科里奥利质量流量计介绍

科里奥利质量流量计科里奥利质量流量计（CoriolisMassFlowmeter）简称科氏力流量计，是利用流体在振动管中流动时，将产生与质量流量成正比的科里奥利力的原理测量的。由于它实现了真正意义上的高精度的直接流量测量，具有抗磨损、抗腐蚀、可测量多种介质及多个参数等诸多优点，现已在石油化工、制药、食品及其他工业过程中广泛应用。科氏力质量流量计计量准确、稳定、可靠，在需要对流体进行精确计量或控制的场合选用较多，但其售价较高，在不需要精确计量及控制的场合一般选用其他质量流量计代替。科氏力质量流量计对于液体和气体都可选用，但是在现场应用中，氢气流量的精确测量一般都选用热式质量流量计。在我国，艾默生高准公司的科里奥利质量流量计已在兰州石化、安庆石化、新疆塔河油田、中国海洋石油等中低压天然气中的流量计量得到良好的应用。2007年末，高准公司的科里奥利质量流量计，顺利通过了中国最权威的原油大流量计量站成都天然气流量分站（CVB）的天然气实流测试，测量精度达到0.5％，并具有良好的重复性。1科里奥利质量流量计的工作原理科氏力流量计由传感器和变送器两大部分组成。其中传感器用于流量信号的检测，主要由分流器、测量管、驱动、检测线圈和驱动、检测磁钢构成，如图1所示。变送器用于传感器的驱动和流量检测信号的转换、运算及流量显示、信号输出，变送器主要有电源、驱动、检测、显示等部分电路组成。所有流量计都必须人为地建立一个旋转体系，以双“U”型测量管传感器为例，用电磁驱动的方法使“U”型测量管的回弯部分作周期性的微小振动。这相当于使“U”型管绕一个固定轴（OO轴）作周期性时上时下的旋转，其旋转方向周期性的变化，像钟摆一样运动。“U”型管的出入口段被固定，这样就建立一个以“U”形管出入口段为固定轴的旋转体系。传感器力学分析如图2所示。当测量管向上振动但无流体流过时，运用右手螺旋法则，四指指向旋转方向，则大拇指指向的方向为外加驱动的圆频率ω。当流体流入“U”形管时，由于惯性，流体将反抗“U”形测量管强加给它的垂直动量的改变：在“U”形管的入口段，在管子向上振动期间，流体将压管子向下，而在“U”形管的出口段，流体将推管子向上，于是测量管被扭曲如图3所示。这就是科里奥力的作用结果。右手定则可以确定科里奥力的方向，当大拇指代表ω方向，食指代表V方向，则中指的反方向即为科氏力Fc的方向。在图2中，Fc′和的箭头表示科氏力的方向。当“U”形管被向下驱动时（ω方向反向），则Fc和Fc′亦反向。通过力学公式推导，可得到质量流量的表达式如式（1）所示：Qm=(Ks/8r2)*∆t（1）式（1）中Qm为流体质量流量；Ks为测量管的角弹性系数；r为回弯管半宽度。∆t为流体流过传感器左右检测器时产生的时间差，也就是两组检测信号的相位差，如图4所示。由式（1）可知，质量流量Qm与两组电磁检测器检出信号的时间差成正比，而与振动的频率及角速度等均无关，根据这一原理，质量流量计将∆t转换成脉冲信号（0kHz～10kHz）或电流信号（4mA～20mADC）、电压信号（1V～5VDC）输出并显示流体质量，从而解决了质量流量的直接测量问题。入口端和出口端的压力差。压力损失又称压力降,是一种永久性损失,其实质是能量损失，需要额外消耗整个管路系统的动能，若压降过大，有可能导致工艺条件不满足。质量流量计的测量精度需要在合适的流速下才能达到要求，当管道较大，测量流量较小时，就需要选用缩径的流量计以保证流速和测量精度，但是缩径太多，流量计的前后压差会太大，有可能超过工艺要求的最大允许压差，不满足工艺要求。当然流速也不是越大越好，首先流速大，压降肯定大，另外对流量计的冲刷能量大，影响流量计的测量精度和使用寿命，一般流速不超过10m/s。因此，在选用流量计的时候，需要兼顾测量精度和允许压差这两项要求。有了质量流量计的口径和流量要求，就可以通过专门的软件来计算最大流量时的压损和流速。4.3变送器的安装形式质量流量计变送器的安装形式一般有一体式和分体式两种。一体式主要用在常温流体的流量测量，分体式一般用于高温流体或超低温流体的流量测量。艾默生质量流量计变送器的安装形式选用原则是：当温度低于200摄氏度时，变送器选用一体式的安装形式；当温度高于200摄氏度，低于350摄氏度时选用分体式安装形式；当温度高于350摄氏度时，不适合选用质量流量计E+H质量流量计变送器安装形式选用原则：当温度高于-100摄氏度，低于220摄氏度时选用一体式安装形式，当温度在220摄氏度到350摄氏度之间或低于-100摄氏度时选用分体式安装形式。4.4质量流量计选材质量流量计的选材主要根据流体介质、设计温度、设计压力等参数来决定。与管道连接法兰一般根据管道的材质选定。而测量管的材质应该比连接法兰的材质要求更高，至少应该和连接法兰的材质一致。对于常规流体，非强腐蚀性的酸、碱，质量流量计的阀体一般选用不锈钢304L或316L，对于强腐蚀性的流体，就需要选用哈氏合金、钛、钽、铂铑等材料了。详细说明如下：1、不锈钢316L：

适用于：生活水、工业水、原水井水、城市污水；腐蚀性弱的酸、碱、盐溶液；有机溶剂等。不适用于：强腐蚀性的酸、碱。2、哈氏合金B

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适用于：浓度小于10%的盐酸等非氧化性酸；浓度小于50%的氢氧化钠；一切浓度的氢氧化氨碱溶液；磷酸和有机酸。不适用于：硝酸。3、哈氏合金C：

适用于：混酸（如铬酸和硫酸的混合溶液）；氧化性盐类（如海水、含Cu+++、Fe+++）。不适用：盐酸。4、钛

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适用于：盐（如氯化物、钠盐、钾盐、氨盐、次氯酸盐、还水），浓度小于50%的氢氧化钾、氢氧化氨、氢氧化钡碱溶液。不适用于：盐酸、硫酸、磷酸、氢氟酸等还原性酸。5、钽：

适用于：盐酸（浓度小于40%）、稀硫酸和浓硫酸（不包括发烟硫酸）；二氧化氯、氯化铁、次氯酸、氯化钠、乙酸铅等；硝酸（包括发烟硝酸等氧化性酸）、温度低于80℃