進入二十一世紀以來，隨著科學技術的飛速發展，科氏力質量流量計在精細化工生產中的應用越來越廣泛，作為精度***高的三類流量計之一，其獨特的優勢正逐漸顯現出來。筆者在此簡要介紹科氏力質量流量計的技術原理與特點，并結合工作中的實例，探討其在精細化工生產上的應用。

 

　　1 基本原理與主要特點

 

　　科氏力質量流量計的基本原理為：一根兩端固定的薄壁測量管，在中點處以測量管諧振或接近諧振的頻率（或其高次諧波頻率）所激勵，此時，在管內流動的流體產生科里奧利力，使測量管中點前后產生方向相反的撓曲，撓曲的大小與流體的質量流量成正比。因此，用光學或電磁學的方法檢測測量管的撓曲量，就可以求得管內流體的質量流量。

 

　　科氏力質量流量計的主要特點為：①直接測量質量流量，有很高的測量準確度；②測量值不受流體特性（密度、粘度）等的影響；③可測量各種非牛頓流體及含微粒的漿液；④可做多參數測量，如溫度、密度等。

 

　　2 在精細化工生產中的應用探討

 

　　下面我們結合工程實例，來探討科氏力質量流量計在精細化工生產中的應用。

 

　　2.1 在光氣生產中的應用

 

　　海利化工股份有限公司的主要產品是氨基甲酸酯類農藥，在此類農藥的生產中，光氣生產是極其重要的一個環節，光氣的濃度含量及其穩定程度在氨基甲酸酯的合成中有著舉足經重的地位。光氣的生產過程如下：液氯經過汽化器變成氣態氯，氯氣與一氧化碳氣體按比例進入混合器，混合后的氣體在催化劑的作用下經過一、二級反應器便生成光氣。在此過程中，如何控制氯氣與一氧化碳氣體按一定的比例進入混合器，是提高光氣生產質量的重中之重。為解決此問題，海利化工股份有限公司下屬的貴溪農藥公司在2007年5月進行的DCS改造中，在這個工段采用了比值控制，其原理結構如圖1所示。

　　這里用氯氣的流量來控制一氧化碳的流量。先用混合器上的壓變PI-201控制氯氣管道上的調節閥PV-201來調節氯氣的流量以保證混合器壓力正常；然后在比值器中輸入合適的比值，比值器會根據氯氣流量計FI-201和一氧化碳流量計FI-202的流量值，自動調節控制閥FV-202的開度，使氯氣與一氧化碳按照設定的比值流量進入混合器。

 

　　上述調節方案在原理上是正確的，但是在裝置開車后，根據筆者的觀察和現場工藝人員的反饋，實際情況不太理想。光氣含量在上比值控制前是62%左右（依賴于現場工人控制玻璃轉子流量計手動調節閥），用了比值控制后，含量在60%～75%之間波動，光氣濃度很不穩定，對后面的酰氯合成工藝造成了較大的困擾。因此，在使用了三個多月以后，這套比值控制系統被棄用，操作工人又改回了以前的手動操作。

 

　　筆者認為以上情況出現的原因是流量計的選型問題。這套裝置選用的是北京菲舍波特儀器公司生產的VT5000型渦街流量計，這種流量計的特點是帶溫度和壓力補償，讀數穩定準確度高，運行可靠。但是現場的氯氣與一氧化碳氣體壓力過低，正常時氯氣與CO的壓力在1.5～2kg左右，氯氣因是鋼瓶液氯汽化而來，在鋼瓶內液氯快用完時，壓力會明顯降低，有時會低到0.5～0.7kg；由于煤氣工藝的原因，煤氣壓力也時有波動，有時會降至1.0kg左右。在如此之低的壓力下測量氣體，即使帶了溫壓補償，渦街流量計也是有心無力。在現場我們用萬分之一的高精度電子秤測量氯氣鋼瓶的汽化量，和氯氣流量計的累積流量相比較，發現誤差達到30%之多。

 

　　由此可見，低壓氣體的準確測量是一個技術難點，用體積式流量計明顯不合適，只能考慮使用質量流量計。質量流量計分為2種：熱式質量流量計和本文所述的科氏力質量流量計。從原理上來說，熱式質量流量計適合測量低壓氣體，但是其精度不高，生產廠家保證其誤差值在5%～8%之間。工藝專業給流量計提的要求是精度為1.0左右，否則光氣含量難以有大的提升。因此，筆者擬使用科氏力質量流量計：這種流量計早期只能用來測量液體和高壓氣體，且儀表自身的壓力損失較大。但是隨著技術的發展，其中的一些品牌已經具備測量低壓氣體的能力。經過篩選，筆者選擇了艾默生高準公司（MicroMotion）的CMF系列科氏力質量流量計，它采用了MVD（多變量數字技術）、獨特的大彎管結構以及其他一些旨在提高信噪比的技術，可以勝任低壓氣體的測量。在本例的工況下，通過計算得出：采用高準公司的CMF質量流量計，***大壓損為0.15kg，測量數據可重復性為97%，完全符合我們的使用要求。購買后安裝在管道上試運行時，筆者又用高精度電子秤進行了校驗，實際使用誤差為0.8%，完全符合工藝專業提出的精度要求。重新啟用DCS的比值控制回路，系統運行穩定，光氣含量一直保持在84%左右，徹底解決了光氣生產中存在的這個瓶頸問題，大大減輕了操作工人的勞動強度，減少了物料消耗。

 

　　2.2 在生產流程中作為在線密度計的應用

 

　　由前文所述得出：由于科氏力質量流量計的測量管以一定的頻率連續振動，當一定密度的流體流過測量管時，測量管的振動頻率會發生相應的變化，這個頻率是流體密度的函數，與流體密度有著的對應關系，通過測量流體流過測量管時的頻率即可獲得流體的密度。因此，科氏力質量流量計可以同時測量流體的質量流量和流體密度。根據這一特性，可以將其作為在線密度計使用。與其他的在線密度計，如音叉式密度計、差壓式密度計、超聲波式密度計等相比較，它具有測量精度高、運行穩定、壓力損失較小等優點，下面以實例來介紹其作為在線密度計在精細化工生產中的應用。

 

　　海利貴溪農藥公司于2011年7月完成了甲基硫菌靈（簡稱甲托）的技術改造項目。此項目中，有一個工藝步驟是用泵將溶劑—外購的乙酸乙酯從溶劑儲罐輸送到甲托合成釜中，輸送管道上設量計，達到累積流量后DCS聯鎖停泵。由于外購的乙酸乙酯中不可避免的含有水分，而水對甲托合成的品質有很大的消極影響，所以，如何避免水進入甲托合成釜就成了一個關鍵問題。乙酸乙酯相對水的密度是0.902，所以在溶劑儲罐中乙酸乙酯與水是分層的。因為是技改項目，溶劑儲罐利舊，沒有多余的設備口來安裝界面計，于是筆者在自控設計中，采用了一臺科氏力質量流量計作為在線密度計，同時顯示溶劑的質量流量與密度，其原理如圖2所示。

　　質量流量計FIQS203同時與溶劑輸送泵P208、開關閥KV201、KV202聯鎖。當密度計檢測到管道中流體是溶劑時（相對密度≤0.91），DCS開啟閥KV201，閥KV202保持關閉狀態，同時流量累積聯鎖投入運行，溶劑輸送到甲托合成釜內，達到累積質量流量后聯鎖停泵P208；當密度計檢測到管道中流體是水時（相對密度>0.91），DCS關閉閥KV201，開啟閥KV202，同時解除流量累積聯鎖，水沿著閥KV202的管道流到廢液罐V209，直到流量計檢測到液體流量為零時聯鎖停泵P208。

 

　　在這里，由于所測介質是常溫液體，工藝專業對流量計的精度要求并不太高（0.5級），出于價格成本的考慮，筆者選擇了一臺國產品牌的科氏力質量流量計。國產品牌質量流量計經過這幾年的發展，已經有了長足的進步，現在一些大型的石化企業，如九江石化、武漢石化、烏魯木齊石化等廠家，其裝置內過程控制與計量使用的質量流量計大多為國產品牌。但是在目前，國產品牌質量流量計與進口品牌之間，還是存在一定的技術差距，主要體現在下面幾點：測量管的加工精度較低；元器件的選材較差；傳感器年漂移量較大；變送器組態性能不足等。筆者認為：在貿易交接或者配比控制等要求精度高、穩定性好的場合下，一定要使用進口品牌的質量流量計；但是在一般的過程控制場合和精度要求不是太高的計量場合，國產品牌中的一些佼佼者，如西安東風機電、太航儀表、北京首科等廠家生產的科氏力質量流量計，還是完全可以滿足使用要求的。筆者在此選用的是北京首科生產的DMF系列質量流量計，使用一年多來，運行穩定，安全可靠，而價格僅為進口品牌的一半。

 

　　3 結語

 

　　隨著技術的不斷發展，生產廠家的增加引發市場競爭的激烈，科氏力質量流量計的性能在不斷地提升，應用范圍在不斷地擴大，價格卻在不斷地下降。作為工程設計人員，應該結合科氏力質量流量計的技術特點和工程的實際需要，通過流量計廠家的配合，合理選型儀表設備，不斷完善設計方案，使科氏力質量流量計在精細化工生產中發揮更大、更積極的作用。