度變化范圍不能超過0.5℃。因此上述的流量計與體積管溫差在0.4℃時,也是能夠滿足檢定標(biāo)準(zhǔn)的。

對石油化工企業(yè)而言,如果它的實際輸油溫度為24℃。那么它的液體容積式流量計、體積管管壁包括體積管進(jìn)出口出實際溫度都應(yīng)該控制統(tǒng)一保持在24℃。當(dāng)溫度計讀數(shù)沒有被修正時,液體容積式流量計與體積管就很有可能出現(xiàn)涉及溫度計讀數(shù)的若干狀況,如表1。

表1中所用體積管其標(biāo)準(zhǔn)容積為4048L,體積管溫度是進(jìn)口與出口溫度之間的平均值,流量計壓力在0.300MPa,體積管的實際壓力為0.270MPa。根據(jù)此表1可以見得如果不對溫度計讀數(shù)作出任何修正,當(dāng)溫度超出標(biāo)準(zhǔn)固定范圍就會導(dǎo)致液體容積式流量計本身出現(xiàn)示值誤差,進(jìn)而產(chǎn)生度偏移。舉例來說,如果液體容積式流量計所讀取溫度比實際外界溫度更高,那么該流量計的示值誤差就一定朝負(fù)方向發(fā)生大量偏移,如此一來流量計所顯示誤差就會比實際誤差要更小。也就是說,液體容積式流量計與體積管處會隨著溫差的增大而導(dǎo)致示值誤差向負(fù)方向偏移越大。但當(dāng)在體積管處讀取到其平均溫度值高于外界實際溫度時,液體容積式流量計的誤差便宜就會降低,具體偏差百分比為:

如果體積管處所讀取到的平均溫度值小于外界實際溫度值,則液體容積式流量計的實際示值誤差就會出現(xiàn)較大偏移,***大示值誤差可以達(dá)到0.0960。在這里假設(shè)液體容積式流量計的準(zhǔn)確度為0.3級,通過溫度計讀數(shù)修正引入誤差,如果所引入誤差超出檢定規(guī)程標(biāo)準(zhǔn)要求,就有必要對溫度計讀數(shù)進(jìn)行相應(yīng)修正,這一點不能在現(xiàn)場檢定過程中有所忽略。再舉例來說,某石油企業(yè)輸油站每年原油輸油量在2000萬m3以上,如果在輸油過程中未對輸油管道體積管進(jìn)行溫度計讀數(shù)進(jìn)行修正,就有可能導(dǎo)致收油一方每年損失至少100m3的原油量,而***大時可以達(dá)到9600m3,可見溫度計讀數(shù)修正對液體容積式流量計的檢定結(jié)果影響之大。因此,在現(xiàn)場進(jìn)行液體容積式流量計檢定過程中,應(yīng)該盡可能對溫度計讀數(shù)進(jìn)行合理修正,降低它對于流量計示值誤差的度影響。如果溫度計讀數(shù)修正值偏大,就可以依據(jù)溫度計檢定證書中所規(guī)定的溫度值進(jìn)行修正,如果溫度計讀數(shù)修正值偏小,則要選定一個修正值,然后根據(jù)該選定值,確定流體流動方向,再試圖降低溫度,確保交接計量的高精度[4]。

本文探討了基于液體容積式流量計的現(xiàn)場流量計檢定過程,主要圍繞溫度計讀數(shù)修正值來確認(rèn)其對檢定過程的影響,盡可能降低流量計對流體體積總量計算的誤差,進(jìn)而提高檢定結(jié)果度,并保證液體容積式流量計的計量性準(zhǔn)確可靠。