科氏質(zhì)量流量計(jì)應(yīng)用中不可忽視的空氣浮力修正

何紅想 黃耀生

(廣州出入境檢驗(yàn)檢疫局 廣東廣州 510700)

1 前言

利用科里奧利效應(yīng)原理制造的科氏質(zhì)量流量計(jì)(CMF)(見(jiàn)圖 1)因其可以直接測(cè)量介質(zhì)質(zhì)量流量,適應(yīng)以質(zhì)量計(jì)量作為結(jié)算要求的需要,且具有精度和穩(wěn)定性高,可以測(cè)量密度、溫度參數(shù)等優(yōu)點(diǎn)[1],因此在動(dòng)態(tài)計(jì)量領(lǐng)域得到了廣泛的普及和應(yīng)用。

圖1 科氏質(zhì)量流量計(jì)(CMF)

2 存在的問(wèn)題

CMF為石油石化行業(yè)計(jì)量成品油、LPG、輕烴等提供了重要的手段,它的高精度對(duì)企業(yè)加強(qiáng)生產(chǎn)控制、計(jì)量管理和節(jié)能降耗起到非常重要的作用。

CMF直接測(cè)量的結(jié)果是真空狀態(tài)下的質(zhì)量。經(jīng)筆者調(diào)查,只有部分企業(yè)對(duì)其使用的 CMF在檢定時(shí)進(jìn)行了空氣浮力修正,大部分企業(yè)和單位依然按照 CMF直接測(cè)量的結(jié)果進(jìn)行貿(mào)易結(jié)算,而不進(jìn)空氣浮力修正。這與我國(guó)現(xiàn)行以“空氣中的質(zhì)量(重量)”作為結(jié)算依據(jù)的規(guī)定相違背,不僅直接導(dǎo)致買(mǎi)方的經(jīng)濟(jì)損失,有失計(jì)量公平、公正的基本原則,還可能導(dǎo)致賣(mài)方對(duì)于物料收率和平衡盲目樂(lè)觀。但是我國(guó)現(xiàn)有質(zhì)量流量計(jì)規(guī)程《質(zhì)量流量計(jì)檢定規(guī)程JJG897-1995》[2]和《科里奧利質(zhì)量流量計(jì) JJG1038-2008》[3]都沒(méi)有就以上問(wèn)題作出明確的規(guī)定。

3 我國(guó)商品貿(mào)易計(jì)量以空氣中的質(zhì)量(重量)為結(jié)算依據(jù)

在空氣中和在真空狀態(tài)下,物體的質(zhì)量一樣但重量卻不同。在生活和貿(mào)易中,衡量物質(zhì)的量都在空氣中進(jìn)行,物質(zhì)在空氣中稱(chēng)重所獲得的數(shù)值被稱(chēng)為“空氣中的重量”、“表觀質(zhì)量 ”、或 “商業(yè)重量”。我國(guó)無(wú)論是進(jìn)出口商品重量還是內(nèi)部貿(mào)易重量,如貿(mào)易雙方無(wú)特別說(shuō)明,通常是按空氣中的重量計(jì)量。對(duì)于石油及液體石油產(chǎn)品計(jì)量,我國(guó)有明確的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《石油計(jì)量表 GB/T 1885-1998》,該標(biāo)準(zhǔn)表明在計(jì)算原油或石油產(chǎn)品在空氣中的重量時(shí),應(yīng)進(jìn)行空氣浮力修正;采用衡重法計(jì)量時(shí),衡器計(jì)量結(jié)果直接作為結(jié)算依據(jù);采用體積 -重量法計(jì)算結(jié)算油量,需要將油口密度測(cè)量值(實(shí)際是反映真空條件下量值)減去空氣浮力修正值后乘以相同條件下的體積,或者將計(jì)算出的真空狀態(tài)下質(zhì)量乘以空氣浮力修正系數(shù),從而得到被測(cè)介質(zhì)在空氣中的重量[4]。

4 CMF如何應(yīng)對(duì)空氣浮力

在油品銷(xiāo)售中用 CMF作為計(jì)量交接器具,它的計(jì)量是否考慮了空氣浮力的影響?

要回答這個(gè)問(wèn)題,首先看 CMF管理的重要內(nèi)容之一——對(duì) CMF的檢定。根據(jù)《質(zhì)量流量計(jì)檢定規(guī)程 JJG897-1995》,在采用質(zhì)量法(即稱(chēng)重法)流量標(biāo)準(zhǔn)裝置檢定時(shí),通過(guò)的液體或固體的實(shí)際質(zhì)量 Ms按式(1)計(jì)算:

式中:Ms——液體或固體的實(shí)際質(zhì)量值,kg;M1——檢定時(shí)標(biāo)準(zhǔn)秤指示的介質(zhì)質(zhì)量,kg;

ρe——介質(zhì)的密度,kg/m3;

ρm——秤在檢定時(shí)所用標(biāo)準(zhǔn)砝碼的密度,kg/m3;

ρa(bǔ)——空氣的密度,kg/m3。由于標(biāo)準(zhǔn)秤自身的誤差相對(duì)于要檢定的流量計(jì)的允許誤差是一個(gè)較少的量,因此可以忽略。在此前提下,式(1)的導(dǎo)出過(guò)程如下:

在檢定流量計(jì)時(shí),標(biāo)準(zhǔn)秤在稱(chēng)量介質(zhì)質(zhì)量時(shí),實(shí)際質(zhì)量為 Ms的介質(zhì)在空氣中對(duì)秤的作用力為介質(zhì)的重力與空氣浮力之差[2],即定此時(shí)標(biāo)準(zhǔn)秤的顯示值為 M1;用標(biāo)準(zhǔn)砝碼檢定秤,秤的指示值為 M1(與檢定用標(biāo)準(zhǔn)砝碼折算質(zhì)量名義值一致)時(shí),秤實(shí)際受到的力為砝碼的重力與空氣浮力之差,即

從式(1)的推導(dǎo)過(guò)程中可以看出,數(shù)據(jù)處理所用的標(biāo)準(zhǔn)值是標(biāo)準(zhǔn)秤所測(cè)介質(zhì)的真空質(zhì)量值,也就是說(shuō),CMF的測(cè)量值是被測(cè)介質(zhì)在工況條件下真空中的質(zhì)量,不是用于貿(mào)易結(jié)算的“商業(yè)重量”。所以,在我國(guó)貿(mào)易計(jì)量時(shí)就不能直接將質(zhì)量流量計(jì)的顯示值作為貿(mào)易重量來(lái)使用。

另外,由質(zhì)量流量計(jì)檢定規(guī)程可知:質(zhì)量流量計(jì)檢定結(jié)果給出的是它測(cè)量真空質(zhì)量時(shí)的誤差(準(zhǔn)確度)[2],而介質(zhì)的真空質(zhì)量值和空氣中的重量有差別,且與介質(zhì)的密度有直接關(guān)系,如表 1所示。

表1 真空質(zhì)量值與空氣中重量值對(duì)比

從表 1中可以看出,兩者之間相差相當(dāng)大(現(xiàn)在用于貿(mào)易計(jì)量CMF的準(zhǔn)確度多為 0.10%-0.20%),在密度為 500 kg/m3時(shí)誤差達(dá)到 -0.22%,明顯超出 CMF的精度范圍,也超出了買(mǎi)賣(mài)雙方貿(mào)易的誤差范圍。

5 建議

由于我國(guó)現(xiàn)在的質(zhì)量流量計(jì)檢定規(guī)程(JJG897-1995和 JJG1038-2008)中都沒(méi)有明確規(guī)定將CMF檢定成“顯示、記錄為理論的、真空中的質(zhì)量”,還是檢定成“顯示、記錄為空氣中的質(zhì)量”[5],而賣(mài)方在對(duì)質(zhì)量流量計(jì)的使用和檢定管理方面都處于絕對(duì)優(yōu)勢(shì),這就存在賣(mài)方為圖更大利益故意以 CMF顯示值(真空中的質(zhì)量)直接作為貿(mào)易結(jié)算量的可能,造成貿(mào)易不公,甚至是貿(mào)易欺詐。為此,筆者提出以下幾點(diǎn)建議:

(1)根據(jù)我國(guó)和國(guó)際上都是以空氣中重量作為貿(mào)易結(jié)算的事實(shí),建議國(guó)家主管計(jì)量的有關(guān)部門(mén)盡快修訂完善現(xiàn)有的 CMF檢定規(guī)程,明確要求將 CMF檢定成“顯示、記錄為空氣中的質(zhì)量”,或明確在檢定證書(shū)上標(biāo)注“該 CMF直接測(cè)量值是介質(zhì)在真空中的質(zhì)量,若以該此作為貿(mào)易結(jié)算依據(jù)需要先進(jìn)行空氣浮力修正,換算成空氣中的質(zhì)量”[6]。

(2)將 CMF測(cè)量介質(zhì)在真空中的質(zhì)量改為測(cè)量介質(zhì)在空氣中的重量,這需要改變內(nèi)部運(yùn)算的數(shù)學(xué)模式,測(cè)量介質(zhì)的實(shí)時(shí)質(zhì)量和實(shí)時(shí)密度,輸出和顯示介質(zhì)在空氣中的重量,這個(gè)方案需要流量計(jì)生產(chǎn)廠家來(lái)實(shí)現(xiàn)[7]。

(3)按我國(guó)現(xiàn)行計(jì)量檢定規(guī)程檢定的 CMF,在實(shí)際應(yīng)用時(shí)必須對(duì)其顯示值進(jìn)行空氣浮力修正,修正公式如下:

Ma=Ms·F

質(zhì)量流量計(jì)系數(shù)修正公式如下:

Ka=K·F

式中:Ma——被測(cè)介質(zhì)在空氣中的重量,kg;

Ms——質(zhì)量流量計(jì)顯示值,kg;

F——將真空中質(zhì)量換算到空氣中重量的換算系數(shù);

Ka——空氣浮力修正后的質(zhì)量流量計(jì)系數(shù);

K——未修正的質(zhì)量流量系數(shù);(注:質(zhì)量流量計(jì)系數(shù)是單位質(zhì)量的流體通過(guò)流量計(jì)時(shí),流量計(jì)發(fā)出的脈沖數(shù),它由連接流量計(jì)的計(jì)算機(jī)計(jì)算檢測(cè)。)換算系數(shù) F推導(dǎo)過(guò)程如下:

將石油產(chǎn)品在真空中的質(zhì)量換算到空氣中的重量的換算系數(shù)來(lái)自于等臂天平,一端放著被稱(chēng)的油品質(zhì)量為 M1,另一端放著平衡它的砝碼質(zhì)量為M2,等臂天平的臂長(zhǎng)分別為 a和 b,即 a=b,設(shè)油品密度為 ρe,砝碼密度為 ρm,空氣密度為 ρa(bǔ)。根據(jù)兩端平衡的條件有:

即將真空中的質(zhì)量轉(zhuǎn)換成空氣中的重量的換算系數(shù)為“F”,其具體含義是:在已知標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下(溫度為 20℃,壓力 1.01325×105),ρa(bǔ)=1.1 kg/m3,ρm=8143 kg/m3,根據(jù)油品不同密度可由式(2)計(jì)算出 F值,或根據(jù)密度從表 2中查出 F值[6]。

表2 石油產(chǎn)品真空中質(zhì)量換算到空氣中的重量換算系數(shù)“F”表

(4)為維護(hù)貿(mào)易的公平、公正,涉及以 CMF計(jì)量結(jié)果作為結(jié)算依據(jù)時(shí),檢定部門(mén)或其他計(jì)量部門(mén)要本著實(shí)事求是的原則,必須對(duì)流量計(jì)顯示值進(jìn)行空氣浮力修正。另外,我們還要加強(qiáng)對(duì)流量計(jì)到期檢定和在線標(biāo)定(校準(zhǔn))的管理,將監(jiān)管前移和深入,提高 CMF的可信賴(lài)程度。

[1] 羅建平.質(zhì)量流量計(jì)在成品油碼頭裝船計(jì)量控制中的應(yīng)用.工業(yè)計(jì)量,2002,增刊:63-66.

[2] JJG897-1995質(zhì)量流量計(jì)檢定規(guī)程[S].

[3] JJG1038-2008科里奧利質(zhì)量流量計(jì)[S].

[4] GB/T 1885-1998石油計(jì)量表[S].

[5] 段慧明,史振東.介紹 2008版《科里奧利質(zhì)量流量計(jì)》檢定規(guī)程[J].中國(guó)計(jì)量,2009,4:121-122.

[6] 金濤,鄭燦亭.淺議空氣浮力對(duì)油品銷(xiāo)售中計(jì)量的影響[J].石油化工自動(dòng)化,2005,2:83-87.

[7] 吳德貴.質(zhì)量流量計(jì)在交接計(jì)量使用中應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題[J].計(jì)量技術(shù)(石油工業(yè)技術(shù)監(jiān)督),2002,9:26-28.