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质量流量计在船舶供油领域的应用
发布时间:2021-6-24 08:46:24

0引言
  作为一种先进的油品计量器具,质量流量计在船舶供油领域的应用越来越广泛。质量流量计最初仅安装在大型航运企业的船上,主要用于核实接收燃油的数量和监控船舶自用燃油的消耗数量。在大型航运企业的要求和呼吁下,供油企业逐渐开始使用质量流量计作为贸易交接计量器具。
  作为全球供油量最大的船舶供油港口,新加坡为改变混乱的供油市场环境,维护新加坡供油市场诚信的品牌形象,在2017年1月1日率先强制使用质量流量计用于油品贸易交接。质量流量计的应用规范新加坡市场的油品计量行为,赢得广大航运企业的高度认可,维护新加坡地区供油企业的品牌信誉,提升新加坡地区的供油数量,也巩固新加坡在全球船供油行业的龙头地位。
目前,我国大型船供油企业已开始将质量流量计用于油品贸易交接,其中中国船舶燃料有限责任企业(以下简称“中国船燃”)在自有船舶安装10台质量流量计,在外租船舶安装1台质量流量计,是国内第一家将质量流量计用于船用燃油贸易交接的企业。
1分类
  质量流量计分为直接式质量流量计和间接式质量流量计2种:直接式质量流量计依靠测量某些与质量流量直接相关的量(如动量、科里奥利力等参数),进而直接测出质量流量值;间接式质量流量计分别测量流体的密度值和体积流量,然后将两者相乘,间接得到质量流量值。目前,船舶使用的质量流量计绝大多数是科里奥利质量流量计,本文提到的质量流量计特指科里奥利质量流量计。
2工作原理
  质量流量计测量质量的工作原理是牛顿第二定律,即F=ma。当流体在振动管中流动时,将产生与质量流量成正比的科里奥利力,用2mv×ω表示。
  以U形质量流量计为例,其工作原理(见图1)是:质量流量计的测量管在电磁驱动下,以固有频率振动,振动方向与流体流动方向垂直(相当于流体处于转动参考系内),此时流体产生科里奥利力。由于U形管内流体的流进与流出方向相反,因此流体分别所受的科里奥利力方向相反。2个方向相反的作用力引起测量管扭曲,其扭曲程度与流体的质量流量成正比,见图2。
U形质量流量计工作原理图示 
  当U形管内无流体流过时,振动管不产生扭曲,振动管两侧电磁信号检测器检测到的信号是同相位的,见图3a;当U形管内有流体流过时,振动管在力矩作用下产生扭曲,2个检测器间将存在相位差,见图3b。用变送器测量左、右检测信号之间的滞后时间,将这个时间差乘以流量标定因数,就可确定质量流量。因此,质量流量越大,扭曲越大,也即相位差越大。
 
3优势
3.1计量准确度高
  质量流量计利用科里奥利力效应直接测量质量流量来计算油品交接质量,因此测量结果不受油品密度和温度的影响。目前,船舶供油实际使用的质量流量计测量水介质的准确度可达到0.1%,质量流量计系统的测量不确定度可达到0.5%。传统船舶手工计量需要通过测量油品液位高度、油品温度和船舶吃水差等,并通过舱容表计算得到油品体积,再乘以油品密度,最后得到油品质量。这其中影响手工量舱计量结果的因素较多,实际计量过程中人为因素导致最后计量结果偏差较大,甚至存在恶意克扣燃油的风险。因此,质量流量计在测量准确度和稳定性方面优于传统手工计量法。
3.2计量交接时间短
  当使用质量流量计计量油品数量时,供应规定.的油品数量、打印供油票据并签署供油凭证后即可完成整个供油计量过程。使用传统手工计量法计量油品数量时,在供应规定的油品数量后,还需要测量船舶各货油舱剩余燃油的油品液位高度、油品温度和船舶吃水差,并对照船舶舱容表计算,后续计量和计算过程耗时约2h。因此,用质量流量计的计量方式可以提高计量效率,节约供受油双方的时间成本,有效提高船舶的周转率。
3.3计量交接过程透明
  质量流量计系统电脑记载的供油数据和供油曲线图可以完整地记录和表征整个供油过程的实际情况,包括供油过程中的油品温度、密度、质量流量和含气量的实时变化情况。如供油船存在恶意打气行为,可以通过供油曲线的含气量指标变化情况直接判断;如供油船存在恶意打水行为,可以通过供油曲线的密度变化情况直接判断。供油的操作过程可以通过质量流量的变化和对应时间判断供油船换舱或中途停泵等操作,有利于过程追溯,使得整个加油过程更加透明。
3.4计量争议数量少.
  根据新加坡供油市场的使用经验,质量流量计的使用大幅降低新加坡市场的计量争议率。根据2017年的统计数据,中国船燃使用质量流量计用于供油交接共计133单,未出现1次供油计量争议。因此,质量流量计对降低计量争议起到非常重要的作用,对提升供油企业品牌信誉有积极作用。
4面临的挑战
4.1检定困难
  质量流量计作为贸易交接的计量器具,根据中国计量法的要求,为保障质量流量计计量的准确性、一致性、溯源性和法制性,需要将质量流量计定期检定。
  目前,国内质量流量计的检定难度较大:(1)作为新兴的计量器具,在国内能够检定用于船舶的大口径质量流量计的计量机构较少,无法实现就近检定;(2)对船舶来说,拆表送检的检定模式难度较大。由于检定周期长,增加质量流量计的损坏风险,制约质量流量计检定的可实行性。
  国外的量值溯源体系与国内不同,国外对质量流量计的校准采用现场认证的方式,实现相对容易,船舶更倾向采用现场认证的方式。目前,国际船舶供油市场普遍采用的质量流量计认证方式有2种:(1)欧盟、中国香港等地区普遍使用MID认证;(2)新加坡海事及港务管理局强制使用MPA认证。其中,MID认证应用最早,MPA认证是在MID认证基础_上的进一步完善,重点加强政府的监管。
4.2安装成本较高
  当前市场上稳定性较高的质量流量计生产商(如EMERSON、E+H)都属于外资企业,保障质量流量计准确性的防振和平衡核心技术被外国企业垄断,国产质量流量计的技术还无法完全满足贸易交接的要求.因此质量流量计的安装成本较高,对小型船供油企业的压力较大。
  如果模仿新加坡,采用政府补贴强制推广使用的方式,政府的一次性投入压力也较大,因此当前我国仅鼓励船舶供油交接使用质量流量计,尚未强制推广。
4.3船员的操作水平要求较高
  质量流量计作为--种新兴的计量交接器具,其操作界面为全英文,船员需要专业人员的引导。在加油过程中,对泵速的控制和换舱的操作要求较高,否则无法满足质量流量计认证的精度要求,从而出现不合格的供油票据。
同样1台质量流量计系统,操作经验丰富的人员可以大幅减少计量过程的含气量,保障质量流量计满管计量,进而提高质量流量计的计量准确度,降低计量误差。
5结束语
  质量流量计将是船舶供油行业计量器具的发展方向。虽然在我国船供油行业仍属于普及推广阶段,但随着质量流量计技术的发展,船舶客户对质量流量计的认识日益提高,在船供油行业的使用率将不断提高,从而增强供油商与客户之间的信任度。

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