科里奧利質(zhì)量流量計(jì)在天然氣計(jì)量中的應(yīng)用問題

肖博文

摘 要 在分析質(zhì)量流量計(jì)工作原理的基礎(chǔ)上，探討了質(zhì)量計(jì)量及標(biāo)況體積計(jì)量方面內(nèi)容，在分析質(zhì)量流量計(jì)技術(shù)特點(diǎn)及優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)探討了質(zhì)量流量計(jì)在管輸天然氣計(jì)量中的應(yīng)用問題，以及需要注意的事項(xiàng)，希望對于天然氣計(jì)量工作中應(yīng)用科里奧利質(zhì)量流量計(jì)具有一定幫助。

關(guān)鍵詞 科里奧利質(zhì)量流量計(jì)；流量計(jì)；天然氣計(jì)量；技術(shù)特點(diǎn)；注意事項(xiàng)

中圖分類號 TH814 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 2095-6363（2015）09-0084-02

對于在進(jìn)行天然氣計(jì)量過程中所應(yīng)用到的科里奧利質(zhì)量流量計(jì)來說，主要特點(diǎn)則是表現(xiàn)在對于流體質(zhì)量進(jìn)行直接有效的測量工作，并且具備較強(qiáng)的穩(wěn)定性、重復(fù)性以及準(zhǔn)確性的特點(diǎn)，同時，由于活動部件以及阻流部件并沒有在其內(nèi)部的流體通道內(nèi)設(shè)置，所以，其具有較高的可靠性，還能具有較長的使用壽命，能夠?qū)τ诟邏簹怏w、高粘度流體的流量進(jìn)行測量。當(dāng)前，其應(yīng)用范圍比較廣泛，包括航天、能源以及汽車用的壓縮天然氣（CNG）中使用，這對于流體測量技術(shù)的發(fā)展具有非常重要的意義，也是在當(dāng)前的流體測量在石油化工領(lǐng)域中應(yīng)用的主流流量計(jì)[1-3]。這里結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，主要就科里奧利質(zhì)量流量計(jì)在天然氣計(jì)量中的應(yīng)用問題進(jìn)行探討。

1 質(zhì)量流量計(jì)工作原理概述

1）U型管工作原理。針對雙管型質(zhì)量流量計(jì)的結(jié)構(gòu)來說，分流管位于入口位置，能夠有效把流入介質(zhì)進(jìn)行分成兩份處理，分別送入兩根測量管，這樣能有效保證被測量介質(zhì)經(jīng)過測量管，U形測量管振動則是通過電磁驅(qū)動系統(tǒng)按照一定的驅(qū)動頻率進(jìn)行，對于流體進(jìn)行垂直于管子的運(yùn)動情況下，管子在前半個振動周期則是呈現(xiàn)向上運(yùn)動的特點(diǎn)，在驅(qū)動點(diǎn)前的向下壓力進(jìn)行測量，對于驅(qū)動點(diǎn)以后，向上的力就會產(chǎn)生，這樣保證管子存在向上運(yùn)動。通過兩力的合成能夠知道，測量管出現(xiàn)扭曲情況。對管扭曲的程度進(jìn)行測量，經(jīng)過分析，可以看出，和流體流過測量管流體質(zhì)量成正比，同時，保證電磁感應(yīng)器安裝在驅(qū)動點(diǎn)兩側(cè)的測量管之上，這樣能夠有效對于運(yùn)動的相位差進(jìn)行測量，其數(shù)值則是正比于流體流過的質(zhì)量流量。對于雙U形測量管結(jié)構(gòu)來說，這樣就會造成測量管存在扭曲相位差值在180℃。相比單測量管型情況，雙管型具有放大的檢測信號，這樣就具有更高的流通能力。

2）質(zhì)量流量計(jì)計(jì)量方式。當(dāng)前，針對天然氣貿(mào)易的交接計(jì)量過程來說，主要涉及到以下三種方式：在一定的標(biāo)準(zhǔn)參比下的體積量計(jì)量、質(zhì)量計(jì)量和能量計(jì)量，其中，對于質(zhì)量流量計(jì)來說，能夠有效單獨(dú)完成計(jì)量任務(wù)[4]。

2 質(zhì)量計(jì)量及標(biāo)況體積計(jì)量方面的探討

第一，利用有效的質(zhì)量流量計(jì)能夠?qū)τ谔烊粴獾乃矔r質(zhì)量流量進(jìn)行直接性的測量，這則是質(zhì)量計(jì)量方面的獨(dú)特優(yōu)勢，在沒有其它測量設(shè)備幫助的情況下，可以有效獨(dú)立完成[5]。

第二，天然氣的瞬時質(zhì)量流量可以通過質(zhì)量流量計(jì)所測得，然后，相比于天然氣組分計(jì)算的天然氣密度，通過推到和計(jì)算就能得到體積流量，具體的計(jì)算公式如下：

其中，上式中qm則為瞬時質(zhì)量流量；qn為標(biāo)準(zhǔn)參比條件的瞬時體積流量；Z為標(biāo)準(zhǔn)參比條件下的氣體壓縮因子；Pn為標(biāo)準(zhǔn)參比條件下的絕對靜壓力；Mn為氣體的摩爾質(zhì)量。

從上述公式可以看出，并不必直接測量流體的壓力以及溫度，在知道氣體摩爾質(zhì)量的前提上，能將質(zhì)量流量在標(biāo)準(zhǔn)參比條件下進(jìn)行體積流量的轉(zhuǎn)換。同時，能量流量則是可以通過發(fā)熱量以及質(zhì)量流量的乘積經(jīng)過計(jì)算得到。

3 質(zhì)量流量計(jì)應(yīng)用過程中的優(yōu)缺點(diǎn)分析

1）應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)探討。相比于其他流量計(jì)，從設(shè)備結(jié)構(gòu)和工作原理角度進(jìn)行分析，質(zhì)量流量計(jì)進(jìn)行天然氣測量過程中，主要表現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)包括以下幾個方面[6，7]：一是，具有較高的量程比，一般能夠達(dá)到20：1～50：1，部分高精度的質(zhì)量流量計(jì)已經(jīng)能達(dá)到100：1以上；二是，具有較高的計(jì)量準(zhǔn)確度，準(zhǔn)確度能夠達(dá)到≤0.5%，具有較好穩(wěn)定性，能夠保證直接流量測量的高精度實(shí)現(xiàn)；三是，沒有可移動部件在檢測管中，不存在阻礙流體流動的情況，有利于保證流量計(jì)具有較長的使用壽命，方便進(jìn)行清洗和維護(hù)；四是，具有比較廣泛的可測量范圍，包括各種含有微量氣體的液體、高粘度的液體、中高壓氣體、含有固體的漿液等，并不需要把直管段設(shè)置在流量計(jì)的上下游中；五是，較為適用于以質(zhì)量為基礎(chǔ)的貿(mào)易交接計(jì)量。

2）應(yīng)用缺點(diǎn)探討。對于質(zhì)量流量計(jì)來說，其自身具有較大的缺點(diǎn)，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：一是，不能應(yīng)用于較大管徑情況，一般適用于150 （200）mm以下范圍；二是，對于密度太低的天然氣不能進(jìn)行測量；三是，具有比較大的重量和體積，在壓力損失方面，和容積式計(jì)量儀表基本相同；四是，外界振動影響較為敏感，在進(jìn)行安裝和固定過程中具有一定的要求；五是，價格比較昂貴。

4 關(guān)于質(zhì)量流量計(jì)在管輸天然氣計(jì)量中的應(yīng)用思考

經(jīng)過文獻(xiàn)統(tǒng)計(jì)分析，對于在進(jìn)行天然氣計(jì)量過程中應(yīng)用流量計(jì)的選型進(jìn)行思考，大多選用的流量計(jì)包括氣體渦輪式、孔板式、質(zhì)量流量計(jì)等，上述分析可以看到質(zhì)量流量計(jì)的諸多優(yōu)點(diǎn)，但是，其由于具有較大的壓力損失，對于安裝固定具有較高的要求，還不能應(yīng)用于大管徑的流量測量，這樣就限制其在天然氣管道中的應(yīng)用。因此，在長輸管道的主流天然氣計(jì)量儀表中，主要還是采用孔板式流量計(jì)、渦輪式流量計(jì)以及超聲波流量計(jì)。這里結(jié)合實(shí)際情況，針對天然氣用量大以及灌輸距離長等特點(diǎn)，在天然氣末站應(yīng)用口徑為300的差壓式（孔板）流量計(jì)。

另外，也存在壓力損失較大、量程小、準(zhǔn)確度不高、磨損問題嚴(yán)重等情況，還要求具有一定的直管段，涉及到占地面積比較大，需要檢測元件較多，維護(hù)環(huán)節(jié)增多等問題。隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，超聲波流量計(jì)的發(fā)展十分快速，其能夠具備量程比大、性能穩(wěn)定可靠、計(jì)量精確度高、維護(hù)量小等特點(diǎn)，越來越多地應(yīng)用在貿(mào)易交接以及工程應(yīng)用中。同時，超聲波流量計(jì)具有較為準(zhǔn)確的測量結(jié)果，受到北側(cè)流體的密度、粘度、壓力以及溫度的影響比較小，這樣的情況下，相比于孔板流量計(jì)，超聲波流量計(jì)的價格和性能則遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于。盡管上述是超聲波流量計(jì)的優(yōu)點(diǎn)，但是，考慮到超聲波流量計(jì)的工作原理，是利用傳播時間差的方法，對于口徑變小的超聲流量計(jì)來說，則會導(dǎo)致聲波傳播的聲程會進(jìn)行縮短，也會縮短傳播時間，這樣就比較難以準(zhǔn)確測量傳播時間差，會造成小口徑的超聲波流量計(jì)的準(zhǔn)確性和量程比受到限制。

氣體渦輪流量計(jì)則是具有最高的準(zhǔn)確度的流量計(jì)，能夠具備較寬的量程、較強(qiáng)的抗干擾能力、沒有零點(diǎn)漂移問題、較高的準(zhǔn)確度等特點(diǎn)，需要直管段比較短。但在應(yīng)用氣體渦輪流量計(jì)的過程中，需要具有較高清潔度的被測介質(zhì)，考慮到渦輪流量計(jì)的葉輪容易出現(xiàn)損壞的問題，因此，則應(yīng)該保證把過濾器安裝在流量計(jì)之前，并且還應(yīng)該注意相應(yīng)的投運(yùn)操作，會造成后期維護(hù)成本有所增加。

根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)要求，在計(jì)量要求方面，要求達(dá)到天然氣計(jì)量儀表精度為0.5級?？紤]到天然氣具有比較小的密度情況，同樣流速情況下，質(zhì)量流量比液體小的多，這樣檢測的氏力產(chǎn)生的相位差也比較小。所以，為了有效保證測量的準(zhǔn)確度，則應(yīng)該在結(jié)構(gòu)選擇方面，選擇能夠產(chǎn)生較大變化的質(zhì)量流量計(jì)的結(jié)構(gòu)。在同樣的科氏力的影響下，由于U形測量管質(zhì)量流量計(jì)對于徑向距離越長的測量則會導(dǎo)致具有越大的變形結(jié)構(gòu)，對于最大流量的影響下，相比于直管測量，U型管測量能夠5倍左右的相位差，所以，進(jìn)行天然氣的測量過程中，應(yīng)該優(yōu)先選擇U型測量管的質(zhì)量流量計(jì)。

5 關(guān)于質(zhì)量流量計(jì)的安裝問題探討

第一，應(yīng)該保證在堅(jiān)固的基礎(chǔ)上進(jìn)行流量傳感器的安裝。對于小口徑的質(zhì)量流量計(jì)來說，則應(yīng)該保證在無振動的地面上。特別對于高振動的環(huán)境來說，則應(yīng)該注意采取相應(yīng)的振動吸收保障，保證利用柔性管道來連接管道和傳感器出口。而對于較大口徑的流量計(jì)來說，則應(yīng)該直接在工藝管道上進(jìn)行安裝，并把流量計(jì)利用支撐物和管卡進(jìn)行牢牢固定。

第二，為了有效避免CMF間的相互影響，特別是對于進(jìn)行并聯(lián)或者串聯(lián)使用多臺流量計(jì)的過程中，應(yīng)該保證各個流量傳感器具有足夠遠(yuǎn)的距離，在各自的基礎(chǔ)上設(shè)置相應(yīng)的支撐物和管卡。

第三，應(yīng)該有效保證氣體或液體殘值不會積存在流量傳感器中，在應(yīng)用彎管型流量計(jì)過程中，應(yīng)該保證彎管朝下進(jìn)行液體的爺倆，而對于氣體的測量，則應(yīng)該保證彎管向上。對于漿液或排放液的測量過程中，則應(yīng)該在垂直管道中進(jìn)行傳感器的安裝，保證從下到上的流向。對于工藝管道以及傳感器的連接過程中，應(yīng)該保證無應(yīng)力安裝，能夠保證一定的信號強(qiáng)度，這對于應(yīng)用直管型測量管的流量傳感器更是如此。

6 結(jié)論

當(dāng)前，超聲波流量具有量程比大、測量精度高等優(yōu)勢，但是，科里奧利質(zhì)量流量計(jì)也有著自身的特點(diǎn)，也在成品油的貿(mào)易過程中發(fā)揮了重要的應(yīng)用，特別是對于臟污天然氣、小口徑管道等方面，具有其他計(jì)量表所不具備的特點(diǎn)和優(yōu)勢。

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