Коротко: обе технологии применяются для коммерческого учёта при наливе автоцистерн, и выбор зависит больше от продукта и режима эксплуатации, чем от самого счётчика. Если продукт продаётся по массе, его плотность меняется от партии к партии или по одной линии проходят продукты разной плотности, кориолисовый расходомер сокращает расчётную цепочку, поскольку напрямую измеряет массу и плотность. Если продукт продаётся по объёму при стандартной температуре, он чистый, его вязкость стабильна, а на объекте уже есть объёмная поверочная установка, объёмный (камерный) счётчик, далее PD-счётчик, часто оказывается сильным кандидатом.
Эта оценка относится к однофазным жидкостям; дополнительные ограничения для СУГ, СПГ, продуктов с твёрдыми частицами и продуктов, наливаемых в нагретом состоянии, рассмотрены отдельно ниже. Состав блока, пломбирование и товарно-транспортный документ описаны на странице блоков коммерческого учёта для налива автоцистерн и здесь не повторяются; статья посвящена только выбору технологии счётчика.
Сначала определите единицу расчёта
До обсуждения технологии в договоре должно быть указано, какая величина продаётся: масса, объём при установленной стандартной температуре или объём при условиях измерения (рабочий объём). Каждая технология даёт одну из этих величин напрямую, а остальные через пересчёт.
· Продажа по массе: Кориолисовый расходомер измеряет массу напрямую. PD-счётчик измеряет объём; для получения массы нужна плотность от поточного плотномера или из анализа партии. Системы косвенного определения массы, объединяющие объёмный счётчик и поточный плотномер, отдельно рассматриваются в дополнении к главе 21.2 API MPMS.
· Продажа по объёму при стандартной температуре: Рабочий объём, измеренный PD-счётчиком, приводится к стандартному объёму поправкой на температуру и при необходимости на давление. В кориолисовом расходомере стандартный объём получают делением измеренной массы на плотность при стандартной температуре; плотность, измеренная в потоке, не является стандартной, поэтому и здесь нужен метод пересчёта.
· Продажа по рабочему объёму: Если договор определяет количество как объём при условиях измерения, это естественный выход PD-счётчика; кориолисовый расходомер вычисляет ту же величину из массы и плотности в потоке.
Для сырой нефти, нефтепродуктов и смазочных масел метод поправок на температуру и давление приведён в главе 11.1 API MPMS; этот документ не распространяется на СУГ и ШФЛУ. Для этих продуктов метод пересчёта необходимо определить отдельно, независимо от выбранной технологии.
Учебный пример: плотность в потоке вместо стандартной плотности
Пример сценария (принятые значения): в секцию автоцистерны через кориолисовый расходомер наливают 25 т дизельного топлива, продажа ведётся по объёму при 15 °C. Температура продукта 30 °C; плотность при этой температуре принята 830 кг/м³, при 15 °C — 840 кг/м³. Деление массы на стандартную плотность даёт стандартный объём около 29,762 м³. При использовании плотности в потоке получается около 30,120 м³; разница составляет 0,359 м³, то есть примерно 1,2 %.
Эта разница более чем вдвое превышает предел допускаемой погрешности 0,5 %, установленный OIML R 117-1:2019 для измерительной системы класса точности 0,5. Какой плотностью и каким методом будет выполняться пересчёт, следует определить до выбора счётчика; пример не является результатом реального проекта или проектным значением.
Данные о продукте, которые меняют решение
Вязкость и её зависимость от температуры
В PD-счётчике на результат влияют внутренние перетечки (проскальзывание) — жидкость, проходящая через узкие зазоры между подвижными элементами и корпусом. С ростом вязкости перетечки уменьшаются, но растёт перепад давления на счётчике; большой перепад давления может вызвать преждевременный износ подшипников и уплотнений. Работа при вязкости, заметно отличающейся от вязкости при калибровке, вносит погрешность. Поэтому для продуктов, вязкость которых сильно зависит от температуры, диапазон вязкости, в котором будет поверяться PD-счётчик, нужно определить заранее.
Измерение массы кориолисовым расходомером в принципе не зависит от вязкости; вязкость влияет главным образом на перепад давления и, следовательно, на типоразмер сенсора. Для высоковязких продуктов, особенно при больших сенсорах, пригодность и перепад давления следует подтверждать расчётом подбора у производителя.
Вязкость и температура важны и с точки зрения законодательной метрологии. Таблица 2 OIML R 117-1:2019 относит к классу точности 1,0 жидкости с динамической вязкостью выше 1000 мПа·с, а также жидкости, обычно относящиеся к классам 0,3 или 0,5, если они измеряются при температуре ниже −10 °C или выше +50 °C. Применимый класс определяют национальное законодательство и уполномоченный орган; в таблице также отмечено, что может быть установлена более высокая точность.
Плотность и изменчивость продукта
Поскольку кориолисовый расходомер измеряет и плотность, потребность в отдельном плотномере для пересчёта массы и объёма снижается; резкое изменение плотности может указывать на ошибочный продукт или попадание воды, но не заменяет лабораторный анализ. Для PD-счётчика плотность поступает от поточного плотномера или из анализа партии; если плотность меняется от партии к партии, способ её внесения в учётную запись является частью проекта.
Твёрдые частицы, абразивность и коррозия
PD-счётчик имеет подвижные детали с малыми зазорами; твёрдые частицы изнашивают эти зазоры и со временем смещают коэффициент счётчика. Фильтр обязателен, но сам по себе не делает абразивный продукт пригодным. То, что OIML R 117-1 требует испытания на износостойкость только для счётчиков, подвижные детали которых непосредственно контактируют с измеряемой жидкостью, и освобождает от него кориолисовые, ультразвуковые и электромагнитные счётчики, также показывает, что износ — проектный вопрос именно для PD-счётчиков.
В кориолисовом расходомере нет подвижных деталей, но его тонкостенные колеблющиеся трубки чувствительны к эрозии и локальной коррозии. Питтинговая коррозия или коррозионное растрескивание под напряжением могут инициировать усталостную трещину в колеблющейся трубке даже из материала, приемлемого для трубопровода. Поэтому для коррозионных или абразивных продуктов материал трубок следует выбирать применительно к конкретному продукту с оценкой производителя.
Газ, пары и стабильность фазы
Обе технологии корректно измеряют только однофазную жидкость; глава 5.2 API MPMS также не применяется к двухфазным средам. OIML R 117-1 требует газоотделяющего устройства, если возможно поступление воздуха или нерастворённого газа; газоотделитель нужен, если давление на входе насоса может опуститься ниже атмосферного или ниже давления насыщенных паров продукта. Для жидкостей вязкостью выше 20 мПа·с при 20 °C газоотделитель не обязателен; вместо него требуются меры, исключающие поступление газа, например поддержание давления на входе насоса выше атмосферного или автоматическая остановка потока при его падении.
PD-счётчик учитывает проходящий газ как объём. В кориолисовом расходомере вовлечённый газ нарушает колебания трубок и может вызвать погрешность как массы, так и плотности; правильный выбор сенсора, ориентация монтажа и сигнализация многофазного потока помогают ограничить этот эффект, но не заменяют системные меры — газоотделение или противодавление. У вязких продуктов, наливаемых в нагретом состоянии, выделение растворённого газа может создавать аналогичный риск расхождений.
СУГ, ШФЛУ и СПГ рассматриваются отдельно
· СУГ (LPG): Сжиженный под давлением газ. Раздел 5.4 OIML R 117-1 требует, чтобы продукт в счётчике оставался жидким в течение измерения, поэтому управление противодавлением становится центральным вопросом проекта независимо от технологии. Соединение паровых фаз резервуаров допускается только при условии, что возвращаемый газ измеряется и вычитается из отпущенного количества. Сжиженные под давлением газы, измеряемые при −10 °C и выше, в таблице 2 отнесены к классу 1,0.
· ШФЛУ (NGL): Лёгкие углеводородные жидкости, состав которых зависит от источника; это не тот же продукт, что СУГ, а изменчивость плотности и давления паров может говорить в пользу измерения массы.
· СПГ (LNG): Криогенный продукт; согласно разделу 5.11 OIML R 117-1 системы отпуска СПГ показывают количество в единицах массы и в таблице 2 отнесены к классу 1,5. Налив СПГ выходит за рамки этого сравнения и рассматривается с собственными ограничениями.
Эксплуатационные данные: профиль налива, перепад давления, число продуктов и обслуживание
· Профиль налива: Налив начинается на малом расходе, продолжается на большом и в конце снова замедляется. OIML R 117-1 требует, чтобы рабочий расход оставался между минимальным и максимальным расходом системы, за исключением начала, окончания и перерывов. В кориолисовом расходомере точность на малом расходе определяет стабильность нуля; в PD-счётчике при маловязких продуктах влияние перетечек на малом расходе возрастает. В небольших секциях доля медленных этапов в общем количестве выше, поэтому поведение счётчика на этих этапах также должно проверяться.
· Минимальное измеряемое количество: Минимальное измеряемое количество измерительной системы не может быть меньше наибольшего минимального измеряемого количества её составных частей, например счётчика и газоотделителя. С этим значением следует сравнить наименьшую секцию или объём отпуска.
· Перепад давления и насос: При вязких продуктах оба типа счётчиков могут создавать значительный перепад давления. До выбора технологии нужно рассчитать, покрывает ли существующий насос суммарные потери на фильтре, газоотделителе, счётчике, регулирующем клапане и наливном стояке при целевом расходе.
· Многопродуктовая линия: OIML R 117-1 допускает, что счётчик может измерять разные жидкости с отдельной настройкой для каждой жидкости или с единой настройкой; какой вариант применим, указывается в сертификате об утверждении типа. Поскольку коэффициент PD-счётчика зависит от вязкости, отдельный коэффициент и поверка для каждого продукта — распространённое требование. Измерение массы кориолисовым расходомером меньше зависит от продукта; необходимость поверки по каждому продукту всё равно определяют законодательство и договор.
· Очистка и обслуживание: Изнашиваемые детали PD-счётчика — роторы, подшипники и уплотнения — требуют периодического обслуживания, после которого счётчик заново поверяется. В кориолисовом расходомере изнашиваемых деталей нет; обслуживание сводится в основном к проверке нуля, контролю отложений в трубках и оценке результатов диагностики. Для продуктов, густеющих при охлаждении, обогрев против застывания во время простоев может потребоваться при любой технологии.
Метод поверки влияет на выбор технологии
OIML R 117-1 требует, чтобы измерительная система была спроектирована с возможностью поверки в условиях эксплуатации; для испытаний при работающих насосах приводятся эталоны, пригодные для непрерывной работы, например трубопоршневая поверочная установка, эталонная мерная ёмкость с устройством отвода потока или весоизмерительный прибор. Если эталон измеряет ту же величину, что и естественный выход счётчика, цепочка поверки короче.
· Объёмная поверочная установка: Напрямую сравнивается с объёмным выходом PD-счётчика. Если кориолисовый расходомер поверяется по объёмной установке, его объём рассчитывается из измеренных массы и плотности, и измерение плотности также входит в цепочку поверки.
· Эталонный счётчик: Глава 4.5 API MPMS охватывает применение объёмных, турбинных, кориолисовых и ультразвуковых счётчиков в качестве эталонных для однофазных жидких углеводородов. Если на посту нет поверочной установки, последовательное сличение с поверенным эталонным счётчиком может быть практичным решением; прослеживаемость эталонного счётчика должна быть обеспечена отдельно.
· Эталон массы: Если продукт продаётся по массе, эталон на основе взвешивания можно напрямую сравнивать с массовым выходом кориолисового расходомера. Какими данными сверять расхождения между автомобильными весами и счётчиком — тема отдельной статьи.
Существующая поверочная инфраструктура и история коэффициентов счётчиков — реальная статья затрат при выборе технологии. Испытания, калибровка и утверждение в рамках законодательной метрологии выполняются уполномоченными организациями; приемлемый метод поверки следует согласовать с ними в начале проекта.
Сравнительная таблица: какой вопрос, какие данные
Критерии выбора между кориолисовым и PD-счётчиком
Критерий | Вопрос для кориолисового | Вопрос для PD-счётчика | Данные, меняющие решение |
Единица расчёта | Если нужен стандартный объём, как определяется стандартная плотность? | Если нужна масса, откуда берётся плотность? | Единица по договору и стандартная температура |
Вязкость | Какие перепад давления и типоразмер сенсора при целевом расходе? | Насколько меняется коэффициент счётчика в диапазоне вязкости? | Мин./макс. вязкость и температура по каждому продукту |
Изменчивость плотности | Будет ли измерение плотности использоваться для контроля качества? | Понадобится ли поточный плотномер? | Диапазон плотности между партиями |
Твёрдые частицы и абразивность | Подходит ли материал трубок с учётом эрозии и локальной коррозии? | Как частицы влияют на зазоры и изнашиваемые детали? | Содержание частиц, выбор фильтра, анализ продукта |
Газ и фаза | Достаточны ли сигнализация вовлечённого газа и противодавление? | Достаточны ли производительность и размещение газоотделителя? | Давление на входе насоса, давление паров, опорожнение резервуара |
Профиль расхода | Достаточна ли стабильность нуля на этапах малого расхода? | Приемлемо ли влияние перетечек на малом расходе? | Объёмы секций, расход в начале и в конце налива |
Несколько продуктов | Потребуется ли поверка по каждому продукту? | Как вести коэффициенты по каждому продукту? | Перечень продуктов, частота смены, остаток в линии |
Перепад давления | Покрывает ли существующий насос дополнительные потери? | Ускоряют ли потери износ при вязком продукте? | Характеристика насоса, потери в линии, целевой расход |
Обслуживание | С какой периодичностью диагностика и проверка нуля? | Как часто замена изнашиваемых деталей и повторная поверка? | Годовой объём налива, персонал, запчасти |
Поверка | Что сравнивается с эталоном — масса или объём? | Можно ли использовать существующую объёмную установку? | Наличие поверочной установки, эталонного счётчика или весов |
Неподходящие условия и ограничения
· Кориолисовый расходомер — слабый кандидат, если существующий насос не покрывает дополнительный перепад давления на вязком продукте, если поступление газа нельзя исключить конструкцией системы или если производитель не подтвердил совместимость материала трубок с продуктом.
· PD-счётчик — слабый кандидат для продуктов с абразивными частицами, для продуктов с широко меняющейся вязкостью без ведения коэффициентов по продуктам, а также при продаже по массе без запланированного измерения плотности.
· Воздушная пробка или газовый пузырь при опорожнении резервуара создают риск разноса и механического повреждения PD-счётчика и погрешности кориолисового расходомера; в обоих случаях решение — в проекте системы, а не в счётчике.
· Утверждение типа счётчика само по себе не показывает пригодность системы налива для коммерческого учёта; измерительная система оценивается целиком.
· Статья не охватывает проектирование налива СПГ, гигиеническое исполнение и выбор оборудования для взрывоопасных зон.
Данные для запроса предложения
Опросный лист для оценки кориолисового и PD-счётчика
Данные | Для чего нужны |
Перечень продуктов и минимальная, нормальная и максимальная температура каждого | От этого диапазона зависят вязкость, плотность и применимый класс точности |
Вязкость и плотность каждого продукта при этих температурах | Для коэффициента PD-счётчика и расчёта перепада давления для обеих технологий |
Давление паров; для СУГ или ШФЛУ — рабочее давление | Для сохранения жидкой фазы в счётчике и оценки газоотделения |
Твёрдые частицы, вода, абразивные или коррозионные компоненты | Для выбора типа счётчика, смачиваемых материалов и фильтра |
Единица расчёта и стандартная температура | Для цепочки пересчёта и необходимых вспомогательных измерений |
Диапазон расхода на стояк, расход в начале и в конце налива | Для типоразмера счётчика и поведения на малом расходе |
Наименьший объём секции и типичные дозы налива | Для сравнения с минимальным измеряемым количеством |
Характеристика насоса или располагаемое давление, потери в линии | Для допустимого перепада давления на счётчике |
Имеющаяся поверочная установка, эталонный счётчик или весы | Для метода поверки и проектирования подключений |
Применимое законодательство, ожидаемый класс точности и необходимость утверждения | Для требований, согласуемых с уполномоченной организацией |
Существующий парк счётчиков и практика обслуживания | Для запчастей, обучения и затрат на переход |
Часто задаваемые вопросы
Разве кориолисовый расходомер не точнее для любого продукта?
Точность из технических данных относится к счётчику в нормальных условиях. В коммерческом учёте важен результат измерительной системы вместе с продуктом, монтажом, газоотделением, пересчётом и поверкой. Для чистого продукта со стабильной вязкостью, продаваемого по объёму, хорошо поверенный PD-счётчик может обеспечить требуемый класс; решение определяют данные о продукте и эксплуатации, а не технический лист.
Можно ли использовать обе технологии на одном посту налива?
Да. Для разных продуктовых линий можно выбрать разные счётчики, либо один тип счётчика может служить эталонным для поверки другого; глава 4.5 API MPMS охватывает применение объёмных и кориолисовых счётчиков в качестве эталонных. Контроллер налива и система учёта должны корректно обрабатывать оба типа выходных сигналов.
Что выбрать для продуктов, наливаемых в нагретом состоянии, например битума или тяжёлого масла?
Общего ответа нет. Высокая вязкость уменьшает перетечки в PD-счётчике, но увеличивает перепад давления для обеих технологий; таблица 2 OIML R 117-1:2019 связывает с классом 1,0 жидкости, измеряемые при температуре выше +50 °C, и вязкость выше 1000 мПа·с. Обогрев, застывание при простоях, выделение растворённого газа и перепад давления оцениваются вместе с данными о продукте.
Связанные страницы
· блоки коммерческого учёта для налива автоцистерн: Измерительная система вокруг счётчика, подключения для поверки и пломбирование.
· кориолисовые массовые расходомеры: Принцип действия, параметры подбора и варианты сертификации.
· системы налива автоцистерн: Профиль налива, контроллер налива и разрешающие условия.
· объём поставки блока налива в запросе: Как в запросе разграничить блок, насос, стояк и автоматизацию.
· сверка расхождений между весами и расходомером: Какие данные сопоставлять при сравнении с эталоном массы.