ゼロ点が質量流量計に与える影響

Thread Content

この投稿は、2016年11月16日12時05分に王天泽によって最終的に編集されました。液体炭化水素の質量流量を測定するためにHK-CMF型コリオリ式質量流量計を使用することは、現在広く認められている計測手法です。この方法により、媒体の温度や圧力といったパラメータの変動が計測結果に与える影響が大幅に軽減され、液体炭化水素の質量計測の精度が新たなレベルに向上します。　　しかし、日常の使用においては、設置場所や作業環境、工程条件などの要因の影響で、ゼロドリフトや空気の混入といった問題が、HK-CMFコリオリ質量流量計の計測性能の安定性や測定結果の正確性を深刻に損なっている。その中での気泡混入は、油ガス分離器や圧力制御バルブの装着などによって解消することができ、本稿ではこれ以上詳述しない。さらに、ゼロドリフトはCMF測定結果に影響を与える最も重要な要因となり、CMFのゼロ点の管理は、HK-CMFコリオリ質量流量計の計測性能の安定性と測定精度を維持するための重要な手段となる。　　ゼロ点メンテナンスには、通常、現場でのゼロ調整という手段しかありません。ゼロ点はHK-CMFコリオリ質量流量計の測定精度（特に低流量時）に大きな影響を与えるため、ゼロ調整の手法の使用には細心の注意が必要である。実際にゼロドリフトが発生しており、調整が不可能ではないことが確認できた場合にのみ、必ず規格に従って厳格にゼロ調整を行うべきである。本稿では、ゼロ点がCMF測定の精度に与える影響、ゼロ調整方法、および日常的なゼロ点の簡易的なメンテナンスについて解説する。　　一、ゼロ点の影響に関する事例分析　　ここでは、2013年に当社で発生した事例を挙げて、実際の運用においてゼロ点が計測に与える重大な影響を説明し、ゼロ点調整の重要性を明らかにする。　　1.ケースの概要　　2012年11月、当社の160万トン規模の新しいコークス製造プラントが完成し、稼働を開始しました。設計上の液体回収率は65％です。しかし、この装置が稼働してから数ヶ月間、液体回収率は約63％にとどまり、設計要件を満たしていなかった。データは表1の通りです。http://106.37.166.86:8009/zgjl/inset/15/151007201.JPG 表1 新しいコークス製造装置の6月～8月の物質収支表　この装置の原料は残油であり、液体製品としてはディーゼル油、ガソリン、ワックスオイル、そして少量の液化ガスが得られる。これら5種類の液体媒体の流量を測定するために使用されている流量計は、すべて検定を受け合格したHK-CMF型コリオリ式質量流量計であり、その計測性能は装置の要求を十分に満たしている。工場で液体の回収率が基準に達していない原因を調査するため、流量計のメンテナンス担当者や技術者らが様々な角度から調査を行い、ワックスオイル用の流量計を分解して検査したところ、依然として合格という結果が出ました。同時に他の流量計のゼロ点もチェックしたところ、手動バルブを開閉すると流量計はすべてゼロに戻ったため、ゼロ点が流量計の偏差の原因である可能性は除外された（しかし、問題はまさにここにあった）。その後、エマーソンの専門エンジニアを現場に招き、全ての流量計について専門的な検査を行ったところ、原料油および残油用の流量計（型番CMFHC2G）において、流量計のコアプロセッサの出荷時の静的ゼロ点値であるKzeroが-0.01188947μsであったのに対し、現在のゼロ点値は-1.059366μsであり、Kzeroはもはやデフォルトのゼロ点値ではなく、大幅に変化していることが判明した。　　2.ケーススタディ　ゼロ点の不正確さはHK-CMFコリオリ式質量流量計の測定精度に大きな影響を与えるため、本ケースではゼロ点値の変動が大きく、温度の影響は無視して関連する式により計算すると、現在の流量計の動的ゼロ点は10.7(t/h)となる。現在のCMF流量が156t/hであることから、このゼロ点による誤差は10.7/156=6.86％に達する。ゼロ点を復元した後、このHK-CMFコリオリ式質量流量計の測定値は正常に戻り、装置の液体回収率は68％に達し、設計要件を満たしている。　　では、なぜこれほど大きなゼロドリフトが生じるのでしょうか？まず、このように大きなゼロドリフトが生じる原因を分析します：　　(1)このHK-CMFコリオリ式質量流量計は設置前に校正が行われ、その結果は基準を満たしていたため、この時点ではゼロドリフトは発生しません。　　(2) 静的ゼロ点を手動で修正するには、専用のハンドヘルダーやノートパソコン用ソフトウェアが必要であり、それは専門の計量保守スタッフしか持っていない。しかし、彼らがそのような修正を行うことはあり得ない。　　(3)計量保守担当者が流量計の設置後に行った点検で、計器の表示流量がゼロでないことを確認し、ゼロ調整の条件が満たされていない状態で善意からゼロ調整を行った結果、ゼロドリフトが発生した。　　当時の正確な状況が分からないため、分析の結果、筆者は第3の可能性が最も高いと考えている。　　では、後期のHK-CMFコリオリ式質量流量計の点検過程で、なぜこれほど大きなゼロドリフトが見つからなかったのでしょうか？筆者は、これは皆がこれまで重視してこなかった低流量カットオフ値、すなわち閾値設定の不適切さが原因だと考えています。つまり、当時のそのHK-CMFコリオリ式質量流量計の閾値は10.7t/h以上であったにもかかわらず、ゼロカットのために設定値未満になると計器がゼロに戻ってしまったのです。メンテナンス作業員がゼロポイントメンテナンスを行う際の一般的な手順は、まず後方の手動バルブを閉じ、次に前方の手動バルブを閉じて、この時の計器の流量がゼロに戻るかを確認することです。計器がゼロに戻れば、計器のゼロポイントに問題はないと判断されます。たとえ実際にその時点で計器の流量が10.7t/hという瞬間的な値を示していたとしてもです。そのため、後期のCMF検査ではゼロドリフトの問題は一切見つからなかった。　　実際、このような状況は現在、国内のHK-CMFコリオリ式質量流量計の運用保守において広く見られます。ゼロカット機能により、HK-CMFコリオリ式質量流量計が異常な動作状態下で不適切な流量が累積するのを防ぐことができる。しかし、閾値を過度に高く設定しすぎると、日常の使用においてゼロ点のドリフトを検出できなくなってしまう。この点は、国内のCMF利用分野ではまだ十分に重視されていない。　　二、日常のHK-CMFコリオリ式質量流量計のゼロ点メンテナンス方法　　1.適切な閾値の設定　　適切な閾値を設定することで、異常な計測状態における微小な変動の蓄積を効果的に除去できるだけでなく、日常のゼロ点メンテナンスも大幅に容易になり、前述の事例のような状況を避けることができる。筆者は、このHK-CMFコリオリ質量流量計で測定される媒体の一般的な流量値におけるCMF精度の半分を閾値として設定するのが適切だと考えている。例えば、前述の事例においてエマーソンのCMFの精度が0.5％で、通常の流量が160t/hの場合、閾値は160×0.5％÷2＝0.4(t/h)と設定できる。このように、ゼロドリフトが発生しても、その値を超えていれば保守担当者がすぐに検出できる。一方、その値を下回っても、メーカーが示すCMF誤差の計算式によれば、±0.10%±〔(ゼロ点/流量値)×100〕%＝±0.10%±〔(0.4/160)×100〕%＝±0.35%となり、ゼロドリフトがあっても測定結果は依然として合格範囲内にある。非連続計量方式の場合も、この方法で閾値を設定し、集計時の手動検針方式に従って計量時間外の累積流量を除外することができる。　　2. 適時のゼロ点確認　使用中のHK-CMFコリオリ式質量流量計については、定期的にゼロ点確認を行い、ゼロ点のドリフトを早期に発見して修正する必要がある。　　3. 慎重なゼロ調整の実施　ゼロ点確認時にHK-CMFコリオリ式質量流量計でゼロではない値が検出された場合は、まず計器の動作状態を観察し、その原因を分析する必要がある。例えば、HK-CMFコリオリ式質量流量計内の媒体が流れていない状態か、満管状態か（密度値から測定管内の媒体の状態を初期判定できる）、プロセス条件に大きな変化が生じていないか、前後の手動バルブがしっかり閉じられているか、周囲環境に強い磁場や振動の干渉がないかなどである。上記の要因を除外した上で、HK-CMFコリオリ質量流量計のゼロ点に実際にドリフトが生じている可能性があると判断し、HK-CMFコリオリ質量流量計に対して現場でのゼロ点調整を行うことができる。　　4. 標準的なゼロ調整手順　　(1) HK-CMFコリオリ式質量流量計が作動環境下にあり、かつ測定管内が測定対象の媒体で満たされていることを確認する。　　(2)バイパスバルブがある場合は、まずバイパスバルブを開けてください。　　(3) 下流の遮断弁（すなわちバックホールバルブ）を閉じて計測管を流れる液体の流れを遮断し、十分なシールが得られるようにする。　　(4) 上流側の遮断弁（すなわち前段バルブ）がある場合は、必ずその遮断弁を閉じなければならない。　　(5)メーカーの指示に従ってゼロ調整を行います。　　(6)記録された前後のゼロ点の変化値を確認し、変化が大きい場合は、そのCMFを再検定・校正する必要があるかどうかを検討すべきである。