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摘要：文章通過(guò)介紹科里奧利質(zhì)量流量計(jì)的工作原理及特點(diǎn)，以及科里奧利質(zhì)量流量計(jì)在實(shí)際安裝應(yīng)用中應(yīng)注意的事項(xiàng)，結(jié)合天然氣計(jì)量的三種計(jì)量方式，通過(guò)對(duì)科里奧利質(zhì)量流量計(jì)與其它流量計(jì)的對(duì)比，提出科里奧利質(zhì)量流量計(jì)對(duì)于測(cè)量小口徑、臟污天然氣等方面有著其它流量計(jì)不可比擬的優(yōu)勢(shì)，成為天然氣計(jì)量方面首選。

關(guān)鍵詞：天然氣計(jì)量；科里奧利質(zhì)量流量計(jì)；應(yīng)用

0引言

科里奧利質(zhì)量流量計(jì)其最大的特點(diǎn)就是能夠直接測(cè)量流體的質(zhì)量，它不但具有準(zhǔn)確性、重復(fù)性、穩(wěn)定性，而且在流體通道內(nèi)沒(méi)有阻流元件和可動(dòng)部件，因而其可靠性好，使用壽命長(zhǎng)，還能測(cè)量高粘度流體和高壓氣體的流量。

目前在汽車(chē)用的清潔燃料壓縮天然氣（CNG）、能源及航天等工業(yè)部門(mén)得到廣泛的應(yīng)用，它的問(wèn)世帶來(lái)了流體測(cè)量技術(shù)的一次深刻變革，成為目前石油化工行業(yè)的主流流量計(jì)。

本文就該計(jì)量計(jì)的工作原理幾技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)行介紹。

1質(zhì)量流量計(jì)工作原理

科里奧利質(zhì)量流量計(jì)是利用流體在直線運(yùn)動(dòng)的同時(shí)處于以旋轉(zhuǎn)系中，產(chǎn)生與質(zhì)量流量成正比的科里奧利原理制成的一種直接式質(zhì)量流量?jī)x表。在此以雙U型管質(zhì)量流量計(jì)為例介紹其在天然氣計(jì)量中的應(yīng)用。雙U形管結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1）U形管工作原理

在雙管型質(zhì)量流量計(jì)中，入口的分流管把流入的介質(zhì)均等的一分為二，送到兩根測(cè)量管中，這樣保證了100%的被測(cè)介質(zhì)經(jīng)測(cè)量管，電磁驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)以固定頻率驅(qū)動(dòng)U形測(cè)量管振動(dòng)，當(dāng)流體被強(qiáng)制接受管子的垂直運(yùn)動(dòng)時(shí)，在前半個(gè)振動(dòng)周期內(nèi)，管子向上運(yùn)動(dòng)，測(cè)量管中流體在驅(qū)動(dòng)點(diǎn)前產(chǎn)生一個(gè)向下壓的力，阻礙管子的向上運(yùn)動(dòng)，而在驅(qū)動(dòng)點(diǎn)后產(chǎn)生向上的力，加速管子向上運(yùn)動(dòng)，如圖2所示。這兩個(gè)力的合成，使得測(cè)量管發(fā)生扭曲，在振動(dòng)的另外半周期內(nèi)，扭曲方向相反。測(cè)量管扭曲的程度，與流體流過(guò)測(cè)量管的流體質(zhì)量成正比，在驅(qū)動(dòng)點(diǎn)兩側(cè)的測(cè)量管上安裝電磁感應(yīng)器，以測(cè)量其運(yùn)動(dòng)的相位差，這一相位差直接正比于流體流過(guò)的質(zhì)量流量。在雙U形測(cè)量管結(jié)構(gòu)中，兩根測(cè)量管的振動(dòng)方向相反，使得測(cè)量管扭曲相位相差180°。相對(duì)單測(cè)量管型來(lái)說(shuō)，雙管型的檢測(cè)信號(hào)有所放大，流通能力也有所提高。

2）質(zhì)量流量計(jì)計(jì)量方式

目前，在國(guó)際上天然氣貿(mào)易交接計(jì)量有3種方式：一是質(zhì)量計(jì)量：二是標(biāo)準(zhǔn)參比條件下的體積量計(jì)量：三是標(biāo)準(zhǔn)參比條件下的能量計(jì)量：這3種計(jì)量方式中，質(zhì)量流量計(jì)都能夠單獨(dú)或配套其它設(shè)備完成。

2質(zhì)量計(jì)量及標(biāo)況體積計(jì)量

1）由于質(zhì)量流量計(jì)能夠直接測(cè)量天然氣的瞬時(shí)質(zhì)量流量，在質(zhì)量計(jì)量方面有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)，不需要其它測(cè)量設(shè)備，就可獨(dú)立完成。

2）質(zhì)量流量計(jì)測(cè)得的天然氣的瞬時(shí)質(zhì)量流量，除以根據(jù)天然氣組分計(jì)算的標(biāo)準(zhǔn)參比條件下的天然氣密度，就可得到標(biāo)準(zhǔn)參比條件下的體積流量。其公式： 

式（1）中：qn為標(biāo)準(zhǔn)參比條件下的瞬時(shí)體積流量；qm為瞬時(shí)質(zhì)量流量：Pn為標(biāo)準(zhǔn)參比條件下的絕對(duì)靜壓力，0.101325MPa；Mn為氣體的摩爾質(zhì)量：Zn為標(biāo)準(zhǔn)參比條件下的氣體壓縮因子：R為通用氣體常數(shù)；Tn為標(biāo)準(zhǔn)參比條件下的氣體熱力學(xué)溫度，293.15k。

從公式中可以看出，不需要測(cè)量流體的溫度和壓力，只需知道氣體的摩爾質(zhì)量，就可將質(zhì)量流量轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)參比條件下的體積流量

（Zn是Mn的函數(shù)）。

能量流量通過(guò)質(zhì)量流量與發(fā)熱量乘積計(jì)算得到。其公式：

式（2）中：qe為瞬時(shí)能量流量；qm為瞬時(shí)質(zhì)量流量：Hs為標(biāo)準(zhǔn)參比條件下的天然氣質(zhì)量發(fā)熱值。

3質(zhì)量流量計(jì)技術(shù)特點(diǎn)及優(yōu)缺點(diǎn)

1）優(yōu)點(diǎn)

根據(jù)工作原理和結(jié)構(gòu)分析，與其它流量計(jì)相比，質(zhì)量流量計(jì)測(cè)量天然氣具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）計(jì)量準(zhǔn)確度高（≤0.5%），穩(wěn)定性好，真正實(shí)現(xiàn)了高精度的直接流量測(cè)量：（2）量程比高，普遍可以達(dá)到20：1至50：1，有的質(zhì)量流量計(jì)其范圍精度已高達(dá)100：

1以上：

（3）可測(cè)量流體范圍廣泛，包括高粘度液的各種液體、含有固形物的漿液、含有微量氣體的液體、有足夠密度的中高壓氣體，在流量計(jì)上下游不必設(shè)置直管段：

（4）檢測(cè)管內(nèi)無(wú)可動(dòng)部件，也無(wú)阻礙流體流動(dòng)的部件，使流量計(jì)更便于維護(hù)和清洗，使用壽命更長(zhǎng)：

（5）尤其適用于以質(zhì)量為基礎(chǔ)的貿(mào)易交接計(jì)量。

2）缺點(diǎn)

當(dāng)然，質(zhì)量流量計(jì)也有其不可避免的缺點(diǎn)，選用時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

（1）不能用于測(cè)量密度太低的天然氣：（2）對(duì)外界振動(dòng)干擾較敏感，質(zhì)量流量計(jì)對(duì)安裝固定有較高要求：

（3）不能用于較大管徑，目前尚局限于150（200）mm以下：

（4）有較大的體積和重量，壓力損失較大與容積式計(jì)量?jī)x表相當(dāng)：

（5）價(jià)格昂貴。

4質(zhì)量流量計(jì)在管輸天然氣計(jì)量中的應(yīng)用目前，天然氣計(jì)量表多選用質(zhì)量流量計(jì)、孔板流量計(jì)和氣體渦輪流量計(jì)，盡管質(zhì)量流量計(jì)有很多優(yōu)點(diǎn)，但其仍存在不能用于大管徑流量測(cè)量、壓力損失較大、安裝固定要求高等缺點(diǎn)，限制了其在天然氣長(zhǎng)輸管道中的計(jì)量應(yīng)用。所以，長(zhǎng)輸管道的主流天然氣計(jì)量?jī)x表居于超聲波流量計(jì)、渦輪流量計(jì)和孔板流量計(jì)較多。就我公司外接天然氣而言年用量超過(guò)4億標(biāo)準(zhǔn)立方米，針對(duì)其用量大及管輸距離長(zhǎng)的特點(diǎn)供方單位蘭州輸氣分公司天然氣末站選用了儀表口徑為300的差壓式（孔板）流量計(jì)。當(dāng)然，孔板流量計(jì)也存在磨損大準(zhǔn)確度低，量程比小，壓力損失大，流量計(jì)前后的直管段要求長(zhǎng)，占地面積大，參與檢測(cè)的元件較多使維護(hù)環(huán)節(jié)增多等缺點(diǎn)。近幾年，由于微電子，數(shù)字技術(shù)的進(jìn)步，超聲波流量計(jì)的發(fā)展勢(shì)頭異常迅猛。從發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，由于超聲波流量計(jì)具有精確度高、性能穩(wěn)定可靠、量程比大、管道中無(wú)檢測(cè)件、維護(hù)量小等特點(diǎn)，在工程應(yīng)用及貿(mào)易交接中，大有后來(lái)居上取代傳統(tǒng)流量?jī)x表的趨勢(shì)。此外，超聲波流量計(jì)測(cè)量準(zhǔn)確度受被測(cè)流體的溫度、壓力、粘度、密度等參數(shù)的影響很小，所以超聲波流量計(jì)的性能價(jià)格比要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于孔板流量計(jì)，目前超聲波流量計(jì)已經(jīng)逐漸取代了孔板流量計(jì)成為天然氣貿(mào)易交接的理想產(chǎn)品。盡管超聲波流量計(jì)有諸多優(yōu)點(diǎn)，但是由于超聲波流量計(jì)的測(cè)量原理為傳播時(shí)間差法，當(dāng)超聲流量計(jì)的口徑變小時(shí)其聲波傳播的聲程變短，傳播時(shí)間也相應(yīng)變短，傳播時(shí)間差就會(huì)很難得準(zhǔn)確的測(cè)量，這使小口徑的超聲波流量計(jì)的量程比和準(zhǔn)確度都會(huì)下降。

氣體渦輪流量計(jì)在所有流量計(jì)中屬最高精確的流量計(jì)，目前在國(guó)際天然氣計(jì)量領(lǐng)域應(yīng)用也較為普遍。其特點(diǎn)是準(zhǔn)確度較高，無(wú)零點(diǎn)漂移，抗干擾能力好，量程比較寬，所需的直管段較短，占地面積小。但是氣體渦輪流量計(jì)對(duì)被測(cè)介質(zhì)的清潔度要求很高，由于渦輪流量計(jì)的葉輪容易損壞，所以一般要求流量計(jì)前安裝過(guò)濾器，且在投運(yùn)操作上也有很高的要求，這導(dǎo)致渦輪流量計(jì)的后期維護(hù)量增加。天然氣計(jì)量表簡(jiǎn)明對(duì)比見(jiàn)表1。

表1天然氣計(jì)量表簡(jiǎn)明對(duì)比表代表名稱(chēng)

機(jī)械安裝應(yīng)注意以下幾個(gè)問(wèn)題：

（1）流量傳感器應(yīng)安裝在一個(gè)堅(jiān)固的基礎(chǔ)上。內(nèi)徑小于10mm的小口徑質(zhì)量流量計(jì)安裝在平衡堅(jiān)硬和無(wú)振動(dòng)的底面上，如墻面、地面或?qū)ｉT(mén)的基礎(chǔ)。如果在高振動(dòng)環(huán)境使用，應(yīng)注意對(duì)基礎(chǔ)的振動(dòng)吸收，而且傳感器進(jìn)出口與管道之間應(yīng)用柔性管道連接：較大口徑的流量計(jì)直接安裝在工藝管道上，應(yīng)用管卡和支撐物將流量計(jì)牢牢地固定。

（2）為防止CMF間的相互影響，在多臺(tái)流量計(jì)串聯(lián)或并聯(lián)使用時(shí)，各流量傳感器之間的距離應(yīng)足夠遠(yuǎn)，管卡和支撐物應(yīng)分別設(shè)置在各自獨(dú)立基礎(chǔ)上。

（3）為保證使用時(shí)流量傳感器內(nèi)不會(huì)存積氣體或液體殘值，對(duì)于彎管型流量計(jì)，測(cè)量液體，彎管應(yīng)朝下，測(cè)量氣體時(shí)，彎管應(yīng)朝上。測(cè)量漿液或排放液時(shí)，應(yīng)將傳感器安裝在垂直管道，流向由下而上。連接傳感器和工藝管道時(shí)，一定要做到無(wú)應(yīng)力安裝以免造成信號(hào)衰減，特別對(duì)某些直管型測(cè)量管的流量傳感器更應(yīng)注意。

5結(jié)論

雖然在近幾年超聲波流量計(jì)以其測(cè)量精度高、量程比大等優(yōu)勢(shì)得到了迅速發(fā)展，但科里奧利質(zhì)量流量計(jì)憑借其自身的優(yōu)點(diǎn)，在成品油貿(mào)易計(jì)量等方面被廣泛應(yīng)用，尤其對(duì)于測(cè)量小口徑、臟污天然氣等方面有著其他計(jì)量表不可比擬的優(yōu)勢(shì)。