質(zhì)量流量計(ji)在氣液兩(liang)相測量中(zhong)的應用分(fen)析

1 常見流(liu)體的測量(liàng)方法  
1.1氣體流量(liàng)的測量方(fāng)法  
需(xu)要測量流(liú)量的氣體(ti)種類繁多(duō)，其測量的(de)儀器儀㊙️表(biǎo)也有很大(da)的差别。以(yǐ)天然氣流(liú)量的測量(liang)爲例：目前(qián)，天🔞然氣💜貿(mao)易☀️計量分(fèn)爲體積計(ji)量、質量計(jì)量和能量(liang)計量 3種，工業發(fa)達國家質(zhì)量計量和(he)能量計量(liàng)兩種方法(fa)👉都💯在使用(yong)，而我國目(mu)前基本上(shàng)以體積計(ji)量爲主。  
1.2 液體流(liu)量的測量(liang)方法  
常見的液(yè)體有水、石(shí)油、液化氣(qì)體等。水流(liú)量的測量(liang)😘難度不高(gāo)，不同原理(lǐ)的流量計(ji)大多數都(dōu)可以測量(liang)水的容量(liang)🆚，但也不是(shì)🔞随便裝一(yi)台就肯定(ding)能用好的(de)🙇🏻。這是因爲(wèi)水的潔淨(jìng)程✊度不同(tong)，流體工況(kuang)條件各異(yì)，流量測量(liang)的範圍就(jiu)會出現懸(xuán)殊；石油具(jù)有一定的(de)黏稠度，因(yīn)此不同黏(nian)度的石油(you)産品所選(xuǎn)擇的計量(liàng)儀器不同(tóng)，高💛黏度油(you)品如原油(you)、重油、渣油(yóu)，爲了🏃便于(yu)輸送，往往(wang)被加熱到(dao)較高🛀🏻的溫(wēn)度。流🈲體中(zhōng)含有固态(tai)雜質，測量(liang)前還需要(yào)過濾；液化(huà)氣體屬于(yu)💋高飽和蒸(zheng)🙇🏻氣壓液體(tǐ)，測量時必(bi)須考慮氣(qi)化的問題(tí)，因此使用(yòng)的流量計(jì)也比較特(te)殊，如✔️渦街(jiē)流量計、渦(wo)輪流量計(jì)、容積式流(liú)量計、科氏(shì)質量流量(liang)計等。  
1.3 氣液多相(xiang)流體的測(cè)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(ji)種儀表可(ke)用來測量(liang)離散相濃(nong)度不高的(de)兩相流🥰體(tǐ)的流量，在(zài)實際應用(yong)中也有一(yī)些成功應(yīng)用的實例(li)，但目前使(shǐ)用的流量(liàng)計都是在(zai)單相流動(dòng)狀态下評(ping)定其測量(liang)性能，現在(zài)還沒有以(yǐ)單相流标(biao)定的流量(liàng)計用來測(cè)量兩相流(liu)時系統變(bian)化的評定(ding)标準，因此(ci)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(dìng)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(ke)氏👣力質量(liàng)流量計、超(chāo)聲流量計(ji)等。  
1.4 科(ke)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(shì)加速度作(zuò)用産生科(ke)氏力。該加(jiā)速度是法(fa)國工程師(shi)科㊙️裏奧利(lì)斯在研究(jiū)水輪機的(de)機械理論(lun)時💁發現的(de)。科氏力，是(shì)對旋轉體(ti)系中進行(hang)直線運動(dong)的🐇質點由(yóu)于慣性相(xiàng)對于旋轉(zhuan)體🏃🏻系産生(shēng)☎️的直線運(yùn)動的偏移(yi)的一種描(miao)述♋，科裏奧(ao)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(yun)動的質點(dian)，由于慣性(xìng)，有沿⁉️著原(yuán)有運動方(fāng)向繼續運(yun)動的趨勢(shì)，但是由于(yu)體系本身(shēn)是旋轉🚶‍♀️的(de)，在經曆了(le)一段時間(jiān)的運動之(zhī)後，體系中(zhong)質點的位(wei)置會有所(suo)變化，而它(ta)原有的運(yùn)動趨勢的(de)方向，如果(guo)以☔旋轉體(ti)系的視角(jiǎo)去觀察，就(jiù)會發生一(yi)定程度的(de)偏離。  
當一個質(zhì)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(xian)。立足于旋(xuan)轉體系，我(wǒ)🤞們認爲有(you)🐕一個力驅(qū)♉使質點運(yun)動軌迹形(xing)成曲線，這(zhè)個力就是(shì)科裏奧利(li)力。  
科(ke)裏奧利力(lì)的計算公(gong)式爲： F=2mVr×ω 
式中 F爲科裏奧(ao)利力； m爲質點的(de)質量； Vr爲相對于(yu)靜止參考(kǎo)系質點的(de)運動速度(du)（矢量）； ω爲旋轉體(ti)系的角速(su)度（矢量）； ×表示兩(liǎng)個向量的(de)外積符号(hào)（ Vr×ω：大小(xiǎo)等于 v·ω·sinθ，，方向滿足(zú)右手螺旋(xuan)定則）。  
1.4.2 彎管流量(liang)計的原理(lǐ)  
原理(lǐ)上，當被測(ce)介質通過(guò)振動的測(cè)量管道時(shi)，科氏🍓力💛能(neng)⭐直接用于(yú)質量流量(liàng)的測量。測(cè)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(bìng)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(rù)口段觀察(cha)一小團流(liú)體，那麽它(ta)的質量元(yuán)流出固定(ding)端。該質㊙️量(liang)元♋随管道(dào)半徑逐漸(jiàn)增大而作(zuo)圓弧軌迹(jì)運動。當彎(wān)管向上運(yùn)動時，形成(cheng)一個方向(xiàng)朝下的科(kē)氏力。同時(shi)，觀察出口(kǒu)段的狀态(tai)，質量元流(liu)入固定端(duān)。同樣産生(shēng)一個方☀️向(xiang)朝上的科(kē)🔆氏力。由 B稱的配(pèi)置在兩邊(biān)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(zuò)用，導緻測(ce)量🈲管道沿(yán) B-B\'軸産(chǎn)生一個附(fù)加的扭曲(qu)運 B動(dòng)。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(hé) B-B\'軸的(de)位移量。信(xìn)号過零點(dian)的時間差(cha)事管道扭(niǔ)曲的檢測(cè)💛量，它與👌通(tōng)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(jie)構

1.4.3 單(dan)直管流量(liàng)計的測量(liang)原理  
兩端拉緊(jin)固定的測(ce)量管道是(shì)直徑 d和長度 l的钛合(hé)金管。由安(an)裝在管道(dào)中間的振(zhen)動裝置以(yǐ)一階模式(shì)方式産生(shēng)振動。工作(zuò)頻率 fB=ωB/2π接近于一(yī)階頻率。在(zài)傳感器檢(jiǎn)測位置 ±z=±l/3處，振動(dong)幅度調整(zhěng)約爲 x±m（ ±z）。如果(guo)流體質量(liang)元 m以(yi)速度 v流過由角(jiao)速度 ω振動的管(guǎn)道，那麽這(zhe)質量元就(jiù)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(fang)形相反的(de)二階模式(shi)振動。一階(jie)和二階模(mo)式振動的(de)疊加在時(shi)間上産生(shēng) 90°的相(xiang)移。因此，當(dang)管道中存(cun)在質量流(liú)量時，測量(liang)管道産生(sheng)擺動運

1.4.4 雙直管(guǎn)流量計的(de)測量原理(lǐ)  

雙直(zhi)管質量流(liu)量計有 2根測量(liang)管道、優化(huà)的流速分(fèn)配器、 4個位移傳(chuán)感器和 2個電磁(ci)式振蕩驅(qū)動器組成(chéng)。其原理是(shi)： 2個電(dian)磁式振蕩(dang)驅動器以(yǐ)諧振頻率(lǜ)使兩根測(cè)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(zhuāng)有一🙇🏻個位(wei)移檢測傳(chuan)感器用于(yú)測量科氏(shi)力效應。當(dang)💚沒有介質(zhi)流過測量(liàng)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(suǒ)測到的位(wei)移正弦信(xin)号無相位(wei)差。 當(dāng)有介質流(liu)過時，由于(yú)有科氏力(lì) FC的作(zuo)用，測量管(guǎn)道有微小(xiǎo)的變形，從(cóng)而使 2個位移傳(chuan)感器有相(xiang)位偏差。該(gāi)相位偏差(chà)與科氏力(li) FC成正(zhèng)比，即與流(liu)過測量管(guǎn)道的質量(liang)流量成正(zhèng)比。相🛀🏻當于(yú) 2個單(dan)直管質量(liàng)流量計軸(zhóu)向對稱地(dì)同步工作(zuo)。  

2 科氏(shi)質量流量(liàng)計的優缺(que)點  

2.1 科(ke)氏質量流(liú)量計的優(yōu)點  

時(shí)間差與測(ce)量效應成(cheng)線性關系(xi)；直接測量(liàng)質量流量(liàng)；測量儀還(hai)可附加檢(jian)測流體密(mì)度 ρ 和(he)介質溫度(du) T ；測量(liàng)結果有很(hěn)高的精度(dù)（典型的精(jīng)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(guo)與壓力和(hé)溫度無關(guān)；測量結果(guo)與流體的(de)性能（密度(dù)💃、黏🎯度、電導(dao)率和熱導(dǎo)率）無關；測(ce)量結果與(yǔ)流速分布(bu)無關🧡，即不(bú)需要特殊(shu)的入口引(yin)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(chū)口引導導(dǎo)管；安裝位(wei)置可以任(rèn)意選擇；可(ke)進行雙向(xiang)測量；所🤩有(you)可加壓力(li)🏒的介質都(dōu)能測量，如(ru)液态和氣(qì)态介質，特(tè)别是受污(wu)染有腐蝕(shí)性的介質(zhi)。  

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(zēng)大；除單直(zhi)管外💚，有些(xie)流量計彎(wān)頭較多，很(hěn)難清洗，而(ér)且自行排(pái)空能力差(chà)；測量管道(dào)的材料與(yǔ)被測介質(zhì)要注意它(ta)們的相容(róng)性；可測量(liang)zui大的流量(liàng)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(zhì)，嚴重😍時産(chǎn)生🔞較大的(de)測量誤差(chà)；有些流量(liàng)計的安裝(zhuāng)受到安裝(zhuāng)規♊程的限(xiàn)制；采用💘流(liú)量分配器(qi)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(chà)；測♈量高黏(nian)度介質要(yao)求附加激(jī)勵能量和(he)需要特殊(shū)的标定等(deng)。  

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

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

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

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

3.1 丙烯氣液(yè)兩相流量(liang)測量技術(shù)參考  

丙烯（ propylene）常溫下爲(wèi)無色、無臭(chòu)、稍帶有甜(tian)味的氣體(tǐ)。分子量 42.08，在标準(zhǔn)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(cún)中必須進(jin)行加壓處(chù)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(ér)在流量計(jì)的出口處(chu)産生氣穴(xue)和伴随而(er)來的氣蝕(shi)現象，引🈲起(qi)流量計示(shì)值偏高和(he)流量一次(ci)裝置受損(sǔn)。  

3.2 丙烯(xī)流量測量(liang)系統誤差(cha)的生成與(yǔ)處理  

在輸送過(guo)程中當溫(wēn)度将降低(di)或由于調(diào)節閥突然(ran)關❄️小導緻(zhi)👌管道内壓(ya)力增加時(shí)，丙烯會處(chu)于氣液兩(liang)💋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(liang)計🏒測量帶(dai)來誤差㊙️。誤(wù)差可以通(tōng)過密度補(bu)償來處理(li)。  

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

采用溫度(du)補償，所以(yi)按照臨界(jie)飽和狀态(tai)查表，得到(dào)🔞此時的丙(bǐng)烯氣體密(mi)度爲 ρs，液體密度(du)爲 ρL，顯(xian)然液體與(yǔ)氣體部分(fèn)的體積流(liu)量爲

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

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

因爲(wei)

所以(yi)

在該(gāi)例中， Rv=99.93%，由此可見(jiàn)，在氣液混(hùn)合中，液體(tǐ)部分占的(de)體積基本(běn)可以忽略(lue)不計。  

另外，爲了(le)避免丙烯(xī)流量測量(liang)時出現氣(qì)液兩相混(hun)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(yòng)更的儀表(biao)  

近年(nian)來，科氏力(lì)流量計的(de)制造技術(shù)獲得了快(kuai)速發展，例(li)如✂️ CMF100傳(chuan)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(liang)。應用上述(shù)配置的流(liú)量計測量(liang)🥰氣體質量(liàng)流量，度可(ke)達流量值(zhi)的 ±0.35%。并(bìng)且能直接(jiē)顯示質量(liàng)流量。  

3.2.2 合理選擇(ze)安裝位置(zhì)  

流量(liang)傳感器安(an)裝位置應(yīng)選擇在槽(cáo)的頂部出(chu)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(zhè)樣，丙☎️烯在(zài)輸送過程(cheng)中，可減少(shǎo)經輸送管(guǎn)道從大氣(qi)中吸收熱(re)量。同時，安(an)裝位🤟置應(yīng)盡量低些(xie)，這樣可提(ti)高過🐆冷深(shēn)度。  

3.2.3 将(jiang)調節閥安(ān)裝在流量(liang)計後邊  

丙烯中(zhong)間槽與丙(bǐng)烯分離器(qi)之間有較(jiao)大壓差，此(ci)壓差絕大(da)部分🤟降落(luo)在調節閥(fa)上。丙烯流(liu)過此閥時(shí)，壓力突然(rán)升高，一定(ding)數量的氣(qi)體液化，從(cóng)而出現氣(qì)液兩相流(liu)。爲了避免(miǎn)流過流量(liang)計的流體(tǐ)中存在兩(liang)相流，節流(liu)閥❗必須裝(zhuāng)在流量計(jì)下🤩遊。  

3.3 提高丙烯(xī)流量測量(liàng)度的方法(fa)  

大部(bu)分質量流(liú)量計制造(zào)商以 “量程誤差(cha)加零點不(bú)穩定度 ”的方式(shi)表達基本(ben)誤差，這是(shì)因爲這種(zhǒng)儀表零點(dian)穩定性較(jiao)差。這種表(biao)達方式初(chu)看上去度(du)很高，但計(ji)入零點不(bu)穩定度後(hòu)，度并不💚那(nà)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(líng)點不穩定(ding)度一般在(zai) ±（ 0.01~0.04） %FS之間(jiān)。當流量爲(wei)下限流量(liang)時，因零點(diǎn)不穩定性(xìng)引入的誤(wu)差是很可(kě)觀的，所以(yǐ)儀表選用(yòng)時，應将口(kǒu)徑選得盡(jin)可能🤟小一(yī)些，這樣可(ke)💜将零點不(bu)穩定度的(de)數值減小(xiǎo)，提高實際(ji)得到的🌐測(cè)量度💁。  

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