摘 要：文章简要叙述了科氏力质量流量计的基本原理与主要特点，并结合精细化工生产中的实例，探讨其在光气生产比值控制中的应用，以及其作为在线密度计在甲托合成中的应用情况。最后，简要分析了国产品牌流量计与进口品牌流量计之间存在的差距，并指出其分别适用的场合。

关键字：科氏力质量流量计 精细化工 应用

    进入二十一世纪以来，随着科学技术的飞速发展，科氏力质量流量计在精细化工生产中的应用越来越广泛，作为精度最高的三类流量计之一，其独特的优势正逐渐显现出来。笔者在此简要介绍科氏力质量流量计的技术原理与特点，并结合工作中的实例，探讨其在精细化工生产上的应用。

    1 基本原理与主要特点

    科氏力质量流量计的基本原理为：一根两端固定的薄壁测量管，在中点处以测量管谐振或接近谐振的频率（或其高次谐波频率）所激励，此时，在管内流动的流体产生科里奥利力，使测量管中点前后产生方向相反的挠曲，挠曲的大小与流体的质量流量成正比。因此，用光学或电磁学的方法检测测量管的挠曲量，就可以求得管内流体的质量流量。

    科氏力质量流量计的主要特点为：①直接测量质量流量，有很高的测量准确度；②测量值不受流体特性（密度、粘度）等的影响；③可测量各种非牛顿流体及含微粒的浆液；④可做多参数测量，如温度、密度等。

    2 在精细化工生产中的应用探讨

    下面我们结合工程实例，来探讨科氏力质量流量计在精细化工生产中的应用。

    2.1 在光气生产中的应用

    海利化工股份有限公司的主要产品是氨基甲酸酯类农药，在此类农药的生产中，光气生产是极其重要的一个环节，光气的浓度含量及其稳定程度在氨基甲酸酯的合成中有着举足经重的地位。光气的生产过程如下：液氯经过汽化器变成气态氯，氯气与一氧化碳气体按比例进入混合器，混合后的气体在催化剂的作用下经过一、二级反应器便生成光气。在此过程中，如何控制氯气与一氧化碳气体按一定的比例进入混合器，是提高光气生产质量的重中之重。为解决此问题，海利化工股份有限公司下属的贵溪农药公司在2007年5月进行的DCS改造中，在这个工段采用了比值控制，其原理结构如图1所示。

图1 混合气压力自动调节及CL2—CO比值控制系统图

    这里用氯气的流量来控制一氧化碳的流量。先用混合器上的压变PI-201控制氯气管道上的调节阀PV-201来调节氯气的流量以保证混合器压力正常；然后在比值器中输入合适的比值，比值器会根据氯气流量计FI-201和一氧化碳流量计FI-202的流量值，自动调节控制阀FV-202的开度，使氯气与一氧化碳按照设定的比值流量进入混合器。

    上述调节方案在原理上是正确的，但是在装置开车后，根据笔者的观察和现场工艺人员的反馈，实际情况不太理想。光气含量在上比值控制前是62%左右（依赖于现场工人控制玻璃转子流量计手动调节阀），用了比值控制后，含量在60%～75%之间波动，光气浓度很不稳定，对后面的酰氯合成工艺造成了较大的困扰。因此，在使用了三个多月以后，这套比值控制系统被弃用，操作工人又改回了以前的手动操作。

    笔者认为以上情况出现的原因是流量计的选型问题。这套装置选用的是北京菲舍波特仪器公司生产的VT5000型涡街流量计，这种流量计的特点是带温度和压力补偿，读数稳定准确度高，运行可靠。但是现场的氯气与一氧化碳气体压力过低，正常时氯气与CO的压力在1.5～2kg左右，氯气因是钢瓶液氯汽化而来，在钢瓶内液氯快用完时，压力会明显降低，有时会低到0.5～0.7kg；由于煤气工艺的原因，煤气压力也时有波动，有时会降至1.0kg左右。在如此之低的压力下测量气体，即使带了温压补偿，涡街流量计也是有心无力。在现场我们用万分之一的高精度电子秤测量氯气钢瓶的汽化量，和氯气流量计的累积流量相比较，发现误差达到30%之多。

    由此可见，低压气体的准确测量是一个技术难点，用体积式流量计明显不合适，只能考虑使用质量流量计。质量流量计分为2种：热式质量流量计和本文所述的科氏力质量流量计。从原理上来说，热式质量流量计适合测量低压气体，但是其精度不高，生产厂家保证其误差值在5%～8%之间。工艺专业给流量计提的要求是精度为1.0左右，否则光气含量难以有大的提升。因此，笔者拟使用科氏力质量流量计：这种流量计早期只能用来测量液体和高压气体，且仪表自身的压力损失较大。但是随着技术的发展，其中的一些高端品牌已经具备测量低压气体的能力。经过筛选，笔者选择了艾默生高准公司（MicroMotion）的CMF系列科氏力质量流量计，它采用了MVD（多变量数字技术）、独特的大弯管结构以及其他一些旨在提高信噪比的技术，可以胜任低压气体的测量。在本例的工况下，通过计算得出：采用高准公司的CMF质量流量计，最大压损为0.15kg，测量数据可重复性为97%，完全符合我们的使用要求。购买后安装在管道上试运行时，笔者又用高精度电子秤进行了校验，实际使用误差为0.8%，完全符合工艺专业提出的精度要求。重新启用DCS的比值控制回路，系统运行稳定，光气含量一直保持在84%左右，彻底解决了光气生产中存在的这个瓶颈问题，大大减轻了操作工人的劳动强度，减少了物料消耗。

    2.2 在生产流程中作为在线密度计的应用

    由前文所述得出：由于科氏力质量流量计的测量管以一定的频率连续振动，当一定密度的流体流过测量管时，测量管的振动频率会发生相应的变化，这个频率是流体密度的函数，与流体密度有着唯一的对应关系，通过测量流体流过测量管时的频率即可获得流体的密度。因此，科氏力质量流量计可以同时测量流体的质量流量和流体密度。根据这一特性，可以将其作为在线密度计使用。与其他的在线密度计，如音叉式密度计、差压式密度计、超声波式密度计等相比较，它具有测量精度高、运行稳定、压力损失较小等优点，下面以实例来介绍其作为在线密度计在精细化工生产中的应用。

    海利贵溪农药公司于2011年7月完成了甲基硫菌灵（简称甲托）的技术改造项目。此项目中，有一个工艺步骤是用泵将溶剂—外购的乙酸乙酯从溶剂储罐输送到甲托合成釜中，输送管道上设一流量计，达到累积流量后DCS联锁停泵。由于外购的乙酸乙酯中不可避免的含有水分，而水对甲托合成的品质有很大的消极影响，所以，如何避免水进入甲托合成釜就成了一个关键问题。乙酸乙酯相对水的密度是0.902，所以在溶剂储罐中乙酸乙酯与水是分层的。因为是技改项目，溶剂储罐利旧，没有多余的设备口来安装界面计，于是笔者在自控设计中，采用了一台科氏力质量流量计作为在线密度计，同时显示溶剂的质量流量与密度，其原理如图2所示。

图2 溶剂储罐自控设计图

    质量流量计FIQS203同时与溶剂输送泵P208、开关阀KV201、KV202联锁。当密度计检测到管道中流体是溶剂时（相对密度≤0.91），DCS开启阀KV201，阀KV202保持关闭状态，同时流量累积联锁投入运行，溶剂输送到甲托合成釜内，达到累积质量流量后联锁停泵P208；当密度计检测到管道中流体是水时（相对密度>0.91），DCS关闭阀KV201，开启阀KV202，同时解除流量累积联锁，水沿着阀KV202的管道流到废液罐V209，直到流量计检测到液体流量为零时联锁停泵P208。

    在这里，由于所测介质是常温液体，工艺专业对流量计的精度要求并不太高（0.5级），出于价格成本的考虑，笔者选择了一台国产品牌的科氏力质量流量计。国产品牌质量流量计经过这几年的发展，已经有了长足的进步，现在一些大型的石化企业，如九江石化、武汉石化、乌鲁木齐石化等厂家，其装置内过程控制与计量使用的质量流量计大多为国产品牌。但是在目前，国产品牌质量流量计与进口品牌之间，还是存在一定的技术差距，主要体现在下面几点：测量管的加工精度较低；元器件的选材较差；传感器年漂移量较大；变送器组态性能不足等。笔者认为：在贸易交接或者配比控制等要求精度高、稳定性好的场合下，一定要使用进口品牌的质量流量计；但是在一般的过程控制场合和精度要求不是太高的计量场合，国产品牌中的一些佼佼者，如西安东风机电、太航仪表、北京首科等厂家生产的科氏力质量流量计，还是完全可以满足使用要求的。笔者在此选用的是北京首科生产的DMF系列质量流量计，使用一年多来，运行稳定，安全可靠，而价格仅为进口品牌的一半。

    3 结语

    随着技术的不断发展，生产厂家的增加引发市场竞争的激烈，科氏力质量流量计的性能在不断地提升，应用范围在不断地扩大，价格却在不断地下降。作为工程设计人员，应该结合科氏力质量流量计的技术特点和工程的实际需要，通过流量计厂家的配合，合理选型仪表设备，不断完善设计方案，使科氏力质量流量计在精细化工生产中发挥更大、更积极的作用。