隨著LNG（液化天然氣）行業的快速發展，科里奧利質量流量計大量應用于LNG計量，而其在冷深介質中的計量精度卻很難確定。本文以液氮作為測量介質,探索了LNG質量流量計的幾種檢定方法的優缺點。

0.引言

隨著 LNG（液化天然氣）行業的快速發展，科里奧利質量流量計作為一種高精度直接式質量流量計，具有可以測量質量、溫度、密度等多參數，安裝無上下直管段等優勢 , 大量用于 LNG 行業，且多數都應用于貿易結算。在使用過程中實際精度尤其重要，但是現在國內卻沒有一套對于 LNG 質量流量計成熟可行的檢定方法。

1.科里奧利質量流量計工作原理

科里奧利力簡稱科氏力，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。

在旋轉體系中，進行直線運動的質點，由于慣性而有著原有運動方向繼續運動的趨勢。但是由于體系本身是旋轉的，在經歷一段時間的運動后，體系中點的位置會有所變化，而它原有的運動趨勢方向和位置變化后的運動方向會有所變化，導致其運動方向變化的力即是科氏力。

科里奧利質量流量計是利用流體在直線運動的同時處于另一旋轉體系中，產生與流體的質量流量成正比的科里奧利原理制成的一種直接式質量流量儀表。該科里奧利力 F 會造成振動中的測量管發生扭轉，如圖 1 所示。

科里奧利質量流量計在測量管進端和出端各有 1 個信號檢測器，被科氏力扭轉的振動管進端和出端的運動狀態不同步，會被檢測器檢測到一個時間差 , 該時間差與質量流量成正比。如圖 2 所示。

目前的 LNG 應用過程中溫度一般為 -160 ～ -120℃ , 與環境溫差大，***大的時候可能會到 200℃左右。因此 , 在管路中普遍存在氣化現象形成氣液混合多相流 。科里奧利質量流量計現大量使用在 LNG 計量中，其可以直接測量密度就很好地用于介質狀態判斷。例如不同流量時，密度的變化流量從 34kg/min 下降至 20kg/min，密度變化明顯，流量計內部出現氣液混合狀態對流量計的計量造成影響。如圖 3 所示。

2.檢定系統

本套檢定系統是使用相對 LNG 溫度更低、安全性相對較高的液氮作為檢定介質，可以更大程度地模擬 LNG 應用現場。本系統共設計標準表法、靜態質量法、動態質量法 3 種方法檢定，主要由液氮儲罐、潛液泵、真空管路、低溫換向閥、電子天平、標準表、管路統計、控制系統等組成。圖 4、圖 5 分別為工藝流程圖和現場設備。

主要設備低溫潛液泵使用 LFP50-32 可為系統提供 20m3/h 的液氮輸送能力，標準表與被測表選用 LNG 加氣機中大量使用的 CMF100 和 AMF025 兩款質量流量計，電子天平選用量程 800Kg、檢定分度值 20g 的高精度電子天平。

3.檢定方法

3.1 標準表法

以標準科里奧利質量流量計為標準器，利用流體力學連續性原理，使液氮在相同時間間隔內連續通過標準流量計和被檢流量計，由標準流量計得出標準流量值，與被檢流量計得出的流量計比較，從而確定被檢流量計的計量性能。簡化工藝流程如圖 6 所示。

啟動控制系統使系統進入預冷狀態，這時儲罐的液氮將會流入到低溫潛液泵、流量計、管路，使整個系統管路設備溫度下降，當系統滿足預冷條件時自動停止工作預冷流程；完成預冷后啟動設置對應需要檢定的流量點然后進入檢定狀態；開始檢定時系統會自動通過標準表流量、密度、溫度、增益等數據，判斷當前系統是否達到計量狀態，即可采集標準表與被測表當前累積值記錄為起始累積，在 1min 后采集標準表與被測量當前累積值記錄為結束累積，標準表累積差與被測表累積差進行比較，計算出誤差。反復采集多次就可計算出對應重復性。測試數據見表 1。

3.2 靜態質量法

靜態質量法相對于標準表法設備上需要增加換向器、鋼瓶、電子天平等設備設備。使用低溫潛液泵作用將儲罐的液氮經過被測表、換向器打入到鋼瓶，***后通過電子秤測量出打入液氮的質量。簡化工藝流程如圖 7 所示。

啟動控制系統使系統進入預冷狀態，這時儲罐的液氮將會流入到低溫潛液泵、流量計、換向器、管路，使整個系統管路設備溫度下降，當系統滿足預冷條件時自動停止工作預冷流程；系統預冷完成后對鋼瓶進行一次液氮充裝，使鋼瓶溫度預冷；完成預冷后啟動設置對應需要檢定的流量點和檢定量，然后進入檢定狀態。開始檢定時系統會自動通過標準表流量、密度、溫度、增益等數據判斷當前系統是否達到計量狀態；未達到計量狀態時，液氮通過換向器直接回流至儲罐；當達到計量狀態時，換向器切換到鋼瓶方向充裝，同進記錄被測表當前累積為起始累積，待充裝至檢定量時換向器切換到儲罐方向，記錄下被沒測表當前累積為結束累積，被測表累積差與電子天平讀數進行比較，計算出誤差。反復采集多次就可計算出對應重復性。測試數據見表 2。

3.3 動態質量法

動態質量法與靜態質量法在主要設備上只有換向器可以使用閥門直接替換，其他設備不變。使用低溫潛液泵作用將儲罐的液氮經過被測表、閥門 V2 充裝至鋼瓶，采集數據時需要同步采集流量計累積與稱讀數。簡化工藝流程如圖 8 所示。

開始檢定之前預冷操作與靜態法相同。開始檢定系統會自動通過標準表流量、密度、溫度、增益等數據判斷當前系統是否達到計量狀態：未達到計量狀態時系統控制 V1 關、V2 開液氮直接回流至儲罐，當達到計量狀態時時系統控制 V1 開、V2 關鋼瓶方向充裝，等待流量穩定時，同時記錄被測表當前累積以及電子天平讀數為起始累積；待檢達到檢定量時，記錄被測表當前累積以及電子天平讀數為結束累積，被測表累積差與電子天平讀數差進行比較，計算出誤差。反復采集多次就可對應計算出對應重復性。測試數據見表 3。

靜態質量法的重復性為***差的檢定方式，并且在檢定過程中人為操作方式、操作時間都會直接影響整個測量數據。例如在加注完成后人為拔下加氣機的操作，以及軟管結冰結霜程度不同，都會直引入不確定度。在換向器方面，由于低溫導致換向器密封可靠性、長期穩定性、泄露檢測及重復性都存在問題。

動態質量法在 3 種檢定過程中數據重復性可以基本達到標準表法的重復性，但在多次測試中發現，幾次測試誤差差異較大，主要由于電子天平與流量計反應特性差異，造成采集滯后，連接軟管應力導致秤讀數差異等因素。

4.3 種檢定方式比較

標準表法從數據上看為 3 種檢定方法中重復性***好的檢定方式，同時也是操作***為便捷的檢定方式，但通過多次測試以及連續長時間測試流量計誤差會變化。國內還沒有對 LNG 流量計進行檢定的深冷介質的檢定裝置，所以在實際應用中 LNG 流量計的精度就很難確定。

5.結束語

通過對 3 種檢定法的測試，3 種方式都有其對應的優劣勢。就現狀而言，標準表法為相對比較可行的檢定方式，但國內急需可以對標準表標定的深冷檢定系統，而靜態質量法與動態質量法在解決了上述問題后是可選取的方式。