适用于石油和天然气工业使用的大型科里奥利质量流量计

作者:本网编辑 文章来源:《流程工业》杂志 发布时间:2010-07-05


Optimass2000型科里奥利质量流量计有着较大的公称口径,最适合于在石油和天然气领域中使用。

凡是对流量测量精度要求高的应用场合,如石油和天然气的计量,一定会用到科里奥利质量流量计,KROHNE公司为这一应用领域提供了可行的解决方案。

上世纪80年代中期,许多生产科里奥利质量流量计的企业,还有一些新近加入这一领域的企业都在努力研发属于“未来型”的科里奥利质量流量计。但是,只有少数几个企业生存了下来,另外的一些企业不是被其他大型企业兼并、改生产其他产品,就是自己了无声息地退出了这一领域。科里奥利质量流量计问世之初,其尺寸规格非常小,通常的公称口径只有1/2"~2"(公称直径DN 15~DN 50),而且只能用于液体或者液化气体的检测。在那之后,进入了更小尺寸规格科里奥利质量流量计的研发阶段,那时研发生产的科里奥利质量流量计的口径只有1~6mm。而新产品的研发工作至今从未中断过。

在过去的一年中,科里奥利质量流量计有两个发展趋势是值得一提的:一是科里奥利质量流量计越来越多地用于对气体介质的检测;另一个发展趋势是适合于大直径管道质量流量检测的科里奥利流量计受到越来越多的欢迎。而在石油和天然气工业领域中越来越广泛的应用,尤其是石油产品大批量的质量流量检测应用,是推动科里奥利流量计向6"~10"的大口径(DN 150~DN 250)发展的动力。石油和天然气精炼是继化学工业和石化工业之后,科里奥利质量流量计的第二大市场。除了已经在这一领域中占有市场的流量计生产企业外,不久前又有两家企业进入了科里奥利质量流量计的生产领域,推出了大口径的质量流量计。KROHNE公司的新产品Optimass 2000共有三种不同的口径尺寸:S100(DN 100/150),S150(DN 150/200)和S250(DN 250/300)。

直管式设计

市场中常见的大口径质量流量计大多数都需占用较大的空间,而且价格也相对昂贵,同时维护保养费用不菲。这些质量流量计一般都安装在管道的U型、Ω和V型的收缩部位,因此,大口径的流量计设计必然要占用较大的空间。在Optimass 2000型的研发设计初期,KROHNE公司完成了大量的调查和研究,以便使自己的技术能够最大程度地满足潜在的工业用户的要求。通过研究,他们认为科里奥利流量计的尺寸大小和重量是用户非常关注的问题,这一现象在石油和天然气生产企业和供应商中表现的尤为明显。KROHNE公司按照这些条件和要求开始了他们新产品的研发,依据其多年直管技术的经验和领先优势,成功研发了直管式科里奥利质量流量计。

Optimass 2000型科里奥利质量流量计的特征是双直管设计,在这一设计中其对直管的长度进行了优化,以便获得稳定的科里奥利信号,从而也保证了在流量较低的情况下有稳定的检测精度和基准零点。这一点在对氢的检测中非常重要,因为在液态氢的输送过程中为了避免静电,液氢的运送速度不得超过规定的流动速度。此外,在一些具有计量功能的检测中,许多用户要求有一定的检测应力。


优化了的分流器能够最大程度地降低压力损失。

不锈钢材料制造

大口径科里奥利流量计的设计还考虑了美国腐蚀工程师协会(NACE)的技术要求。因为在检测含有硫的石油时,由于硫化作用可以引起金属产生裂纹,因此美国腐蚀工程师协会规定了允许使用的金属材料和专门的焊接工艺。为了满足NACE规范的要求,所有的检测管以及被测介质流通件和法兰使用的都是双相不锈钢(UNS S31803/ DIN 1.4462)材料制造的。石油和天然气工业提出的另一个要求是耐压,石油天然气生产企业中的最高压力为150bar。Optimass 2000科里奥利质量流量计设计时采用了DGRL压力容器技术规范,满足了耐高压的要求,从而也最大程度地保障了流量计的可靠性。另外,这种科里奥利流量计也可与耐压达PN 160或者ASME 1500lb的耐高压法兰连接,可以使用口径达DN 300或者12"的连接法兰。

质量流量计有一个不锈钢材料制造的圆柱形外壳,内有可耐100bar高压的防爆腔。从而保证了即使出现非常罕见的意外,被测液态介质也能被留在耐高压的金属外壳内部,不会外泄。如果管道中的工作压力超过了防爆腔能够承受的100bar的压力,防爆腔则会紧帖在圆柱形外壳上,从而保障了很高的安全性。

为了保障压力损失尽可能的小,避免在大流量检测时出现气蚀,对分流器进行了一系列的性能优化。他们的250规格的科里奥利质量流量计、一种可以每小时检测2300t液体介质的流量计会告诉您优化的最终结果。


流量计内部的压力补偿可以实现精确的密度检测,从而保障了流量的准确计算。

密度检测满足耐压要求

在科里奥利质量流量计的研发设计中,对测量管材料和技术规范的选择提出了很高的要求。一方面,检测管的壁厚必须满足一定的耐压要求;另一方面,壁厚还要尽可能的薄,以便能够准确地传递科里奥利信号。而且,检测管的长度和传感器的形状也有重要的作用。另一个需要解决的问题是:减少压力对科里奥利流量计检测性能的影响。在使用弧形检测管的科里奥利流量计中,还要考虑“布尔登效应”的影响(流体压力增强了测量振动管绷紧效应)。在管簧压力流量计中利用的就是这一效应。但是,在大口径直管中,当直管中液体压力较大时检测管的刚性也受到这一效应的影响。生产厂迄今为止使用的是外部的压力检测,以补偿和排除这种压力作用的影响;或者将工作压力作为一种固定值输入到电气控制系统中,由电气系统负责补偿校正。第二种方法只适合于工作压力恒定的情况。

KROHNE公司研发了一种新的利用密度检测来补偿承受压力作用的方法,并申请了专利。他们沿检测管径向设置了一个应变片,由应变片采集检测管受压后的变形量数据。按照这种方法由密度检测进行调整补偿。由于质量流量计是通过质量和密度来计算流量的,因此,这种方法可以在不同的工作条件下进行稳定的流量检测。

分体式电气控制系统

KROHNE公司经过了多方面测试选择了分体式的电气控制系统,从2002年起配备到所有的KROHNE科里奥利质量流量计中。从而保证了标定数据的双倍安全。所谓的分体控制是指:集成在传感器中的控制电路保存了一份标定数据,另一份数据保存在MFC300转换器中。所有模拟信号的处理都在传感器控制电路中完成,将这些模拟数据转换成数字数据,对检测到的数据进行计算,最后经通信系统(Modbus RTU总线系统)发送给MFC 300转换器。

MFC 300转换器中有所有的可编程序的参数,使用户可以进一步扩展科里奥利质量流量计的应用。此外,科里奥利传感器也可不与MFC 300转换器配套使用。这种经济而又轻便的使用方式对于OEM主机生产厂和海洋石油工业企业是非常有吸引力的。在这种配置形式中,传感器检测到的数据信号直接经Modbus RTU总线系统发送给流程控制系统;或者发送给上一级控制计算机。而且这种配置形式的传感器也具备MFC 300转换器应具备的所有功能。

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