摘 要：本文介绍了科里奥利力质量流量计的工作原理及其优点，重点列举和分析了锦西石化分公司在各种物料计量过程中使用科里奥利力质量流量计所发现的一些问题，提出了科里奥利力质量流量计在选型、安装过程中所要注意的问题，并重点讨论了应力和压力对科里奥利力质量流量计的影响。

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    科里奥利力质量流量计广泛应用于石化等领域，是当今世界上最先进的流量测量仪表之一，锦西石化公司作为大型炼油化工企业，其产品主要有汽油、煤油、柴油、液态烃等产品，科里奥利力质量流量计在这些物料的计量过程中，尤其是对于出厂产品的计量过程中使用可靠，精度均在2‰以内，提高了锦西石化公司能源、物料的流量测量准确度，避免了不必要的损失，确保了企业的利益不受到损害。

    1 科里奥利力质量流量计的原理和优点

    1.1 科里奥利力质量流量计的原理

    科里奥利质量流量计（以下简称CMF）是利用流体在直线运动的同时处于一旋转系中，产生与质量流量成正比的科里奥利力原理制成的一种直接式质量流量仪表。

    如图1所示，当质量为m的质点以速度υ在对p轴作角速度ω旋转的管道内移动时，质点受到两个分量的加速度及其力。

图1 科里奥利力

    1）、法向加速度即向心力加速度α_r，其量值等于ω²r，方向朝向P轴；

    2）、切向加速度α_t即科里奥利加速度，其量值等于2ωυ，方向与α_r垂直。由于复合运动，在质点的α_t方向上作用着科里奥利F_c=2ωυ_m，管道对质点作用着一个反向力-F_c=-2ωυ_m。

    当密度为ρ的流体在旋转管道中以恒定速度υ流动时，任何一段长度Δx的管道都将受到一个ΔF_c的切向科里奥利力。

    

    式中A-管道的流通内截面积。

    由于质量流量计流量即为δ_m，δ_m=ρυA，所以

    

    因此，直接或间接测量在旋转管道中流动流体产生的科里奥利力就可以测的得质量流量，这就是CMF的基本原理。

    但是通过旋转运动产生科里奥利力是困难的，所有目前产品以管道振动产生，即由两断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，在管内流动的流体产生科里奥利力，使测量管中点前后两半段产生方向相反的挠曲，检测挠曲量以求得质量流量。

    1.2 科里奥利力质量流量计的优点

    科里奥利力质量流量计的优点主要有以下几个方面：（1）直接测量质量流量，有很高的测量精确度。（2）可测流体范围广，包括高黏度液的各种液体，含有固形物的浆液，含有少量均匀分布气体的液体，有足够密度的气体（压力较高的气体）。（3）测量管的振幅小，可视作非活动部件；测量管内无阻碍件或活动件。（4）对迎流流速分布不敏感，因而无上下游直管段要求。（5）流量测量值对流体黏度不敏感，流体密度对流量测量值的影响极微。（6）一台质量流量计可做多参数测量。测质量流量的同期可测流体密度和温度，还可衍生测量体积流量、溶质浓度、液固双相流体（或不相溶双组分液体）异相（或异成分）的含量。

    2 科里奥利力质量流量计在锦西石化的应用及问题分析

    近年来随着锦西石化公司对成本控制和增加效益的追求力度逐渐加大，对生产和销售环节中的能源、物料计量的要求也越来越高，公司不断加大能源、物料计量器具的更新改造力度，包括原油及装置间物料互供均使用质量流量计进行计量，尤其是产品出厂这方面，汽油、煤油、柴油、液化气及丙烯等全部采用罗斯蒙特高精度的科里奥利力质量流量计。当然质量流量计在使用的过程中也会出现各种各样的问题，但是这些问题经过我们汇总分析认为，质量流量计计量过程中出现的问题主要是流量计的安装不合规范和测量介质的物理性质及参数影响造成的，也就是说可以分为两个部分，一是安装等外部因素的影响，二是测量介质物理性质内部因素的影响。

    2.1 安装等外部因素影响

    锦西石化装船码头2002年装有6台罗斯蒙特DN150的质量流量计，分别用于汽油、柴油的装船计量，在刚开始运行的过程中，其中一台柴油流量计在不装船的情况下，经常出现5到7吨短暂的瞬时流量，对此多次现场检查并调整零点，仍有此现象发生，最后将传感器与工艺管线分离发现传感器一侧法兰与工艺管线连接法兰水平方向相差3cm，当时安装队伍不够专业，现场指挥人员缺乏经验，在这种情况下硬性连接，管道应力作用在传感器上，在海风较大的情况下，流量计经常出现5到7吨短暂的瞬时流量，影响流量计的正常计量。所以说质量流量计的安装和现场环境等因素，是影响质量流量计正常计量的一个主要因素。下面就这些因素进行分析。

    2.1.1 管道应力的影响

    传感器在安装的过程中，若连接流量传感器管道中心未对准（或不平行）或管道温度改变，管道应力会形成压力、拉力、或剪切力作用到质量流量计测量管间地对准，引起检测探头的不对称性，导致零点变动。情况不是很严重的情况下，流量计安装好后必须调零以消除或减小这一影响。若管道严重未对准，有可能无法进行调零。管道温度变化比较大，或者偏离安装温度比较大的情况下，管道产生的热膨胀（或收缩）力亦将作用到流量传感器，也会影响流量计的正常计量，所以在安装质量流量计的过程中，一定要确保连接流量传感器管道中心对准，同时在温度变化较大的情况下，可在管道装热膨胀隔离管件。

    2.1.2 环境振动影响

    锦西石化蒸馏装置原油计量表为罗斯蒙特的质量流量计，安装位置在装置内，并且距离泵房较近，工艺管线震动较大，因此流量计计量数据存在一些问题，造成装置收率不正常，在这种情况下我们对流量计两端加装支撑，降低震动的影响，使得流量计工作正常。质量流量计可以在振动环境下工作，但必须与振动隔离。尤其是震动较大的情况下，可以与振动管间用柔性管连接和采用隔离振动的支撑架。但更应预防振动频率与质量流量计的工作频率或谐波频率相同。同一型号多台仪表串接安装或较接近地平行安装，尤其是装在同一支撑台架上，各质量流量计间工作频率振动会相互影响，引起异常振动，严重时会使仪表无法工作。

    2.1.3 流量传感器安装姿势和位置的影响

    流量传感器安装姿势和位置对于流量计能否正常工作也非常重要。测量管内残留固形物和管壁结垢均都会影响测量精确度。一般说装于自下而上流动的垂直管道较为理想；但对于非直形测量管则应按管道振动状况和应用条件决定垂直还是水平安装。测量液体不要装在管系的最高位置，以避免积聚气体；测量气体不要装在管系的最低位置，以避免积存凝结水。安装位置还必须使测量管内充满液体，例如水平管道流体流过质量流量计后直接排入容器而无背压的情况下，测量管往往不能充满，会使输出信号激烈波动。

图2 传感器安装示意图

    当然，在一些特殊的情况下，传感器的安装方式还是可以改变的，比如锦西石化蒸馏装置的原油计量质量流量计因工艺管线的原因，尽管是测量液体，但是采用了测量管向上的安装方式，这种情况下质量流量计的出口背压要高，确保测量管充满，同时更要关注震动的问题，降低震动对流量计计量的影响。

    2.1.4 截止阀和控制阀的安装的影响

    为了确保传感器调整零点时测量介质没有流动，质量流量计的上下游要安装截止阀，并保证阀门无泄漏情况发生。如果需要安装控制阀，则应装在质量流量计的下游，这样有利于质量流量计保持尽可能高的静压，以防止发生气蚀和闪蒸情况的发生。

    2.2 测量介质物性和参数的影响

    2.2.1 测量介质压力影响

    锦西石化液化气计量有一台早期的罗斯蒙特质量流量计，在计量过程中始终感觉计量偏差较大，针对质量流量计的安装也进行了全面检查，也没有发现问题，此质量流量计送检定部门进行检定，结果合格，回装后质量流量计计量数据仍存在问题，针对这种情况，我们将现场流量计运行参数与检定过程进行参数对比发现，现场液化气的压力为1.6MPa，而检定过程中介质压力为0.3MPa左右，因此是测量介质压力变化影响了质量流量计的测量。实际上，质量流量计首先要考虑测量介质压力不应超过规定工作压力，另外还要考虑静压变化影响的程度。压力变化影响测量管绷紧程度和布登效应的程度，以及破坏测量管不对称的原零点偏置。虽然仪表常数变动和零飘很小，但是使用时压力和校准时相差甚大时，对于高精确度仪表影响还是不能忽视的。其中小口径仪表壁厚管径比大，影响小；大口径仪表壁厚管径比小，影响大。其中一个权威机构对8台质量流量计所作压力试验结果如图3所示。

图3 压力影响

    2.2.2 测量介质密度影响

    测量介质密度变化改变流量测量系统的质量，从而使流量传感器的平衡发生变化，导致零点偏移。如果测量某一特定液体，只要在实际使用的液体密度条件下调零，使用过程中的密度变化不大，一般不存在问题。但在一根管道上测量密度差别较大的几种液体时，会带来零点变动的附加误差。

    2.2.3 测量介质黏度影响

    罗斯蒙特的科氏力质量流量计可测量液体黏度的范围很宽，并呈现良好的测量性能。实际上液体黏度会改变系统的阻尼特性，从而影响零偏置，在低流量时对流量测量值有一定程度的影响。另外我们按使用条件选择质量流量计规格大小考虑的主要因素之一为估算仪表压力损失是在管系允许值之内。在允许压力降情况下，为获得最佳测量精确度，使用的最大流量尽可能在流量范围内选得高些。质量流量计的压力降随着流体黏度增加而增加，也就是说黏度增加会增加仪表的压力损失。锦西石化蒸馏装置原油计量就采用的罗斯蒙特的质量流量计，在选型的过程中，充分考虑了黏度增加压力损失增大的因素，没有对工艺设备运行造成影响。

    当前影响质量流量计正常计量的因素有很多，有些影响需要我们重新安装流量计，有些影响甚至需要我们更换流量计，这就需要我们在质量流量计选型的过程中全面考虑各方面的影响因素，才能确保质量流量计的正常运行。另外，在实际应用中，造成零点漂移的因素很多，如传感器的安装应力、测量管的结构不对称、被测流体物理参数的变化等，这就需要我们定期进行零点检查和调整。

    目前，随着计量技术不断进步，质量流量计的性能不断提升，罗斯蒙特的ELITE系列质量流量计提出质量流量计现场性能与实验室条件下保持一致，在工厂建立零点后无需现场调零，工艺状况改变后也无需调零，这将减少阀门，简化安装，减少质量流量计维护的工作量。同时还提出质量流量计的测量不受温度变化影响，不受管道应力变化的影响。

    3 结论

    科里奥利力质量流量计是一个较为精确、可靠、稳定、高效、灵活的流量测量仪表，在石油加工、化工等领域将得到更加广泛的应用，同样在锦西石化汽油、煤油、柴油、液态烃等产品的计量过程中使用可靠，提高了锦西石化公司能源、物料的流量测量准确度，避免了不必要的损失。另外随着质量流量计的性能不断提升，影响质量流量计正常计量的因素越来越少，流量计的维护工作变得更加简单，相信质量流量计的使用将更加广泛。