科氏质量流量计应用中不可忽视的空气浮力修正

时间：2024-07-28

何红想黄耀生

(广州出入境检验检疫局广东广州 510700)

1 前言

利用科里奥利效应原理制造的科氏质量流量计(CMF)(见图 1)因其可以直接测量介质质量流量,适应以质量计量作为结算要求的需要,且具有精度和稳定性高,可以测量密度、温度参数等优点[1],因此在动态计量领域得到了广泛的普及和应用。

图1 科氏质量流量计(CMF)

2 存在的问题

CMF为石油石化行业计量成品油、LPG、轻烃等提供了重要的手段,它的高精度对企业加强生产控制、计量管理和节能降耗起到非常重要的作用。

CMF直接测量的结果是真空状态下的质量。经笔者调查,只有部分企业对其使用的 CMF在检定时进行了空气浮力修正,大部分企业和单位依然按照 CMF直接测量的结果进行贸易结算,而不进空气浮力修正。这与我国现行以“空气中的质量(重量)”作为结算依据的规定相违背,不仅直接导致买方的经济损失,有失计量公平、公正的基本原则,还可能导致卖方对于物料收率和平衡盲目乐观。但是我国现有质量流量计规程《质量流量计检定规程JJG897-1995》[2]和《科里奥利质量流量计 JJG1038-2008》[3]都没有就以上问题作出明确的规定。

3 我国商品贸易计量以空气中的质量(重量)为结算依据

在空气中和在真空状态下,物体的质量一样但重量却不同。在生活和贸易中,衡量物质的量都在空气中进行,物质在空气中称重所获得的数值被称为“空气中的重量”、“表观质量 ”、或 “商业重量”。我国无论是进出口商品重量还是内部贸易重量,如贸易双方无特别说明,通常是按空气中的重量计量。对于石油及液体石油产品计量,我国有明确的国家标准《石油计量表 GB/T 1885-1998》,该标准表明在计算原油或石油产品在空气中的重量时,应进行空气浮力修正;采用衡重法计量时,衡器计量结果直接作为结算依据;采用体积 -重量法计算结算油量,需要将油口密度测量值(实际是反映真空条件下量值)减去空气浮力修正值后乘以相同条件下的体积,或者将计算出的真空状态下质量乘以空气浮力修正系数,从而得到被测介质在空气中的重量[4]。

4 CMF如何应对空气浮力

在油品销售中用 CMF作为计量交接器具,它的计量是否考虑了空气浮力的影响?

要回答这个问题,首先看 CMF管理的重要内容之一——对 CMF的检定。根据《质量流量计检定规程 JJG897-1995》,在采用质量法(即称重法)流量标准装置检定时,通过的液体或固体的实际质量 Ms按式(1)计算:

式中:Ms——液体或固体的实际质量值,kg;M1——检定时标准秤指示的介质质量,kg;

ρe——介质的密度,kg/m3;

ρm——秤在检定时所用标准砝码的密度,kg/m3;

ρa——空气的密度,kg/m3。由于标准秤自身的误差相对于要检定的流量计的允许误差是一个较少的量,因此可以忽略。在此前提下,式(1)的导出过程如下:

在检定流量计时,标准秤在称量介质质量时,实际质量为 Ms的介质在空气中对秤的作用力为介质的重力与空气浮力之差[2],即定此时标准秤的显示值为 M1;用标准砝码检定秤,秤的指示值为 M1(与检定用标准砝码折算质量名义值一致)时,秤实际受到的力为砝码的重力与空气浮力之差,即

从式(1)的推导过程中可以看出,数据处理所用的标准值是标准秤所测介质的真空质量值,也就是说,CMF的测量值是被测介质在工况条件下真空中的质量,不是用于贸易结算的“商业重量”。所以,在我国贸易计量时就不能直接将质量流量计的显示值作为贸易重量来使用。

另外,由质量流量计检定规程可知:质量流量计检定结果给出的是它测量真空质量时的误差(准确度)[2],而介质的真空质量值和空气中的重量有差别,且与介质的密度有直接关系,如表 1所示。

表1 真空质量值与空气中重量值对比

从表 1中可以看出,两者之间相差相当大(现在用于贸易计量CMF的准确度多为 0.10%-0.20%),在密度为 500 kg/m3时误差达到 -0.22%,明显超出 CMF的精度范围,也超出了买卖双方贸易的误差范围。

5 建议

由于我国现在的质量流量计检定规程(JJG897-1995和 JJG1038-2008)中都没有明确规定将CMF检定成“显示、记录为理论的、真空中的质量”,还是检定成“显示、记录为空气中的质量”[5],而卖方在对质量流量计的使用和检定管理方面都处于绝对优势,这就存在卖方为图更大利益故意以 CMF显示值(真空中的质量)直接作为贸易结算量的可能,造成贸易不公,甚至是贸易欺诈。为此,笔者提出以下几点建议:

(1)根据我国和国际上都是以空气中重量作为贸易结算的事实,建议国家主管计量的有关部门尽快修订完善现有的 CMF检定规程,明确要求将 CMF检定成“显示、记录为空气中的质量”,或明确在检定证书上标注“该 CMF直接测量值是介质在真空中的质量,若以该此作为贸易结算依据需要先进行空气浮力修正,换算成空气中的质量”[6]。

(2)将 CMF测量介质在真空中的质量改为测量介质在空气中的重量,这需要改变内部运算的数学模式,测量介质的实时质量和实时密度,输出和显示介质在空气中的重量,这个方案需要流量计生产厂家来实现[7]。

(3)按我国现行计量检定规程检定的 CMF,在实际应用时必须对其显示值进行空气浮力修正,修正公式如下:

Ma=Ms·F

质量流量计系数修正公式如下:

Ka=K·F

式中:Ma——被测介质在空气中的重量,kg;

Ms——质量流量计显示值,kg;

F——将真空中质量换算到空气中重量的换算系数;

Ka——空气浮力修正后的质量流量计系数;

K——未修正的质量流量系数;(注:质量流量计系数是单位质量的流体通过流量计时,流量计发出的脉冲数,它由连接流量计的计算机计算检测。)换算系数 F推导过程如下:

将石油产品在真空中的质量换算到空气中的重量的换算系数来自于等臂天平,一端放着被称的油品质量为 M1,另一端放着平衡它的砝码质量为M2,等臂天平的臂长分别为 a和 b,即 a=b,设油品密度为 ρe,砝码密度为 ρm,空气密度为 ρa。根据两端平衡的条件有:

即将真空中的质量转换成空气中的重量的换算系数为“F”,其具体含义是:在已知标准状态下(温度为 20℃,压力 1.01325×105),ρa=1.1 kg/m3,ρm=8143 kg/m3,根据油品不同密度可由式(2)计算出 F值,或根据密度从表 2中查出 F值[6]。