科里奧利力質量流量計廣泛應用于石化等領域，是當今世界上最先進的流量測量儀表之一，錦西石化公司作為大型煉油化工企業，其產品主要有汽油、煤油、柴油、液態烴等產品，科里奧利力質量流量計在這些物料的計量過程中，尤其是對于出廠產品的計量過程中使用可靠，精度均在2‰以內，提高了錦西石化公司能源、物料的流量測量準確度，避免了不必要的損失，確保了企業的利益不受到損害。

    1 科里奧利力質量流量計的原理和優點

    1.1 科里奧利力質量流量計的原理

    科里奧利質量流量計（以下簡稱CMF）是利用流體在直線運動的同時處于一旋轉系中，產生與質量流量成正比的科里奧利力原理制成的一種直接式質量流量儀表。

    如圖1所示，當質量為m的質點以速度υ在對p軸作角速度ω旋轉的管道內移動時，質點受到兩個分量的加速度及其力。

圖1 科里奧利力

    1）、法向加速度即向心力加速度α_r，其量值等于ω²r，方向朝向P軸；

    2）、切向加速度α_t即科里奧利加速度，其量值等于2ωυ，方向與α_r垂直。由于復合運動，在質點的α_t方向上作用著科里奧利F_c=2ωυ_m，管道對質點作用著一個反向力-F_c=-2ωυ_m。

    當密度為ρ的流體在旋轉管道中以恒定速度υ流動時，任何一段長度Δx的管道都將受到一個ΔF_c的切向科里奧利力。

    

    式中A-管道的流通內截面積。

    由于質量流量計流量即為δ_m，δ_m=ρυA，所以

    

    因此，直接或間接測量在旋轉管道中流動流體產生的科里奧利力就可以測的得質量流量，這就是CMF的基本原理。

    但是通過旋轉運動產生科里奧利力是困難的，所有目前產品以管道振動產生，即由兩斷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，在管內流動的流體產生科里奧利力，使測量管中點前后兩半段產生方向相反的撓曲，檢測撓曲量以求得質量流量。

    1.2 科里奧利力質量流量計的優點

    科里奧利力質量流量計的優點主要有以下幾個方面：（1）直接測量質量流量，有很高的測量精確度。（2）可測流體范圍廣，包括高黏度液的各種液體，含有固形物的漿液，含有少量均勻分布氣體的液體，有足夠密度的氣體（壓力較高的氣體）。（3）測量管的振幅小，可視作非活動部件；測量管內無阻礙件或活動件。（4）對迎流流速分布不敏感，因而無上下游直管段要求。（5）流量測量值對流體黏度不敏感，流體密度對流量測量值的影響極微。（6）一臺質量流量計可做多參數測量。測質量流量的同期可測流體密度和溫度，還可衍生測量體積流量、溶質濃度、液固雙相流體（或不相溶雙組分液體）異相（或異成分）的含量。

    2 科里奧利力質量流量計在錦西石化的應用及問題分析

    近年來隨著錦西石化公司對成本控制和增加效益的追求力度逐漸加大，對生產和銷售環節中的能源、物料計量的要求也越來越高，公司不斷加大能源、物料計量器具的更新改造力度，包括原油及裝置間物料互供均使用質量流量計進行計量，尤其是產品出廠這方面，汽油、煤油、柴油、液化氣及丙烯等全部采用羅斯蒙特高精度的科里奧利力質量流量計。當然質量流量計在使用的過程中也會出現各種各樣的問題，但是這些問題經過我們匯總分析認為，質量流量計計量過程中出現的問題主要是流量計的安裝不合規范和測量介質的物理性質及參數影響造成的，也就是說可以分為兩個部分，一是安裝等外部因素的影響，二是測量介質物理性質內部因素的影響。

    2.1 安裝等外部因素影響

    錦西石化裝船碼頭2002年裝有6臺羅斯蒙特DN150的質量流量計，分別用于汽油、柴油的裝船計量，在剛開始運行的過程中，其中一臺柴油流量計在不裝船的情況下，經常出現5到7噸短暫的瞬時流量，對此多次現場檢查并調整零點，仍有此現象發生，最后將傳感器與工藝管線分離發現傳感器一側法蘭與工藝管線連接法蘭水平方向相差3cm，當時安裝隊伍不夠專業，現場指揮人員缺乏經驗，在這種情況下硬性連接，管道應力作用在傳感器上，在海風較大的情況下，流量計經常出現5到7噸短暫的瞬時流量，影響流量計的正常計量。所以說質量流量計的安裝和現場環境等因素，是影響質量流量計正常計量的一個主要因素。下面就這些因素進行分析。

    2.1.1 管道應力的影響

    傳感器在安裝的過程中，若連接流量傳感器管道中心未對準（或不平行）或管道溫度改變，管道應力會形成壓力、拉力、或剪切力作用到質量流量計測量管間地對準，引起檢測探頭的不對稱性，導致零點變動。情況不是很嚴重的情況下，流量計安裝好后必須調零以消除或減小這一影響。若管道嚴重未對準，有可能無法進行調零。管道溫度變化比較大，或者偏離安裝溫度比較大的情況下，管道產生的熱膨脹（或收縮）力亦將作用到流量傳感器，也會影響流量計的正常計量，所以在安裝質量流量計的過程中，一定要確保連接流量傳感器管道中心對準，同時在溫度變化較大的情況下，可在管道裝熱膨脹隔離管件。

    2.1.2 環境振動影響

    錦西石化蒸餾裝置原油計量表為羅斯蒙特的質量流量計，安裝位置在裝置內，并且距離泵房較近，工藝管線震動較大，因此流量計計量數據存在一些問題，造成裝置收率不正常，在這種情況下我們對流量計兩端加裝支撐，降低震動的影響，使得流量計工作正常。質量流量計可以在振動環境下工作，但必須與振動隔離。尤其是震動較大的情況下，可以與振動管間用柔性管連接和采用隔離振動的支撐架。但更應預防振動頻率與質量流量計的工作頻率或諧波頻率相同。同一型號多臺儀表串接安裝或較接近地平行安裝，尤其是裝在同一支撐臺架上，各質量流量計間工作頻率振動會相互影響，引起異常振動，嚴重時會使儀表無法工作。

    2.1.3 流量傳感器安裝姿勢和位置的影響

    流量傳感器安裝姿勢和位置對于流量計能否正常工作也非常重要。測量管內殘留固形物和管壁結垢均都會影響測量精確度。一般說裝于自下而上流動的垂直管道較為理想；但對于非直形測量管則應按管道振動狀況和應用條件決定垂直還是水平安裝。測量液體不要裝在管系的最高位置，以避免積聚氣體；測量氣體不要裝在管系的最低位置，以避免積存凝結水。安裝位置還必須使測量管內充滿液體，例如水平管道流體流過質量流量計后直接排入容器而無背壓的情況下，測量管往往不能充滿，會使輸出信號激烈波動。

圖2 傳感器安裝示意圖

    當然，在一些特殊的情況下，傳感器的安裝方式還是可以改變的，比如錦西石化蒸餾裝置的原油計量質量流量計因工藝管線的原因，盡管是測量液體，但是采用了測量管向上的安裝方式，這種情況下質量流量計的出口背壓要高，確保測量管充滿，同時更要關注震動的問題，降低震動對流量計計量的影響。

    2.1.4 截止閥和控制閥的安裝的影響

    為了確保傳感器調整零點時測量介質沒有流動，質量流量計的上下游要安裝截止閥，并保證閥門無泄漏情況發生。如果需要安裝控制閥，則應裝在質量流量計的下游，這樣有利于質量流量計保持盡可能高的靜壓，以防止發生氣蝕和閃蒸情況的發生。

    2.2 測量介質物性和參數的影響

    2.2.1 測量介質壓力影響

    錦西石化液化氣計量有一臺早期的羅斯蒙特質量流量計，在計量過程中始終感覺計量偏差較大，針對質量流量計的安裝也進行了全面檢查，也沒有發現問題，此質量流量計送檢定部門進行檢定，結果合格，回裝后質量流量計計量數據仍存在問題，針對這種情況，我們將現場流量計運行參數與檢定過程進行參數對比發現，現場液化氣的壓力為1.6MPa，而檢定過程中介質壓力為0.3MPa左右，因此是測量介質壓力變化影響了質量流量計的測量。實際上，質量流量計首先要考慮測量介質壓力不應超過規定工作壓力，另外還要考慮靜壓變化影響的程度。壓力變化影響測量管繃緊程度和布登效應的程度，以及破壞測量管不對稱的原零點偏置。雖然儀表常數變動和零飄很小，但是使用時壓力和校準時相差甚大時，對于高精確度儀表影響還是不能忽視的。其中小口徑儀表壁厚管徑比大，影響小；大口徑儀表壁厚管徑比小，影響大。其中一個權威機構對8臺質量流量計所作壓力試驗結果如圖3所示。

圖3 壓力影響

    2.2.2 測量介質密度影響

    測量介質密度變化改變流量測量系統的質量，從而使流量傳感器的平衡發生變化，導致零點偏移。如果測量某一特定液體，只要在實際使用的液體密度條件下調零，使用過程中的密度變化不大，一般不存在問題。但在一根管道上測量密度差別較大的幾種液體時，會帶來零點變動的附加誤差。

    2.2.3 測量介質黏度影響

    羅斯蒙特的科氏力質量流量計可測量液體黏度的范圍很寬，并呈現良好的測量性能。實際上液體黏度會改變系統的阻尼特性，從而影響零偏置，在低流量時對流量測量值有一定程度的影響。另外我們按使用條件選擇質量流量計規格大小考慮的主要因素之一為估算儀表壓力損失是在管系允許值之內。在允許壓力降情況下，為獲得最佳測量精確度，使用的最大流量盡可能在流量范圍內選得高些。質量流量計的壓力降隨著流體黏度增加而增加，也就是說黏度增加會增加儀表的壓力損失。錦西石化蒸餾裝置原油計量就采用的羅斯蒙特的質量流量計，在選型的過程中，充分考慮了黏度增加壓力損失增大的因素，沒有對工藝設備運行造成影響。

    當前影響質量流量計正常計量的因素有很多，有些影響需要我們重新安裝流量計，有些影響甚至需要我們更換流量計，這就需要我們在質量流量計選型的過程中全面考慮各方面的影響因素，才能確保質量流量計的正常運行。另外，在實際應用中，造成零點漂移的因素很多，如傳感器的安裝應力、測量管的結構不對稱、被測流體物理參數的變化等，這就需要我們定期進行零點檢查和調整。

    目前，隨著計量技術不斷進步，質量流量計的性能不斷提升，羅斯蒙特的ELITE系列質量流量計提出質量流量計現場性能與實驗室條件下保持一致，在工廠建立零點后無需現場調零，工藝狀況改變后也無需調零，這將減少閥門，簡化安裝，減少質量流量計維護的工作量。同時還提出質量流量計的測量不受溫度變化影響，不受管道應力變化的影響。

    3 結論

    科里奧利力質量流量計是一個較為精確、可靠、穩定、高效、靈活的流量測量儀表，在石油加工、化工等領域將得到更加廣泛的應用，同樣在錦西石化汽油、煤油、柴油、液態烴等產品的計量過程中使用可靠，提高了錦西石化公司能源、物料的流量測量準確度，避免了不必要的損失。另外隨著質量流量計的性能不斷提升，影響質量流量計正常計量的因素越來越少，流量計的維護工作變得更加簡單，相信質量流量計的使用將更加廣泛。