科里奥利质量流量计的基本原理

科里奥利质量流量计广泛应用于精细化工生产中。作为三大高精度流量计之一，其独特的优势正逐渐显现。简要介绍了科里奥利质量流量计的技术原理和特点，并结合实例探讨了其在精细化工生产中的应用。

1基本原则和主要特点

科里奥利力质量流量计的基本原理是:在测量管的谐振频率或接近谐振频率(或其高次谐波频率)的中点激励一根两端固定的薄壁测量管。此时管内流动的流体产生科里奥利力，使测量管在中点前后向相反方向弯曲，偏转的大小与流体的质量流量成正比。因此，通过光学或电磁方法检测测量管的偏转，可以获得测量管中流体的质量流量。

科里奥利力质量流量计的主要特点是:①直接测量质量流量，测量精度高；②测量值不受流体特性(密度、粘度)的影响；③可测量各种非牛顿流体和含有颗粒的浆液；④可测量温度、密度等多种参数。

2在精细化工生产中的应用探讨

我们将结合工程实例讨论科里奥利质量流量计在精细化工生产中的应用。

2.1光气生产中的应用

某化工有限公司的主要产品是氨基甲酸酯类农药。在这类农药的生产中，光气的生产是一个极其重要的环节。光气的浓度和稳定性在氨基甲酸酯的合成中起着重要的作用。光气的生产过程是:液氯经汽化器变成气态氯，氯气和一氧化碳气体按比例进入混合器，混合气体在催化剂的作用下通过一级反应器和二级反应器，生成光气。在这个过程中，如何控制氯气和一氧化碳气体按一定比例进入混合器，是提高光气生产质量的重中之重。为了解决这一问题，某化工有限公司下属的一家农药公司在2007年5月进行DCS改造时，在该工段采用了比例控制，其原理结构如图1所示。

图1混合气体压力自动调节和Cl2-CO比例控制系统图

这里，氯气的流量用于控制一氧化碳的流量。首先利用混合器上的压力变化PI-201来控制氯气管道上的调节阀PV-201来调节氯气的流量，保证混合器的压力正常；然后，在比率表中输入适当的比率。比率表会根据氯气流量计FI-201和一氧化碳流量计FI-202的流量值自动调节控制阀FV-202的开度，使氯气和一氧化碳按设定的比率流量进入混合器。

上述调整方案原则上是正确的，但装置启动后，根据笔者的观察和现场技术人员的反馈，实际情况并不理想。在上比例控制之前，光气含量约为62%(取决于现场工作人员控制的玻璃转子流量计的手动控制阀)。比例控制后光气含量在60%-75%之间波动，光气浓度很不稳定，给后续酰氯合成工艺带来很大麻烦。所以在使用了三个多月后，这个比例控制系统就被放弃了，操作人员又变回了以前的手动操作。

笔者认为造成上述情况的原因在于流量计的选择。本装置采用北京费希尔波特仪器公司生产的VT5000涡街流量计，具有温压补偿、读数稳定、精度高、运行可靠的特点。但现场氯气和一氧化碳气体压力太低。正常情况下，氯气和一氧化碳的压力约为1.5 ~ 2公斤。氯来自钢瓶里的液氯汽化。钢瓶内的液氯快用完时，压力会明显下降，有时低至0.5 ~ 0.7公斤。由于气体技术的原因，气体压力会时有波动，有时会降到1.0kg左右，在这么低的压力下测量气体，即使有温度和压力补偿，涡街流量计也是无能为力的。在现场，我们用1/10000的高精度电子秤测量氯气钢瓶的汽化量，与氯气流量计的累计流量对比，发现误差高达30%。

可见，低压气体的精确计量是一个技术难点，使用容积式流量计显然不合适，只能考虑使用质量流量计。质量流量计有两种:热式质量流量计和科里奥利力式质量流量计。热式质量流量计原理上适用于测量低压气体，但精度不高，厂家保证其误差值在5%-8%之间。专业对流量计的要求是精度在1.0左右，否则光气含量很难有大的提高。所以笔者打算用科里奥利质量流量计:这种流量计前期只能用来测量液体和高压气体，仪器本身的压力损失较大。但是随着技术的发展，一些高端品牌已经具备了测量低压气体的能力。经过筛选，笔者选择了MicroMotion公司的CMF系列科里奥利力质量流量计，该流量计采用了MVD(多变量数字技术)、独特的大弯头结构等旨在提高信噪比的技术，能够胜任低压气体的测量。在本例工况下，计算表明，高准公司生产的CMF质量流量计具有0.15kg的较大压力损失，测量数据的重复性为97%，完全满足我们的使用要求。购买安装在管道上试运行后，笔者用高精度电子秤检查，实际使用误差为0.8%，完全满足工艺专业提出的精度要求。重新启用DCS的比例控制回路，系统运行稳定，光气含量一直保持在84%左右，彻底解决了光气生产中的瓶颈问题，大大降低了操作人员的劳动强度和物耗。

2.2在线密度计在生产过程中的应用

综上所述，由于科氏质量流量计的测量管以一定的频率连续振动，当一定密度的流体流过测量管时，测量管的振动频率也会发生相应的变化。该频率是流体密度的函数，并且与流体密度具有唯一的对应关系。流体密度可以通过测量流过测量管的流体的频率来获得。因此，科里奥利质量流量计可以同时测量流体的质量流量和密度。根据这一特性，它可以用作在线密度计。与其他在线密度计相比，如音叉密度计、差压密度计、超声波密度计等。它具有测量精度高、运行稳定、压力损失小等优点。下面的例子将介绍它作为在线密度计在精细化工生产中的应用。

2011年7月，某农药公司完成甲基硫菌灵(简称甲乙酮)技术改造项目。在本项目中，一个工艺步骤是将溶剂购买的乙酸乙酯从溶剂储罐中泵入乙酸甲酯合成釜。管道上装有流量计，达到累计流量后DCS联锁停泵。由于购买的乙酸乙酯不可避免地含有水，而水对乙酸甲酯合成的质量有很大的负面影响，如何避免水进入乙酸甲酯合成釜成为关键问题。乙酸乙酯相对于水的密度是0.902，所以乙酸乙酯和水在溶剂罐中是分层的。由于是技改项目，溶剂储罐老旧，没有额外的设备端口安装接口仪表，所以在自动控制设计中，作者采用了科里奥利质量流量计作为在线密度计，同时显示溶剂的质量流量和密度，其原理如图2所示。

图2溶剂储罐自动控制设计

质量流量计FIQS203与溶剂输送泵P208、开关阀KV201和KV202联锁。当密度计检测到管道中的流体为溶剂(相对密度≤0.91)时，DCS打开阀门KV201，阀门KV202保持关闭。同时，流量累积联锁投入运行，溶剂输送至急救合成釜。在累积的质量流量达到后，泵P208被互锁并停止。当密度计检测到管线中的流体为水(相对密度>:0.91)时，DCS关闭阀KV201，打开阀KV202，同时解除流量累积联锁，水沿KV202阀管线流向废液罐V209，直到流量计检测到液体流量为零，联锁停泵P208。

这里由于被测介质是常温液体，所以在工艺专业中对流量计的精度要求不是太高(0.5级)。出于价格成本的考虑，笔者选择了国产品牌科里奥利质量流量计。经过几年的发展，国产品牌质量流量计取得了长足的进步。目前，一些大型石化企业，如九江石化公司、武汉石化公司、乌鲁木齐石化公司等，大多在其装置中使用国产品牌质量流量计进行过程控制和测量。但目前国产品牌质量流量计与进口品牌仍有一定的技术差距，主要体现在以下几点:测量管加工精度低；部件选材不良；传感器的年漂移大；变送器配置性能不足等。作者认为，在贸易交接或配比控制等要求精度高、稳定性好的场合，必须使用进口质量流量计。但在一般过程控制场合和对精度要求不太高的测量场合，一些优秀的国产品牌，如东风机电、太行仪表、北京首科等厂家生产的西安科里奥利力质量流量计完全可以满足使用要求。在此，笔者选择北京一分公司生产的DMF系列质量流量计，使用一年多，运行稳定，安全可靠，价格仅为进口品牌的一半。

结论3

随着技术的不断发展和厂商的增加，市场竞争激烈。科里奥利质量流量计的性能在不断提高，应用范围在不断扩大，但价格在不断降低。作为工程设计人员，应结合科里奥利质量流量计的技术特点和项目的实际需要，通过流量计生产厂家的合作，合理选择仪器设备，不断完善设计方案，使科里奥利质量流量计在精细化工生产中发挥更大、更积极的作用。

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