科氏質量流量計測量精度高, 測量不受介質物性影響, 無上、下游直管段長度的要求。而且科氏質量流量計是智能化程度很高的儀表, 其變送器除了能夠顯示和輸出質量流量, 還能輸出轉化為4m A~20m A信號、脈沖信號或者總線信號的體積流量、密度、溫度、粘度和濃度等過程參數。所以科氏質量流量計被廣泛應用于化學、制藥、能源、橡膠、造紙、食品等各工業部門, 在配比、裝車和貿易交接中相當適用。

科里奧利效應 (Coriolis effect) 是指如果一個物體是靜止的, 或者相對于某一固定點作恒速運動, 那么, 在這個物體上運動是不會出現什么問題的。如果想從物體一端的A點沿著一條直線走到另一端的B點, 在走的過程中不會感到有任何困難。但是, 如果一個物體的不同部分以不同的速度運動, 那么, 情況就大不一樣了, 假定有一個旋轉游戲臺或者任何一個繞其中心旋轉的平臺。整個平臺的整體在旋轉, 但在中心附近的一點畫出一個小圈, 因而在緩慢地運動, 而靠近外緣的一點則畫出一個大圈, 因而在快速地運動。如圖1所示。

科里奧利力 (Coriolis force) 在有些地方也被稱作哥里奧利力, 簡稱為科氏力, 是對旋轉體系中進行直線運動的質點由于慣性相對于旋轉體系產生的直線運動的偏移的一種描述。科里奧利力來自于物體運動所具有的慣性。

科里奧利質量流量計 (簡稱科氏力流量計) 是一種利用流體在振動管中流動而產生與質量流量成正比的科里奧利力的原理來直接測量質量流量的儀表。

根據科里奧利效應的原理, 如果要產生科里奧利力, 必須要具備兩個條件: (1) 旋轉坐標系; (2) 作直線運動的介質。根據這兩個條件, 質量流量計必須人為地建立一個旋轉體系, 以雙“U”型測量管傳感器為例, 用電磁驅動的方法使“U”型測量管的回彎部分作周期性的微小振動。這相當于使“U”型管繞一個固定軸 (OO軸) 作周期性時上時下的旋轉, 其旋轉方向周期性的變化, 像鐘擺一樣運動。“U”型管的出入口段被固定, 這樣就建立一個以“U”形管出入口段為固定軸的旋轉體系。

U形管的兩個開口端固定, 流體由此流入和流出。U形管頂端裝有電磁激振裝置, 用于驅動U形管, 使其鉛垂直于U形管所在平面的方向以O-O為軸按固有頻率振動 (圖2A) 。U形管的振動迫使管中流體在沿管道流動的同時又隨管道作垂直運動, 此時流體將受到科氏力的作用, 同時流體以反作用力作用于U形管 (圖2 B) 。由于流體在U形管兩側的流動方向相反, 所以作用于U形管兩側的科氏力大小相等方向相反, 從而使U形管受到一個力矩的作用, 管端繞R—R軸扭轉而產生扭轉變形 (圖2 C) , 該變形量的大小與通過流量計的質量流量具有確定的關系。因此, 測得這個變形量, 即可測得管內流體的質量流量。測量管連續地以固定的振動頻率進行振動, 振動頻率隨流體的密度變化而變化。因此, 共振頻率是流體密度的函數, 由此可得對應的密度輸出。

科氏質量流量計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的檢測, 主要由法蘭、分流器、流量管、驅動線圈、檢測線圈和驅動、檢測磁鋼、外殼構成;變送器用于傳感器的驅動和流量檢測信號的轉換、運算及流量顯示、信號輸出, 主要由電源、驅動、檢測、顯示、輸出等部分電路組成。

流量管中帶有的Pt100溫度電極, 測得流體溫度。測量出的溫度, 用于在線流量測量時對測量管的溫度補償, 也可作為獨立的溫度信號輸出。

U型流量管與分流器、隔振固定板, 采用真空焊接而成, 如圖3所示。

科氏質量流量計有很多種類, 按測量管數量可分為單管型和雙管型;按測量管形狀可分為彎曲形和直形, 彎曲形的測量管也分U形、Ω字形、三角形、直管等 (如圖4所示) ;按測量管材質分有316L、904L、哈氏C-22合金、鈦、鉭等;按流量計安裝方式分有法蘭、螺紋、卡箍、Swagelok等。

根據工程實際情況和技術參數, 從滿足用戶需求和節約成本的方面綜合考慮, 選擇合適的形狀、材質、公稱通徑、公稱壓力和安裝方式的質量流量計, 主要注意以下幾方面:

質量流量計測量介質的不同, 主要會影響到流量計的口徑、精度、材質等方面。

主要是分為氣體、液體 (特殊情況下還會出現氣液兩相) 。會涉及到儀表的精度要求以及口徑、流量管材質方面。

氣體一般情況下為0.5%, 而液體一般為0.2%, ***高為0.1%。

每個廠家的流量計特定口徑都會對應相應的流量量程, 在滿足用戶流量測量的同時, 還要考慮到介質的粘度, 這項指標涉及到后面提及的壓損。有時會選擇較大口徑的傳感器, 用以滿足用戶對壓損的要求。

主要考慮介質的腐蝕性, 往往需要查詢腐蝕手冊, 根據介質特性選擇對應抗腐蝕的材質, 以延長流量計的使用壽命。需要注意的是提供的指南僅作參考之用。流體屬性 (例如, 溫度、濃度、雜質量等) 的微小改變, 更可能會影響接液部件的相容性。材料相容性選擇由***終用戶全權負責。

這兩個技術參數涉及到了流量計能否正常應用, 以及安全的問題。

一般情況下, 超過180℃, 選型為分體型, 并且傳感器相關的元器件選用高溫型的, 其余情況下可以選擇為一體型;如果高溫情況下選型為一體型, 流量計的電子元件會因為高溫的原因損壞, 從而造成流量計的故障。

質量流量計的流量管和法蘭都會有一定的承受壓力, 比如法蘭有1.6MPa、2.5MPa、4MPa、6.3MPa等, 流量管有10MPa, 35MPa等, 選型時流量計的流量管壓力以及法蘭的公稱壓力一定要大于用戶的操作壓力, 要留出一部分冗余量。

根據用戶要求, 結合用戶現場情況, 選擇防爆和非防爆兩種。

一般情況下滿足用戶流量范圍的會有幾個口徑或者系列, 需要從成本、壓損, 縮徑等因素同時考慮, 選擇***合適的口徑。

涉及到精度的方面, 包括介質的狀態、需要滿足的***大及***小流量等。

科氏質量流量計主要用來測量介質質量流量或者輸出計算得出的體積流量, 工藝專業提供的選型參數也只涉及到介質質量流量或者體積流量, 所以會忽略介質流速的影響。科氏質量流量計的測量管振幅微小, 可視為無活動件, 又無阻礙件, 其測量值不受管道內流場影響, 所以可測量各種非牛頓流體以及粘滯的和含微粒的漿液, 而且流量量程比可以很大。但是, 公稱通徑一定的科氏質量流量計的***大測量值實際是受限制的, 介質流速是一個因素。

注意測量介質流速的問題, 其實也就是注意流量計產生的壓損大小的問題。而且, 現在很多科氏質量流量計采用三角形等彎曲形狀的測量管, 容易形成“紊流”。所以, 科氏質量流量計可能會產生很大的壓損, 壓損甚至能高到難以忍受 (0.1 MPa~0.2MPa) 。另外, 很大的壓損也容易造成“氣蝕”現象, 損害流量計的測量管。

綜上所述, 科氏質量流量計選型時, 需要考慮其壓損是否被整個工藝流程所允許。要求限制壓損, 也就限制了在公稱通徑一定下的介質流速上限范圍;或者在保證介質質量流量或體積流量上限的要求下, 選擇大一級的公稱通徑, 擴大流通面積。另外, 流量計公稱通徑小, 測量精度高, 價錢也相對便宜;公稱通徑大, 雖然流量計壓損減小, 但是測量精度降低, 采購費用增加。所以需要在精度和壓損之間取得平衡, 計算出***合適的公稱通徑。

在選型的同時, 還要關注用戶***初管道的尺寸, 在根據其他技術參數選擇相對應的口徑時, 考慮到壓損和現場施工等方面因素, 同時也要兼顧縮徑的問題。一般情況下管徑可以縮徑一級, ***多縮徑為管道口徑的一半, 比如用戶管道口徑為DN80, 則選擇流量計的口徑***小可以為DN40。有時也會碰到特殊情況, 即如果為保證縮徑要求, 從流量上無法滿足精度要求的話, 需要和用戶進行協商, 確認好現場的情況和要求。

有些時候, 比如測量含水原油時, 用戶往往需要知道含水量等數據, 這就要求選擇的質量流量計含有濃度測量的功能。其他的需求比如雙電流輸出, 帶有RS485、HART、Profibus DP/PA通訊等。

如何更好地使用質量流量計, 使其在生產中更好地發揮作用, 依然需要積累更多的經驗, 進行更好地分析和改進, 以上內容希望能夠給相關單位和人員以參考。