科里奧利質(zhì)量流量計(jì)介紹

科里奧利質(zhì)量流量計(jì)科里奧利質(zhì)量流量計(jì)(CoriolisMassFlowmeter)簡(jiǎn)稱(chēng)科氏力流量計(jì)，是利用流體在振動(dòng)管中流動(dòng)時(shí)，將產(chǎn)生與質(zhì)量流量成正比的科里奧利力的原理測(cè)量的。由于它實(shí)現(xiàn)了真正意義上的高精度的直接流量測(cè)量，具有抗磨損、抗腐蝕、可測(cè)量多種介質(zhì)及多個(gè)參數(shù)等諸多優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已在石油化工、制藥、食品及其他工業(yè)過(guò)程中廣泛應(yīng)用?？剖狭|(zhì)量流量計(jì)計(jì)量準(zhǔn)確、穩(wěn)定、可靠，在需要對(duì)流體進(jìn)行精確計(jì)量或控制的場(chǎng)合選用較多，但其售價(jià)較高，在不需要精確計(jì)量及控制的場(chǎng)合一般選用其他質(zhì)量流量計(jì)代替?？剖狭|(zhì)量流量計(jì)對(duì)于液體和氣體都可選用，但是在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中，氫氣流量的精確測(cè)量一般都選用熱式質(zhì)量流量計(jì)。在我國(guó)，艾默生高準(zhǔn)公司的科里奧利質(zhì)量流量計(jì)已在蘭州石化、安慶石化、新疆塔河油田、中國(guó)海洋石油等中低壓天然氣中的流量計(jì)量得到良好的應(yīng)用。2007年末，高準(zhǔn)公司的科里奧利質(zhì)量流量計(jì)，順利通過(guò)了中國(guó)最權(quán)威的原油大流量計(jì)量站成都天然氣流量分站(CVB)的天然氣實(shí)流測(cè)試，測(cè)量精度達(dá)到0.5%,并具有良好的重復(fù)性。科里奧利質(zhì)量流量計(jì)的工作原理科氏力流量計(jì)由傳感器和變送器兩大部分組成。其中傳感器用于流量信號(hào)的檢測(cè),主要由分流器、測(cè)量管、驅(qū)動(dòng)、檢測(cè)線圈和驅(qū)動(dòng)、檢測(cè)磁鋼構(gòu)成,如圖1所示。變送器用于傳感器的驅(qū)動(dòng)和流量檢測(cè)信號(hào)的轉(zhuǎn)換、運(yùn)算及流量顯示、信號(hào)輸出，變送器主要有電源、驅(qū)動(dòng)、檢測(cè)、顯示等部分電路組成。所有流量計(jì)都必須人為地建立一個(gè)旋轉(zhuǎn)體系，以雙“丁型測(cè)量管傳感器為例，用電磁驅(qū)動(dòng)的方法使“伊型測(cè)量管的回彎部分作周期性的微小振動(dòng)。這相當(dāng)于使“?理管繞一個(gè)固定軸(00二軸)作周期性時(shí)上時(shí)下的旋轉(zhuǎn)，其旋轉(zhuǎn)方向周期性的變化，像鐘擺一樣運(yùn)動(dòng)?！癪，型管的出入口段被固定，這樣就建立一個(gè)以“U”形管出入口段為固定軸的旋轉(zhuǎn)體系。傳感器力學(xué)分析如圖2所示。

振動(dòng)方向振動(dòng)方向當(dāng)測(cè)量管向上振動(dòng)但無(wú)流體流過(guò)時(shí)，運(yùn)用右手螺旋法則，四指指向旋轉(zhuǎn)方向，則大拇指指向的方向?yàn)橥饧域?qū)動(dòng)的圓頻率3。當(dāng)流體流入“江’形管時(shí)，由于慣性，流體將反抗“U”形測(cè)量管強(qiáng)加給它的垂直動(dòng)量的改變：在，廿形管的入口段出在管子向上振動(dòng)期間.流體將壓管子向下，而在“U”形管的出口段，流體將推管子向上，于是測(cè)量管被扭曲如圖3所示。O'I?F1酬方同這就是科里奧力的作用結(jié)果。右手定則可以確定科里奧力的方向?，當(dāng)大拇指代表3方向，食指代表V方向，則中指的反方向即為科氏力Fc的方向。在圖2中，F(xiàn)c'和的箭頭表示科lrie.3LpipeckstortLoncausedbyCoriole氏力的方向。當(dāng)"U”形管被向下驅(qū)動(dòng)時(shí)（3一方向反向），則Fc和FC’亦反向。通過(guò)力學(xué)公式推導(dǎo)，可得到質(zhì)量流量的表達(dá)式如式（1）所示：Qm=（Ks/8r2）*4（1）式（1）中Qm為流體質(zhì)量流量；Ks為測(cè)量管的角彈性系數(shù)；r為回彎管半寬度。4為流體流過(guò)傳感器左右檢測(cè)器時(shí)產(chǎn)生的時(shí)間差，也就是兩組檢測(cè)信號(hào)的相位差，如圖4所示。由式（1）可知，質(zhì)量流量Qm與兩組電磁檢測(cè)器檢出信號(hào)的時(shí)間差成正比，而與振動(dòng)的頻率及角速度等均無(wú)關(guān)，根據(jù)這一原理，質(zhì)量流量計(jì)將4轉(zhuǎn)換成脈沖信號(hào)（0kHz?10kHz）或電流信號(hào)（4mA?20mADC）、電壓信號(hào)（IV?5VDC）輸出并顯示流體質(zhì)量，從而解決了質(zhì)量流量的直接測(cè)量問(wèn)題。右檢濟(jì)第號(hào)r左檢測(cè)信號(hào)右檢濟(jì)第號(hào)r左檢測(cè)信號(hào)圖4質(zhì)量流量正比于時(shí)間差A(yù)tFig.4MassflowpropotionaltotimedifferenceAt科里奧利質(zhì)量流量計(jì)的選用由于科里奧利質(zhì)量流量計(jì)是一種直接式質(zhì)量流量計(jì)，因而具有許多其他流量計(jì)無(wú)可比擬的優(yōu)點(diǎn)：(1)實(shí)現(xiàn)了真正的、高精度的直接質(zhì)量流量測(cè)量。精度一般可達(dá)0.1%?0.2%,重復(fù)性?xún)?yōu)于0.1％。(2)可以測(cè)量多種介質(zhì),如油品、化工介質(zhì)、造紙黑液、槳體及天然氣等。(3)流體的介質(zhì)密度、黏度、溫度、壓力、導(dǎo)電率、流速分布等特性對(duì)測(cè)量結(jié)果影響較小。(4)無(wú)可動(dòng)部件,流量管內(nèi)無(wú)障礙物,便于維護(hù)?？剖狭α髁坑?jì)的選擇一般主要考慮其性能和可靠性。性能包括各種指標(biāo),如準(zhǔn)確度、量程利用率、壓力損失和量程能力等?？煽啃孕枰獙?shí)踐的檢驗(yàn)。準(zhǔn)確度主要包括：偏差、重復(fù)性、線性和回滯。有3種描述方式：流量百分比準(zhǔn)確度、滿(mǎn)量程準(zhǔn)確度和帶零穩(wěn)點(diǎn)穩(wěn)定度的準(zhǔn)確度。不同的廠家可能以不同的方式給出,比較時(shí)應(yīng)考慮到這一點(diǎn)。其中帶零點(diǎn)穩(wěn)定度的準(zhǔn)確度更能體現(xiàn)科氏力流量計(jì)在整個(gè)流量范圍內(nèi)的準(zhǔn)確度,因?yàn)榱泓c(diǎn)穩(wěn)定度表示了流量計(jì)測(cè)量實(shí)際零流量的能力。根據(jù)操作條件和傳感器的最大流量,預(yù)選出傳感器的規(guī)格(公稱(chēng)管徑),計(jì)算出壓力損失是選型工作的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。不實(shí)際的高流量會(huì)引起高的壓力損失,但由于靈敏度高,準(zhǔn)確度就好。相反,低流量會(huì)使壓力損失降低,靈敏度低,準(zhǔn)確度較差。所以,選擇的時(shí)候要綜合考慮,在盡可能低的壓力損失下得到高的流量靈敏度和準(zhǔn)確度。量程能力(相對(duì)mA輸出，最大量程和最小量程的比值)也是一個(gè)考慮因素。如果使用mA輸出信號(hào)的話,與許多其他常規(guī)儀表的選擇一樣。量程利用率(額定流量與瞬時(shí)流量的比值)也很重要,一般可通過(guò)廠家給出的科氏力流量計(jì)在各種流速下的量程利用率、壓力損失和準(zhǔn)確度曲線來(lái)計(jì)算其在給定應(yīng)用中的性能。3科里奧利質(zhì)量流量計(jì)的安裝從質(zhì)量流量計(jì)的工作原理可知，流量計(jì)的安裝有以下一些要求：（1）傳感器和變送器出廠前是配套標(biāo)定的，安裝時(shí)須一一對(duì)應(yīng)。如果更換了變送器，又沒(méi)有重新配套標(biāo)定，雖可通過(guò)組態(tài)重新輸入使系統(tǒng)參數(shù)運(yùn)行，但卻可能產(chǎn)生一定的系統(tǒng)誤差。（2）傳感器、變送器及電纜安裝應(yīng)盡量避免電磁干擾，如遠(yuǎn)離大型電動(dòng)機(jī)、繼電器等。（3）傳感器振管內(nèi)應(yīng)保證充滿(mǎn)被測(cè)介質(zhì)，盡量避免夾氣。例如，可在流量計(jì)前安裝消氣器，提高出口備壓等；針對(duì)不同性質(zhì)的被測(cè)介質(zhì)，有T型、倒丁型及旗式等3種安裝方式。（4）為保證流體均勻、均質(zhì)地通過(guò)振管，傳感器應(yīng)安裝在節(jié)流裝置、阻流元件之前，或是安裝在一定長(zhǎng)度的直管段之后。（5）傳感器法蘭前后6?10倍管徑長(zhǎng)度處必須加裝具有足夠剛度和質(zhì)量的支撐，且支撐必須與管線可靠固定，避免管道振動(dòng)干擾振管振動(dòng)，引起測(cè)量誤差。（6）安裝時(shí)傳感器與管道要同軸對(duì)準(zhǔn)，無(wú)論軸向還是徑向，均應(yīng)盡量做到無(wú)應(yīng)力安裝。綜上所述，科氏力流量計(jì)是一種新型的流量測(cè)量?jī)x表；它具有其它流量計(jì)所沒(méi)有的一些優(yōu)點(diǎn)，測(cè)量精度僅與傳感器左右檢測(cè)時(shí)間差信號(hào)有關(guān)，因此在很多領(lǐng)域得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。但使用環(huán)境振動(dòng)不能太大，且要正確地設(shè)計(jì)選型及安裝。4澄清會(huì)談判注意事項(xiàng)質(zhì)量流量計(jì)的進(jìn)口產(chǎn)品供貨商主要有德國(guó)科隆，艾默生和E+H三家。德國(guó)科隆的價(jià)格便宜點(diǎn)，質(zhì)量和測(cè)量精度稍差一些，一般2寸左右的售價(jià)在7到8萬(wàn)，艾默生和E+H價(jià)格差不多，E+H的同口徑質(zhì)量流量計(jì)要稍微便宜一些，一般2寸左右的售價(jià)在10萬(wàn)以上。國(guó)內(nèi)的供貨商主要有上海一諾和西安東風(fēng)，價(jià)格比德國(guó)科隆的要稍微便宜一些，質(zhì)量可靠，很多石化項(xiàng)目都在用。在進(jìn)行質(zhì)量流量計(jì)澄清會(huì)的時(shí)候，主要討論的問(wèn)題是測(cè)量精度、壓損和流速、變送器的安裝位置、選材、供電、防爆等級(jí)等。測(cè)量精度質(zhì)量流量計(jì)的測(cè)量精度一般分為計(jì)量級(jí)和控制級(jí)兩種，計(jì)量級(jí)一般用于需要精確計(jì)量的原料進(jìn)料、產(chǎn)品出料等的流量測(cè)量，控制級(jí)一般用于將流量控制穩(wěn)定以保證工藝過(guò)程的穩(wěn)定。對(duì)于質(zhì)量流量計(jì)，控制級(jí)的測(cè)量精度一般在2%。或1.5%。，計(jì)量級(jí)的測(cè)量精度一般在1%。或1.5%。。具體測(cè)量精度要求控制級(jí)還是計(jì)量級(jí)由工藝專(zhuān)業(yè)根據(jù)實(shí)際情況提供。艾默生和E+H的質(zhì)量流量計(jì)同樣口徑的控制級(jí)要求和計(jì)量級(jí)要求的流量計(jì)價(jià)格差距較大，計(jì)量級(jí)的要高30%~50%，而且當(dāng)尺寸大于4寸時(shí)，一般只有計(jì)量級(jí)流量計(jì)，沒(méi)有控制級(jí)流量計(jì)。壓損和流速對(duì)于流量計(jì)的選型來(lái)說(shuō)，壓損和流速是需要重點(diǎn)關(guān)注的兩個(gè)參數(shù)。所謂壓力損失是指流體經(jīng)過(guò)儀表后,由于測(cè)量振動(dòng)管內(nèi)徑小于工藝管道的內(nèi)徑以及結(jié)構(gòu)上的彎道等所造成的入口端和出口端的壓力差。壓力損失又稱(chēng)壓力降,是一種永久性損失,其實(shí)質(zhì)是能量損失，需要額外消耗整個(gè)管路系統(tǒng)的動(dòng)能，若壓降過(guò)大，有可能導(dǎo)致工藝條件不滿(mǎn)足。質(zhì)量流量計(jì)的測(cè)量精度需要在合適的流速下才能達(dá)到要求，當(dāng)管道較大，測(cè)量流量較小時(shí)，就需要選用縮徑的流量計(jì)以保證流速和測(cè)量精度，但是縮徑太多，流量計(jì)的前后壓差會(huì)太大，有可能超過(guò)工藝要求的最大允許壓差，不滿(mǎn)足工藝要求。當(dāng)然流速也不是越大越好，首先流速大，壓降肯定大，另外對(duì)流量計(jì)的沖刷能量大，影響流量計(jì)的測(cè)量精度和使用壽命，一般流速不超過(guò)10m/s。因此，在選用流量計(jì)的時(shí)候，需要兼顧測(cè)量精度和允許壓差這兩項(xiàng)要求。有了質(zhì)量流量計(jì)的口徑和流量要求，就可以通過(guò)專(zhuān)門(mén)的軟件來(lái)計(jì)算最大流量時(shí)的壓損和流速。變送器的安裝形式質(zhì)量流量計(jì)變送器的安裝形式一般有一體式和分體式兩種。一體式主要用在常溫流體的流量測(cè)量，分體式一般用于高溫流體或超低溫流體的流量測(cè)量。艾默生質(zhì)量流量計(jì)變送器的安裝形式選用原則是：當(dāng)溫度低于200攝氏度時(shí)，變送器選用一體式的安裝形式；當(dāng)溫度高于200攝氏度，低于350攝氏度時(shí)選用分體式安裝形式；當(dāng)溫度高于350攝氏度時(shí)，不適合選用質(zhì)量流量計(jì)E+H質(zhì)量流量計(jì)變送器安裝形式選用原則：當(dāng)溫度高于-100攝氏度，低于220攝氏度時(shí)選用一體式安裝形式，當(dāng)溫度在220攝氏度到350攝氏度之間或低于-100攝氏度時(shí)選用分體式安裝形式。質(zhì)量流量計(jì)選材質(zhì)量流量計(jì)的選材主要根據(jù)流體介質(zhì)、設(shè)計(jì)溫度、設(shè)計(jì)壓力等參數(shù)來(lái)決定。與管道連接法蘭一般根據(jù)管道的材質(zhì)選定。而測(cè)量管的材質(zhì)應(yīng)該比連接法蘭的材質(zhì)要求更高，至少應(yīng)該和連接法蘭的材質(zhì)一致。對(duì)于常規(guī)流體，非強(qiáng)腐蝕性的酸、堿，質(zhì)量流量計(jì)的閥體一般選用不銹鋼304L或316L，對(duì)于強(qiáng)腐蝕性的流體，就需要選用哈氏合金、鈦、鉭、鉑銠等材料了。詳細(xì)說(shuō)明如下：1、不銹鋼316L：適用于：生活水、工業(yè)水、原水井水、城市污水；腐蝕性弱的酸、堿、鹽溶液；有機(jī)溶劑等。不適用于：強(qiáng)腐蝕性的酸、堿。2、哈氏合金B(yǎng)：適用于：濃度小于10%的鹽酸等非氧化性酸；濃度小于50%的氫氧化鈉；一切濃度的氫氧化氨堿溶液；磷酸和有機(jī)酸。不適用于：硝酸。3、哈氏合金C：適用于：混酸（如鉻酸和硫酸的混合溶液）；氧化性鹽類(lèi)（如海水、含Cu+++、Fe+++）。不適用：鹽酸。4、鈦：適用于：鹽（如氯化物、鈉鹽、鉀鹽、氨鹽、次氯酸鹽、還水），濃度小于50%的氫氧化鉀、氫氧化氨、氫氧化鋇堿溶液。不適用于：鹽酸、硫酸