肖博文

摘 要 在分析質(zhì)量流量計工作原理的基礎上，探討了質(zhì)量計量及標況體積計量方面內(nèi)容，在分析質(zhì)量流量計技術特點及優(yōu)缺點的基礎上，重點探討了質(zhì)量流量計在管輸天然氣計量中的應用問題，以及需要注意的事項，希望對于天然氣計量工作中應用科里奧利質(zhì)量流量計具有一定幫助。

關鍵詞 科里奧利質(zhì)量流量計；流量計；天然氣計量；技術特點；注意事項

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

對于在進行天然氣計量過程中所應用到的科里奧利質(zhì)量流量計來說，主要特點則是表現(xiàn)在對于流體質(zhì)量進行直接有效的測量工作，并且具備較強的穩(wěn)定性、重復性以及準確性的特點，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行測量。當前，其應用范圍比較廣泛，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的發(fā)展具有非常重要的意義，也是在當前的流體測量在石油化工領域中應用的主流流量計[1-3]。這里結(jié)合實踐經(jīng)驗，主要就科里奧利質(zhì)量流量計在天然氣計量中的應用問題進行探討。

1 質(zhì)量流量計工作原理概述

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)動頻率進行，對于流體進行垂直于管子的運動情況下，管子在前半個振動周期則是呈現(xiàn)向上運動的特點，在驅(qū)動點前的向下壓力進行測量，對于驅(qū)動點以后，向上的力就會產(chǎn)生，這樣保證管子存在向上運動。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，保證電磁感應器安裝在驅(qū)動點兩側(cè)的測量管之上，這樣能夠有效對于運動的相位差進行測量，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)量流量計計量方式。當前，針對天然氣貿(mào)易的交接計量過程來說，主要涉及到以下三種方式：在一定的標準參比下的體積量計量、質(zhì)量計量和能量計量，其中，對于質(zhì)量流量計來說，能夠有效單獨完成計量任務[4]。

2 質(zhì)量計量及標況體積計量方面的探討

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

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

其中，上式中qm則為瞬時質(zhì)量流量；qn為標準參比條件的瞬時體積流量；Z為標準參比條件下的氣體壓縮因子；Pn為標準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)量流量在標準參比條件下進行體積流量的轉(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)過計算得到。

3 質(zhì)量流量計應用過程中的優(yōu)缺點分析

1）應用優(yōu)點探討。相比于其他流量計，從設備結(jié)構(gòu)和工作原理角度進行分析，質(zhì)量流量計進行天然氣測量過程中，主要表現(xiàn)的優(yōu)點包括以下幾個方面[6，7]：一是，具有較高的量程比，一般能夠達到20：1～50：1，部分高精度的質(zhì)量流量計已經(jīng)能達到100：1以上；二是，具有較高的計量準確度，準確度能夠達到≤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，有利于保證流量計具有較長的使用壽命，方便進行清洗和維護；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置在流量計的上下游中；五是，較為適用于以質(zhì)量為基礎的貿(mào)易交接計量。

2）應用缺點探討。對于質(zhì)量流量計來說，其自身具有較大的缺點，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：一是，不能應用于較大管徑情況，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，和容積式計量儀表基本相同；四是，外界振動影響較為敏感，在進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 關于質(zhì)量流量計在管輸天然氣計量中的應用思考

經(jīng)過文獻統(tǒng)計分析，對于在進行天然氣計量過程中應用流量計的選型進行思考，大多選用的流量計包括氣體渦輪式、孔板式、質(zhì)量流量計等，上述分析可以看到質(zhì)量流量計的諸多優(yōu)點，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用。因此，在長輸管道的主流天然氣計量儀表中，主要還是采用孔板式流量計、渦輪式流量計以及超聲波流量計。這里結(jié)合實際情況，針對天然氣用量大以及灌輸距離長等特點，在天然氣末站應用口徑為300的差壓式（孔板）流量計。

另外，也存在壓力損失較大、量程小、準確度不高、磨損問題嚴重等情況，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，維護環(huán)節(jié)增多等問題。隨著信息技術的快速發(fā)展，超聲波流量計的發(fā)展十分快速，其能夠具備量程比大、性能穩(wěn)定可靠、計量精確度高、維護量小等特點，越來越多地應用在貿(mào)易交接以及工程應用中。同時，超聲波流量計具有較為準確的測量結(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，超聲波流量計的價格和性能則遠遠高于。盡管上述是超聲波流量計的優(yōu)點，但是，考慮到超聲波流量計的工作原理，是利用傳播時間差的方法，對于口徑變小的超聲流量計來說，則會導致聲波傳播的聲程會進行縮短，也會縮短傳播時間，這樣就比較難以準確測量傳播時間差，會造成小口徑的超聲波流量計的準確性和量程比受到限制。

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

根據(jù)國家標準要求，在計量要求方面，要求達到天然氣計量儀表精度為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確度，則應該在結(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)量流量計對于徑向距離越長的測量則會導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，進行天然氣的測量過程中，應該優(yōu)先選擇U型測量管的質(zhì)量流量計。

5 關于質(zhì)量流量計的安裝問題探討

第一，應該保證在堅固的基礎上進行流量傳感器的安裝。對于小口徑的質(zhì)量流量計來說，則應該保證在無振動的地面上。特別對于高振動的環(huán)境來說，則應該注意采取相應的振動吸收保障，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來說，則應該直接在工藝管道上進行安裝，并把流量計利用支撐物和管卡進行牢牢固定。

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

第三，應該有效保證氣體或液體殘值不會積存在流量傳感器中，在應用彎管型流量計過程中，應該保證彎管朝下進行液體的爺倆，而對于氣體的測量，則應該保證彎管向上。對于漿液或排放液的測量過程中，則應該在垂直管道中進行傳感器的安裝，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，應該保證無應力安裝，能夠保證一定的信號強度，這對于應用直管型測量管的流量傳感器更是如此。

6 結(jié)論

當前，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)量流量計也有著自身的特點，也在成品油的貿(mào)易過程中發(fā)揮了重要的應用，特別是對于臟污天然氣、小口徑管道等方面，具有其他計量表所不具備的特點和優(yōu)勢。

參考文獻

[1]鄭德智，樊尚春，邢維巍.科氏質(zhì)量流量計相位差檢測新方法[J].儀器儀表學報，2005，26（5）.

[2]陶波波，侯其立，石巖，等.科氏質(zhì)量流量計測量含氣液體流量的方法與實現(xiàn)[J].儀器儀表學報，2014（8）.

[3]童敏明，秦海鵬.礦井突水監(jiān)測科氏力質(zhì)量流量計的設計[J].儀器儀表學報，2009，30（8）.

[4]羅晶，陳平.熱式質(zhì)量流量計測量電路設計[J].儀表技術與傳感器，2004（10）.

[5]沈文偉.探討質(zhì)量流量計在天然氣計量的應用[J].中國石油和化工標準與質(zhì)量，2014（22）.

[6]譚小平，吳德才，黃立基.MEMS質(zhì)量流量計在城市天然氣計量的應用[J].煤氣與熱力，2011，31（11）.

[7]吳克剛.智能化天然氣質(zhì)量流量計的設計[J].交通運輸工程學報，2002，2（2）.