質(zhì)量流量計(jì)在氣液兩(liang)相測量中(zhōng)的應用分(fèn)析

1 常見流(liú)體的測量(liang)方法  
1.1氣體流量(liang)的測量方(fāng)法  
需(xu)要測量流(liu)量的氣體(ti)種類繁多(duo)，其測量的(de)儀器儀表(biǎo)✂️也有很🔴大(dà)的差别。以(yǐ)天然氣流(liú)量的測量(liàng)爲例：目前(qian)，天然氣貿(mao)易計量分(fèn)爲🧡體積計(jì)量、質量計(jì)量和能♍量(liàng)計量 3種，工業發(fā)達國家質(zhì)量計量和(hé)能量計量(liàng)兩種方法(fa)都在使用(yong)✍️，而💯我國目(mù)前基本上(shang)以體積計(jì)量爲主。  
1.2 液體流(liu)量的測量(liàng)方法  
常見的液(yè)體有水、石(shi)油、液化氣(qi)體等。水流(liú)量的測量(liang)難度不高(gao)，不同原理(li)的流量計(ji)大多數都(dōu)可以測量(liang)水的容量(liang)，但也不是(shi)随便裝一(yī)台就肯定(ding)能用好的(de)。這是因爲(wèi)水的🍓潔淨(jing)程度不同(tong)，流體工況(kuàng)條件各異(yì)，流量測量(liang)的範圍就(jiù)會出現懸(xuán)殊；石油具(ju)🏃有一定的(de)黏稠度，因(yin)此不同黏(nian)度的石油(you)産品所選(xuǎn)擇的計量(liàng)☂️儀器不同(tong)，高黏度油(you)品如原油(yóu)、重油、渣油(yóu)，爲了便于(yu)🈲輸送，往往(wǎng)被加熱到(dào)較高的溫(wēn)度。流體中(zhong)含有固态(tai)雜質，測量(liàng)前還需要(yao)🍓過濾；液化(hua)氣體屬于(yu)高飽和蒸(zhēng)氣壓液體(tǐ)，測量時必(bi)須考慮氣(qi)化的問題(tí)，因此使用(yong)的流量計(ji)也比較特(tè)殊，如渦街(jiē)流量計、渦(wo)輪流量計(ji)、容積式流(liu)量計、科氏(shì)質量流量(liang)計等。  
1.3 氣液多相(xiàng)流體的測(ce)量方法  
氣液兩(liang)相流體的(de)流量測量(liàng)從制造商(shāng)的資料可(ke)看出，有幾(jǐ)種儀⭐表可(ke)用來測量(liang)離散相濃(nong)度不高的(de)兩相流體(ti)的💔流量💚，在(zài)實際應用(yòng)中也有一(yī)些成功應(yīng)用的實例(li)，但目前🈲使(shi)用的流量(liang)計都是在(zài)單相流動(dòng)狀‼️态下評(ping)定其測量(liang)性能，現在(zai)還沒有以(yǐ)單相流标(biāo)定的流量(liang)計用來測(cè)量兩相流(liú)時系統變(bian)化的評定(dìng)标準，因此(cǐ)這樣的😘應(yīng)用究竟帶(dai)來多大的(de)誤差還不(bú)很清楚，僅(jǐn)有一些零(líng)㊙️星的數據(jù)和一些定(ding)性的分析(xi)。常用的氣(qì)液兩相流(liú)量測量儀(yí)器有：電磁(ci)流量計、科(kē)氏🐕力質量(liàng)流量計、超(chao)聲流量計(ji)等。  
1.4 科(kē)氏質量流(liú)量計的測(cè)量原理  
1.4.1 科氏力(li)的形成  
由科氏(shi)加速度作(zuo)用産生科(ke)氏力。該加(jiā)速度是法(fǎ)國工程師(shi)科裏奧利(li)斯在研究(jiu)水輪機的(de)機械理論(lùn)時發現的(de)。科氏力，是(shi)對旋轉㊙️體(ti)系中進行(háng)直線運動(dong)的質點由(you)于慣性相(xiàng)對于旋轉(zhuǎn)體系産生(shēng)的直線運(yun)動的偏移(yí)的🈲一種描(miáo)述🤞，科裏奧(ào)利力來自(zì)于物體運(yùn)動🌐所具有(yǒu)的慣性。  
在旋轉(zhuan)體系中進(jìn)行直線運(yùn)動的質點(diǎn)，由于慣性(xing)，有沿著🍉原(yuan)有運動方(fang)向繼續運(yùn)動的趨勢(shì)，但是由于(yu)體🧑🏾‍🤝‍🧑🏼系本身(shen)是旋轉🔱的(de)，在經曆了(le)一段時間(jiān)的運動之(zhī)後，體系中(zhōng)質點的位(wèi)置會有所(suǒ)變化，而它(tā)原有的運(yun)動趨勢的(de)方向，如果(guǒ)以旋轉體(tǐ)系的視角(jiao)去⭐觀察，就(jiù)會發生一(yī)定程度的(de)偏離。  
當一個質(zhi)點相對于(yú)慣性系做(zuò)直線運動(dòng)時，相對于(yu)旋🔅轉體系(xi)，其軌迹是(shi)一條曲線(xiàn)。立足于旋(xuan)轉體系，我(wo)們認💃爲有(yǒu)❓一個力驅(qu)使質點運(yùn)動軌迹形(xíng)成曲線，這(zhè)個力就是(shi)科裏奧利(lì)力。  
科(kē)裏奧利力(li)的計算公(gong)式爲： F=2mVr×ω 
式中 F爲科裏奧(ào)利力； m爲質點的(de)質量； Vr爲相對于(yú)靜止參考(kao)系質點的(de)運動速度(dù)（矢量）； ω爲旋轉體(ti)系的角速(sù)度（矢量）； ×表示兩(liǎng)個向量的(de)外積符号(hao)（ Vr×ω：大小(xiǎo)等于 v·ω·sinθ，，方向滿足(zú)右手螺旋(xuán)定則）。  
1.4.2 彎管流量(liàng)計的原理(li)  
原理(li)上，當被測(cè)介質通過(guo)振動的測(cè)量管道時(shí)，科氏力能(néng)💔直接⭕用于(yu)質量流量(liang)的測量。測(ce)量管道經(jing)常呈 U形如圖所(suǒ)示。管道用(yòng)剛性固定(dìng)件支撐，并(bing)經激勵器(qì) E沿 A-A\'軸産生(shēng)振動，形成(chéng)沿該軸的(de)一個旋轉(zhuan)參考系統(tong)。如果⭐在💞入(ru)口段觀察(chá)一小團流(liu)體，那麽它(ta)的質量元(yuán)流出固定(dìng)端。該質👌量(liàng)元随管😍道(dào)半徑逐漸(jian)增大而作(zuò)圓弧軌迹(ji)運動。當彎(wān)管向❄️上運(yun)動❄️時，形成(chéng)😘一個方向(xiang)朝下的科(ke)氏力。同時(shí)，觀🐕察出口(kou)段的狀态(tài)，質量元流(liú)入固定端(duan)。同樣産生(shēng)一個方向(xiàng)朝上的科(kē)氏力。由 B稱的配(pei)置在兩邊(bian)呈現出相(xiang)同數值但(dàn)不同符号(hao)的科氏💜力(li)🔞。在🌈流體流(liú)動時，由于(yu)力矩的作(zuo)用，導緻測(cè)量管道沿(yán) B-B\'軸産(chǎn)生一個附(fu)加的扭曲(qu)運 B動(dong)。在入口段(duàn)和出口段(duàn)分别安裝(zhuang)傳感器 S1和 S2檢測管道(dao)沿 A-A\'和(he) B-B\'軸的(de)位移量。信(xìn)号過零點(diǎn)的時間差(chà)事管道扭(niu)曲的檢🍉測(cè)🔞量，它與通(tong)過管道的(de)質量流量(liàng)成正比。
科氏質(zhi)量流量計(jì)原理的結(jié)構

1.4.3 單(dān)直管流量(liàng)計的測量(liang)原理  
兩端拉緊(jǐn)固定的測(ce)量管道是(shì)直徑 d和長度 l的钛合(he)金管。由安(ān)裝在管道(dào)中間的振(zhèn)動裝置以(yǐ)一階模式(shi)方🔴式産生(shēng)振動。工作(zuò)頻率 fB=ωB/2π接近于一(yi)階頻率。在(zai)傳感器檢(jian)測位置 ±z=±l/3處，振動(dòng)幅度調整(zheng)約爲 x±m（ ±z）。如果(guǒ)流體質量(liang)元 m以(yi)速度 v流過由角(jiao)速度 ω振動的管(guan)道，那麽這(zhe)質量元就(jiu)會在管壁(bì)上産生科(ke)氏🐅力，即 FC=2mv×ω在管道(dào)的前後半(ban)段上，除了(le)一階諧振(zhèn)外，還産生(sheng)作用力方(fāng)形⛱️相反的(de)二階模式(shì)振動。一階(jiē)和二階模(mo)式振動的(de)疊加在時(shi)間♊上産生(shēng) 90°的相(xiàng)移。因此，當(dang)管道中存(cún)在質量流(liu)量時，測量(liang)管道産❄️生(shēng)擺動🚩運♊

1.4.4 雙直管(guǎn)流量計的(de)測量原理(li)  

雙直(zhí)管質量流(liú)量計有 2根測量(liang)管道、優化(hua)的流速分(fen)配器、 4個位移傳(chuán)感器和 2個電磁(cí)式振蕩驅(qu)動器組成(chéng)。其原理是(shi)： 2個電(dian)磁式振蕩(dang)驅動器以(yi)諧振頻率(lǜ)使兩根測(ce)量管道同(tong)🙇‍♀️步的相向(xiang)振動。每個(ge)電磁式驅(qu)動器兩邊(biān)的對稱位(wei)置各安裝(zhuang)有一個位(wèi)移檢測傳(chuan)感器用于(yu)測量🛀🏻科氏(shi)力效應。當(dāng)沒有介質(zhì)流過測量(liang)管道時，測(cè)量管道處(chu)于自✂️然諧(xié)振狀态。 2個位移(yí)傳感器所(suo)測到的位(wèi)移正弦信(xin)号無相位(wei)差。 當(dāng)有介質流(liu)過時，由于(yu)有科氏力(li) FC的作(zuò)用，測量管(guǎn)道有微小(xiǎo)的變形，從(cóng)而使 2個位移傳(chuán)感器有相(xiang)位偏差。該(gāi)相位偏差(cha)與科氏力(li)🤩 FC成正(zheng)比，即與流(liu)過測量管(guǎn)道的質量(liang)流量成正(zhèng)比。相當🌐于(yu) 2個單(dan)直管質量(liang)流量計軸(zhou)向對稱地(dì)同步工作(zuo)。  

2 科氏(shì)質量流量(liang)計的優缺(quē)點  

2.1 科(ke)氏質量流(liu)量計的優(you)點  

時(shi)間差與測(cè)量效應成(cheng)線性關系(xi)；直接測量(liang)質量流🌈量(liang)；測量儀還(hái)可附加檢(jiǎn)測流體密(mì)度 ρ 和(he)介質溫度(du) T ；測量(liàng)結果有很(hen)高的精度(du)（典型的精(jing)度：質量流(liu)量爲 ±0.1%+ 末端值的(de) ±0.005% ；密度(dù) ρ爲 ±0.5kg/m3； ΔT爲(wèi) ±0.05%+5℃ ）；測量結果(guǒ)與壓力和(he)溫度無關(guān)；測量結果(guǒ)與流體的(de)性能（密度(du)、黏度、電導(dǎo)率和熱導(dao)率）無關；測(ce)量結果與(yǔ)流速分布(bu)無關，即不(bú)✊需要特殊(shū)的入口引(yǐn)導管道，流(liú)量計能測(cè)量真正的(de)質⭕量流量(liang)平均值；出(chu)口端不需(xu)要施加反(fan)壓力，也就(jiù)不需要出(chu)口引導導(dao)管；安裝位(wei)置可以任(ren)意👌選擇；可(kě)進行雙向(xiang)測量；所有(you)可加壓力(li)的介質都(dou)能測量，如(ru)液态和氣(qi)态介質，特(tè)别是受污(wū)染有腐蝕(shi)性的介質(zhì)。  

2.2 科氏(shi)流量計的(de)缺點  

除了上述(shù)大量優點(dian)外，同樣也(ye)存在不足(zu)，如：流量計(jì)價🔱格♊貴，複(fu)雜幾何形(xíng)狀的測量(liàng)管道使壓(yā)力損耗增(zeng)大；除單直(zhi)管外，有些(xie)💞流量計彎(wan)頭較多，很(hěn)難清洗，而(er)且自行排(pái)空能👣力差(chà)；測量管道(dao)的材料與(yu)被測介質(zhi)要注意它(ta)們的相容(róng)性；可測量(liang)zui大的流量(liang)✉️限制爲 680T/h ；強烈的(de)振動和沖(chong)擊會影響(xiang)流量計的(de)機械裝置(zhi)，嚴重時産(chan)生較大的(de)測量誤差(cha)；有些流量(liàng)計的安裝(zhuāng)受到安裝(zhuāng)規程的限(xiàn)制；采用🔞流(liu)量分配器(qì)的流量計(ji)，在測量不(bú)💋均勻的介(jiè)質時，會産(chǎn)生較大的(de)測量誤差(cha)；測量高黏(nian)度介質要(yao)求附加激(jī)勵能量和(hé)需要特殊(shū)的♍标定等(deng)。  

3 科氏(shì)質量流量(liang)計在氣液(yè)兩相測量(liang)中的應用(yòng)  

科氏(shì)質量流量(liàng)計的應用(yòng)已遍及幾(jǐ)乎所有工(gong)業領🌈域。主(zhǔ)要原因是(shi)高精度和(he)大量程，這(zhe)是大多數(shu)其他流量(liang)測量方法(fǎ)所沒有的(de)。通常科氏(shì)質量流量(liang)計的精度(dù)如下：  

液體： ±0.10%（示值相對(duì)誤差） ± 零點的穩(wen)态值。  

氣體： ±0.50%（示值相對(duì)誤差） ± 零點的穩(wen)态值。  

3.1 丙烯氣液(ye)兩相流量(liang)測量技術(shu)參考  

丙烯（ propylene）常溫下爲(wèi)無色、無臭(chou)、稍帶有甜(tián)味的氣體(ti)。分子量 42.08，在标準(zhun)大氣壓下(xià)密度 0.5139g/cm3（ 20/4℃ ），冰點 -185.3℃ ，沸點(diǎn) -47.4℃ 。丙烯在輸(shu)送和儲存(cun)中必須進(jin)行加壓處(chu)理，另外，這(zhe)📱種流㊙️體的(de)流量測量(liàng)中容易因(yin)儀表的壓(yā)力損失而(er)在流量計(jì)的出口處(chu)産生🛀氣穴(xué)和伴随而(er)來的氣蝕(shí)現象，引起(qǐ)流量計示(shi)值偏高和(he)流量一💃次(cì)裝置受損(sun)。  

3.2 丙烯(xi)流量測量(liàng)系統誤差(chà)的生成與(yu)處理  

在輸送過(guo)程中當溫(wen)度将降低(di)或由于調(diào)節閥突然(ran)關小✌️導❌緻(zhi)☁️管道内壓(yā)力增加時(shí)，丙烯會處(chu)于氣液兩(liǎng)相狀态。此(cǐ)時，丙烯氣(qi)液混合物(wù)密度相應(yīng)會發生變(bian)化，因而給(gěi)質量流量(liàng)計測量帶(dai)來誤差。誤(wu)差可以通(tong)🔞過密度補(bu)償來處理(lǐ)。  

一常(chang)用壓力爲(wei) 1.0MPa 的丙(bing)烯氣體，其(qí)流量爲 qm，假設經(jīng)長距離輸(shū)送後有 10%qm冷凝成(cheng)液态，令其(qí)爲 qml，而(er)保持氣态(tai)的部分爲(wei) qms，從定(dìng)義知，此時(shi)濕氣的幹(gàn)度爲

采用溫度(du)補償，所以(yǐ)按照臨界(jie)飽和狀态(tai)查表，得到(dào)此時的丙(bing)烯❌氣體密(mì)度爲 ρs，液體密度(du)爲 ρL，顯(xian)然液體與(yu)氣體部分(fen)的體積流(liu)量爲

式中 qvl表示丙烯(xī)液體的體(ti)積流量， m3/s； qvs表(biǎo)示丙烯氣(qi)體部分的(de)體積流量(liàng)， m3/s。  

由定義知(zhi)，氣體幹部(bù)分流量占(zhan)氣液兩相(xiàng)總體積流(liú)量 qv之(zhī)比 Rv爲(wei)

因爲(wei)

所以(yi)

在該(gāi)例中， Rv=99.93%，由此可見(jian)，在氣液混(hùn)合中，液體(ti)部分占的(de)體積基本(běn)👅可以🌈忽略(luè)不📧計。  

另外，爲了(le)避免丙烯(xī)流量測量(liàng)時出現氣(qì)液兩相混(hùn)合現㊙️象，選(xuǎn)用下面的(de)設計和安(an)裝方法将(jiang)是有效的(de)。  

3.2.1 選用(yong)更的儀表(biǎo)  

近年(nian)來，科氏力(lì)流量計的(de)制造技術(shù)獲得了快(kuài)速發展，例(li)如 CMF100傳(chuán)感器與 2700變送器(qì)配用，測量(liàng)液體時，流(liú)體的質量(liang)流量度可(kě)達流量值(zhí)的 ±0.05%，而(er)且已延伸(shen)到氣體流(liu)量的測量(liàng)。應用上述(shù)配置的流(liu)量計🈲測量(liang)氣體質量(liàng)流量，度可(kě)達流量值(zhi)的 ±0.35%。并(bing)且能直接(jiē)顯示質量(liàng)流量。  

3.2.2 合理選擇(ze)安裝位置(zhi)  

流量(liang)傳感器安(ān)裝位置應(ying)選擇在槽(cao)的頂部出(chū)口管道上(shang)。保證直管(guǎn)段的前提(ti)下，與槽的(de)出口處盡(jin)量近些。這(zhe)🐪樣，丙烯在(zài)🏃‍♀️輸送過程(cheng)中，可減少(shao)經輸送管(guǎn)道從大氣(qi)中吸收熱(rè)量。同時，安(ān)裝位置應(yīng)盡量低些(xiē)，這樣可提(tí)高過冷深(shēn)度。  

3.2.3 将(jiāng)調節閥安(ān)裝在流量(liàng)計後邊  

丙烯中(zhōng)間槽與丙(bǐng)烯分離器(qì)之間有較(jiào)大壓差，此(ci)壓差絕😄大(da)部分降落(luò)在調節閥(fa)上。丙烯流(liú)過此閥時(shi)，壓力突✌️然(rán)升高，一定(ding)數量的氣(qì)體液化，從(cóng)而出現氣(qì)液兩相流(liu)㊙️。爲了避免(mian)流過流量(liang)計的流體(tǐ)中存在兩(liǎng)相流，節流(liú)閥必須裝(zhuang)在流量計(ji)下🎯遊。  

3.3 提高丙烯(xi)流量測量(liàng)度的方法(fa)  

大部(bu)分質量流(liu)量計制造(zào)商以 “量程誤差(chà)加零點不(bu)穩定度 ”的方式(shì)表達基本(ben)誤差，這是(shi)因爲這種(zhong)儀表零點(dian)穩定性較(jiào)差。這種表(biao)達方式初(chū)看上去度(du)很高，但計(ji)入零點不(bu)穩♊定度後(hòu)，度并不那(na)麽高。  

零點不穩(wěn)定性通常(cháng)以 %FS表(biao)示，也有以(yi)流量值 kg/min表示，零(ling)點不穩定(dìng)度一般在(zai) ±（ 0.01~0.04） %FS之間(jiān)。當流量爲(wèi)下限流量(liang)時，因零點(dian)不穩定性(xìng)引入🌈的誤(wù)差是很可(kě)觀的，所以(yi)儀表選用(yòng)時，應将口(kou)徑選得盡(jìn)可能小一(yī)些，這樣可(ke)将零點不(bú)穩定度的(de)數值減小(xiao)，提高實際(jì)得到的測(cè)量度。  

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