科里奥利质量流量计在天然气计量中的应用问题

肖博文

摘 要 在分析质量流量计工作原理的基础上，探讨了质量计量及标况体积计量方面内容，在分析质量流量计技术特点及优缺点的基础上，重点探讨了质量流量计在管输天然气计量中的应用问题，以及需要注意的事项，希望对于天然气计量工作中应用科里奥利质量流量计具有一定帮助。

关键词 科里奥利质量流量计；流量计；天然气计量；技术特点；注意事项

中图分类号 TH814 文献标识码 A 文章编号 2095-6363（2015）09-0084-02

对于在进行天然气计量过程中所应用到的科里奥利质量流量计来说，主要特点则是表现在对于流体质量进行直接有效的测量工作，并且具备较强的稳定性、重复性以及准确性的特点，同时，由于活动部件以及阻流部件并没有在其内部的流体通道内设置，所以，其具有较高的可靠性，还能具有较长的使用寿命，能够对于高压气体、高粘度流体的流量进行测量。当前，其应用范围比较广泛，包括航天、能源以及汽车用的压缩天然气（CNG）中使用，这对于流体测量技术的发展具有非常重要的意义，也是在当前的流体测量在石油化工领域中应用的主流流量计[1-3]。这里结合实践经验，主要就科里奥利质量流量计在天然气计量中的应用问题进行探讨。

1 质量流量计工作原理概述

1）U型管工作原理。针对双管型质量流量计的结构来说，分流管位于入口位置，能够有效把流入介质进行分成两份处理，分别送入两根测量管，这样能有效保证被测量介质经过测量管，U形测量管振动则是通过电磁驱动系统按照一定的驱动频率进行，对于流体进行垂直于管子的运动情况下，管子在前半个振动周期则是呈现向上运动的特点，在驱动点前的向下压力进行测量，对于驱动点以后，向上的力就会产生，这样保证管子存在向上运动。通过两力的合成能够知道，测量管出现扭曲情况。对管扭曲的程度进行测量，经过分析，可以看出，和流体流过测量管流体质量成正比，同时，保证电磁感应器安装在驱动点两侧的测量管之上，这样能够有效对于运动的相位差进行测量，其数值则是正比于流体流过的质量流量。对于双U形测量管结构来说，这样就会造成测量管存在扭曲相位差值在180℃。相比单测量管型情况，双管型具有放大的检测信号，这样就具有更高的流通能力。

2）质量流量计计量方式。当前，针对天然气贸易的交接计量过程来说，主要涉及到以下三种方式：在一定的标准参比下的体积量计量、质量计量和能量计量，其中，对于质量流量计来说，能够有效单独完成计量任务[4]。

2 质量计量及标况体积计量方面的探讨

第一，利用有效的质量流量计能够对于天然气的瞬时质量流量进行直接性的测量，这则是质量计量方面的独特优势，在没有其它测量设备帮助的情况下，可以有效独立完成[5]。

第二，天然气的瞬时质量流量可以通过质量流量计所测得，然后，相比于天然气组分计算的天然气密度，通过推到和计算就能得到体积流量，具体的计算公式如下：

其中，上式中qm则为瞬时质量流量；qn为标准参比条件的瞬时体积流量；Z为标准参比条件下的气体压缩因子；Pn为标准参比条件下的绝对静压力；Mn为气体的摩尔质量。

从上述公式可以看出，并不必直接测量流体的压力以及温度，在知道气体摩尔质量的前提上，能将质量流量在标准参比条件下进行体积流量的转换。同时，能量流量则是可以通过发热量以及质量流量的乘积经过计算得到。

3 质量流量计应用过程中的优缺点分析

1）应用优点探讨。相比于其他流量计，从设备结构和工作原理角度进行分析，质量流量计进行天然气测量过程中，主要表现的优点包括以下几个方面[6，7]：一是，具有较高的量程比，一般能够达到20：1～50：1，部分高精度的质量流量计已经能达到100：1以上；二是，具有较高的计量准确度，准确度能够达到≤0.5%，具有较好稳定性，能够保证直接流量测量的高精度实现；三是，没有可移动部件在检测管中，不存在阻碍流体流动的情况，有利于保证流量计具有较长的使用寿命，方便进行清洗和维护；四是，具有比较广泛的可测量范围，包括各种含有微量气体的液体、高粘度的液体、中高压气体、含有固体的浆液等，并不需要把直管段设置在流量计的上下游中；五是，较为适用于以质量为基础的贸易交接计量。

2）应用缺点探讨。对于质量流量计来说，其自身具有较大的缺点，主要表现在以下几个方面：一是，不能应用于较大管径情况，一般适用于150 （200）mm以下范围；二是，对于密度太低的天然气不能进行测量；三是，具有比较大的重量和体积，在压力损失方面，和容积式计量仪表基本相同；四是，外界振动影响较为敏感，在进行安装和固定过程中具有一定的要求；五是，价格比较昂贵。

4 关于质量流量计在管输天然气计量中的应用思考

经过文献统计分析，对于在进行天然气计量过程中应用流量计的选型进行思考，大多选用的流量计包括气体涡轮式、孔板式、质量流量计等，上述分析可以看到质量流量计的诸多优点，但是，其由于具有较大的压力损失，对于安装固定具有较高的要求，还不能应用于大管径的流量测量，这样就限制其在天然气管道中的应用。因此，在长输管道的主流天然气计量仪表中，主要还是采用孔板式流量计、涡轮式流量计以及超声波流量计。这里结合实际情况，针对天然气用量大以及灌输距离长等特点，在天然气末站应用口径为300的差压式（孔板）流量计。

另外，也存在压力损失较大、量程小、准确度不高、磨损问题严重等情况，还要求具有一定的直管段，涉及到占地面积比较大，需要检测元件较多，维护环节增多等问题。随着信息技术的快速发展，超声波流量计的发展十分快速，其能够具备量程比大、性能稳定可靠、计量精确度高、维护量小等特点，越来越多地应用在贸易交接以及工程应用中。同时，超声波流量计具有较为准确的测量结果，受到北侧流体的密度、粘度、压力以及温度的影响比较小，这样的情况下，相比于孔板流量计，超声波流量计的价格和性能则远远高于。尽管上述是超声波流量计的优点，但是，考虑到超声波流量计的工作原理，是利用传播时间差的方法，对于口径变小的超声流量计来说，则会导致声波传播的声程会进行缩短，也会缩短传播时间，这样就比较难以准确测量传播时间差，会造成小口径的超声波流量计的准确性和量程比受到限制。

气体涡轮流量计则是具有最高的准确度的流量计，能够具备较宽的量程、较强的抗干扰能力、没有零点漂移问题、较高的准确度等特点，需要直管段比较短。但在应用气体涡轮流量计的过程中，需要具有较高清洁度的被测介质，考虑到涡轮流量计的叶轮容易出现损坏的问题，因此，则应该保证把过滤器安装在流量计之前，并且还应该注意相应的投运操作，会造成后期维护成本有所增加。

根据国家标准要求，在计量要求方面，要求达到天然气计量仪表精度为0.5级。考虑到天然气具有比较小的密度情况，同样流速情况下，质量流量比液体小的多，这样检测的氏力产生的相位差也比较小。所以，为了有效保证测量的准确度，则应该在结构选择方面，选择能够产生较大变化的质量流量计的结构。在同样的科氏力的影响下，由于U形测量管质量流量计对于径向距离越长的测量则会导致具有越大的变形结构，对于最大流量的影响下，相比于直管测量，U型管测量能够5倍左右的相位差，所以，进行天然气的测量过程中，应该优先选择U型测量管的质量流量计。

5 关于质量流量计的安装问题探讨

第一，应该保证在坚固的基础上进行流量传感器的安装。对于小口径的质量流量计来说，则应该保证在无振动的地面上。特别对于高振动的环境来说，则应该注意采取相应的振动吸收保障，保证利用柔性管道来连接管道和传感器出口。而对于较大口径的流量计来说，则应该直接在工艺管道上进行安装，并把流量计利用支撑物和管卡进行牢牢固定。

第二，为了有效避免CMF间的相互影响，特别是对于进行并联或者串联使用多台流量计的过程中，应该保证各个流量传感器具有足够远的距离，在各自的基础上设置相应的支撑物和管卡。

第三，应该有效保证气体或液体残值不会积存在流量传感器中，在应用弯管型流量计过程中，应该保证弯管朝下进行液体的爷俩，而对于气体的测量，则应该保证弯管向上。对于浆液或排放液的测量过程中，则应该在垂直管道中进行传感器的安装，保证从下到上的流向。对于工艺管道以及传感器的连接过程中，应该保证无应力安装，能够保证一定的信号强度，这对于应用直管型测量管的流量传感器更是如此。

6 结论

当前，超声波流量具有量程比大、测量精度高等优势，但是，科里奥利质量流量计也有着自身的特点，也在成品油的贸易过程中发挥了重要的应用，特别是对于脏污天然气、小口径管道等方面，具有其他计量表所不具备的特点和优势。

参考文献

[1]郑德智，樊尚春，邢维巍.科氏质量流量计相位差检测新方法[J].仪器仪表学报，2005，26（5）.

[2]陶波波，侯其立，石岩，等.科氏质量流量计测量含气液体流量的方法与实现[J].仪器仪表学报，2014（8）.

[3]童敏明，秦海鹏.矿井突水监测科氏力质量流量计的设计[J].仪器仪表学报，2009，30（8）.

[4]罗晶，陈平.热式质量流量计测量电路设计[J].仪表技术与传感器，2004（10）.

[5]沈文伟.探讨质量流量计在天然气计量的应用[J].中国石油和化工标准与质量，2014（22）.

[6]谭小平，吴德才，黄立基.MEMS质量流量计在城市天然气计量的应用[J].煤气与热力，2011，31（11）.

[7]吴克刚.智能化天然气质量流量计的设计[J].交通运输工程学报，2002，2（2）.