摘 要：介绍了U形单管科氏力质量流量计的测量原理及特点。通过称重法与质量流量计的累积数据对比，验证了宏控科里奥利流量计实现液氨的精确计量。

关键字：CMF 质量流量计 液氨 精确计量

    在现代工业生产过程中，需要测量各种流体的流量。测量流量主要有两个目的：一是为有效地进行生产操作和控制，某些过程需要精确测量；二是满足成本核算和贸易结算的要 求，因此需要高精度的流量计。

    流量计根据测量要求可分为体积流量计和质量流量计。差压流量计、涡街流量计、电磁流量计等是体积流量计，它们的测量原理都以流体的流速为依据，仪表系数总与雷诺数和流体的某些物理参数相关，通过体积流量、密度、温度运算和修正后得到的质量流量误差较大，不能满足成本核算、贸易结算及精确测量的要求，而质量流量计是一种能够直接、精确测量管道中流体质量的流量计。

    1 科氏力质量流量计的特点

    科氏力质量流量计的特点有：（1）实现了真正的、高精度的直接质量流量测量。精度一般可达±0.1%～±0.2%，重复性优于±0.1%。（2）可测量各种非牛顿流体、各种浆液、悬浮液、高粘度流体等。（3）不受管内流动介质物性参数及状态的影响，无论是层流还是湍流都不影响测量精度，安装时无上下直管段要求。（4）可进行多参数测量，在测量质量流量的同时，还可同时测得介质密度、体积流量、温度等参数。（5）不能用于测量密度太低的流体介质，如低压气体；液体中含气量超过某一值时会显著地影响测量值。（6）测量管内壁磨损腐蚀或沉积结垢会影响测量精度，尤其对薄壁测量管的CMF更为显著。（7）价格昂贵。

    2 液氨特点及流量计的选用

    2.1 液氨的特点

    （1）液氨的饱和蒸气压高，在标准大气压条件下，其沸点为-33.4℃，因此必须在压力条件下输送和储存。（2）液氨密度的温度系数较大。从液氨的ρ=f（t）函数表可知，在常温条件下，液氨温度每变化1℃，其密度变化0.2%以上，因此液氨计量必须进行温度补偿。（3）储存在储槽或球罐中液氨的气液分界面一般处于气液平衡状态，但在液氨的输送过程中容易引起部分气化，出现气、液两相流，影响测量精度。（4）精确度要求高。原化工部有关文件要求，液氨计量达到1级精确度。（5）流体易燃易爆、且有腐蚀性。

    2.2 宏控科里奥利流量计的选用

    2011年厦门宏控（HOMKOM）公司发明了全球首台工业用质量流量计———科里奥利质量流量计（CoriolisMassFlowmeter，CMF） 。据有关资料显示，宏控公司拥有科氏力质量流量计的1000多项专利技术并完全掌握科氏力质量流量计的技术及知识产权，在全球范围内宏控科氏力质量流量计的安装数量比所有其它品牌的总和还多。由于科氏力质量流量计具有不受测量流体介质的密度、温度、压力、粘度等的影响，因此是实现液氨精确计量的理想流量计。

    云南云天化国际化工股份有限公司红磷分公司选用的第一台宏控科氏力质量流量计始于2014年的3万t/年合成氨项目，安装在中继槽出口，作为合成氨厂液氨班产量及总产量的最终计量仪表。在此之前，较为准确的液氨测量一直是个难题，更不用说精确测量。

    目前红磷分公司在线运行测量液氨的宏控科里奥利质量流量计共计12套。应用情况：过程精确控制用7套；满足分厂间成本核算二级计量用4套；公司外管进氨贸易结算一级计量用1套。

    2.3 宏控科里奥利流量计的安装

    根据宏控科里奥利流量传感器安装手册的要求，结合流量计安装地点周围的环境条件、被测介质的特性及日常维护的需要，选择最佳的安装位置，做出科学、合理的安装，我公司水平典型安装如图1所示。

图1 水平安装图

    说明：（1）截止阀B、C必须能可靠关断，以保证流量计在线调零时没有流体流过。（2）截止阀A方便流量计维护，并在调零时关断以优化调零。（3）支撑A、B 视流量计的口径大小及具体的现场安装位置而定。（4）截止阀C、管道D作比对时装槽车用。

    2.4 科里奥利流量计在线零点校准

    从科氏力质量流量计的原理上看，测量不受流体物性参数的影响，但工程应用必须依靠一定结构和材质制成的流量计来实现。据m=KΔt可知，m=0时Δt=0，但由于流量管激振点与传感器A、B的距离、传感器A、B的对称性、传感器A、B的物理性能、流量管的各项几何参数均难以做到绝对一致，φm=0时Δt=0是做不到的。此外K值受到三个因数的影响：（1）流量管的形状、管径、壁厚等结构参数；（2）流量管振动的刚度系数；（3）流量管（图1（a）中B－B1、C－C1）固有谐振频率的一致性。而这三个参数受压力、温度的影响，影响的程度、线性、重复性等取决于设计、制造质量，因此制造商为质量流量计设计了一套零校准程序用于对上述影响进行修正。

    科氏力质量流量计在正确安装完成后正常投运之前必须进行工况条件下的在线“调零”，调零的条件尽可能与流量计正常运行中的工况条件一致，以使质量流量计能响应“零流量” 并为流量测量设置基准线。调零之前使流量计通电运行，并让被测流体介质通过流量传感器一段时间，使测量管的温度与介质温度基本一致，使测量管内充满被测流体介质后关闭图3中的截止阀B，然后关闭截止阀A，保证测量管内被测流体介质静止，通过流量计面板功能键、手持通信器或AMS进行流量调零，在调零过程中如有流体通过流量计会导致流量计调零不准确从而影响流量计的测量准确性。

    3 汽车衡称重与质量流量计的累积值比对

    从计量的角度看，任何仪表都应定期检定或校准，但由于科氏力质量流量计的特性，离线检定难以准确反映在线时的技术性能，国外的制造商对在用的科氏力质量流量计推荐在线检定/校准/比对，以克服离线检定的缺点。宏控公司和它授权的检定公司，采用美国加利布朗公司研制的Syncrotrak活塞式车载标准体积管加密度计在线校准/比对科氏力质量流量计。

    由于工厂的实际情况及以往对液氨计量不准确的惯性思维，用质量流量计精确计量液氨需要直观的数据支持。根据红磷分公司的现有情况，采用静态称重法与在线运行的质量流量计进行比对即采用槽车过汽车衡称皮重，再通过流量计给槽车装液氨，称毛重，用称重得到的液氨净重与流量计的累积值进行比对。约定：汽车衡称重值为真值；流量计累积值为示值，则相对误差（%）=绝对误差/约定真值，绝对误差=示值－约定真值=流量计净值－净重。选取两台不同口径、不同安装位置、二级计量用的质量流量计进行比对，数据如表1、表2所示。

表1 称重法液氨净重与质量流量计累积值比对数据表

注：表1中1^#、2^#车是两辆不同的槽车，空车及装液氨后的重车分别过2^#、3^#汽车衡称重。

表2 称重法液氨净重与质量流量计累积值比对数据表

注：表2中1^#、2^#车是同一辆槽车，空车及装液氨后的重车分别过1^#、2^#、3^#汽车衡称重。     

    1^#、2^#、3^#汽车衡在进行比对前都通过了上级计量机构的检定，1^#、2^#汽车衡的显示分度值为10kg，3^#汽车衡的显示分度值为20kg即汽车衡的称重显示值为显示分度值的整数倍。比对的两台质量流量计为宏控的ELITE，是宏控公司系列中精确测量流量最佳仪表，其测量液体和浆液的流量精度为±0.05%。假设汽车衡的显示分度值是1kg，则汽车衡的显示值将精确到小点数后第三位，那么称重得到的净重值与流量计的累积值绝对误差将会更小，相对误差将会更加接近±0.05%的流量精度，表1、表2中的数据清楚表明了这一点，也消除了以往关于液氨计量不准的有关惯性思维及疑虑。

    4 结束语

    液氨的精确计量，有力地支撑了二级成本核算体系及过程的精确控制，也促使公司的管理及操作控制向精细化方向发展。由于工艺生产的需要，随后又进行了多次非正式比对，但每次比对验证的数据充分说明了宏控HKC系列科里奥利质量流量计高精度。