质量流量计

第六节质量流量计

兰成渝输油管道计量系统主要采用质量流量计计量，是我国首次在长距离大口径输油管道上作为贸易交接仪表使用，向沿线各油品销售分公司输送90#汽油、93#汽油、0#柴油等油品。

兰成渝输油管道采用的质量流量计是美国爱默生过程控制有限公司MicroMotoin 工厂生产的。质量流量计近些年来发展较快，特别是以科里奥利质量流量计（Coriolis Mass FlowMeters）为代表的质量流量直接式测量方法，正在获得越来越广泛的应用。

兰州首站设置6路质量流量计，其中4台用于兰州炼油厂来油计量（1台用于计量柴油，1台用于计量90#汽油，1台用于计量93#汽油，1台用于计量柴油流量计的备用流量计，90#与93#两台流量计互为备用）。

2台用于西固油库来油计量（1台用于计量西固柴油，1台用于计量西固90#汽油）。

临洮—重庆14个站，设置40台质量流量计。

成都和重庆分别设置8台质量流量计，其它各站分别设置2台质量流量计。

设两套美国产移动式Brooks小型标准体积管配在线密度计检定质量流量计，标准容积分别为250升和120升。

在兰州、成都和重庆分别设三套美国Smith公司生产的常规体积管配在线密度计检定质量流量计，标准容积为3000升。

每台质量流量计配有一台流量计算机，用于显示质量流量计的累计量、瞬时流量、密度、流量计的出口压力和温度等，同时传送到站控系统。

1 质量流量计概述

我们知道：流体的体积是流体温度和压力的函数，它是一个因变量。而流体的质量是一个不随时间、空间温度、压力变化而变化的量。

如上所述：常用的流量计中，如孔板流量计、涡轮流量计、涡街流量计、电磁流量计、转子流量计、超声波流量计、椭圆齿轮流量计和刮板流量计等的流量测量值是流体的体积流量。而在科学研究、生产过程控制、质量管理、经济核算和贸易交接等活动中所涉及的流体量一般多为质量量。采用上述流量计仅仅测量流体的体积流量往往不能满足人们的要求，通常还要设法获得流体的质量流量。

以往通常的做法是在测量流体的温度、压力、密度和体积等参数后，通过修正、换算和补偿等方法间接地得到流体的质量。这种测量方法，中间环节多，质量流量测量的准确度难以得到保证和提高。随着科学技术的发展，相继出现了一些直接测量质量流量计的计量方法和装置，从而推动了流量测量技术的进步。

目前，质量流量测量方法可以分为二大类。一是，质量流量间接式测量方法，即同时测量流体的体积流量和密度值，由运算器计算得到流体质量，或是同时测量流体的体积流量和温度、压力值，利用流体密度与温度、压力之间的关系，计算出流体质量。二是，质量流量直接式测量方法，流体测量直接反映质量流量值，与流体的温度、压力和密度等参数的变化无关。

质量流量计的结构形式和工作原理

质量流量计的结构形式有S 型测量管质量流量计；单、双直管型质量流量计；双J 型管质量流量计；Ω型测量管质量流量计和U 型测量管质量流量计等多种形式。

质量流量计的结构形式较多，无论哪种结构形式，最终都是测量质量流量和密度，兰成渝输油管道采用的是双U 型管质量流量计测量质量流量和密度。

如图1-4所示。

图：1-4 双U 型管质量流量计结构

传感器是由振动管、振动驱动器、信号检测线器、前置放大器、支撑结构和壳体组成。

振动管即测量管，是被测流体流经的管路。测量管由两根平行放置的U 型流体进口

流体出口 左检测线圈 右检测线圈

振动驱动器

测量管 支撑架

管构成。被牢固地焊接到管线的连接管上。连接管上下游分别有与工艺管线接口的法兰，中部有电缆接线盒。流体通过专门的分流弯头分别进入这两根管，分流弯头的作用是使流入两根测量管的流量相等。两根测量管形状相同、振荡的固有频率相同，但相位相差180。,从而由于流体产生的科氏力所引起的扭转力矩大小相等、方向相反，使整个测量管系统处于受力平衡状态。一般测量管的材质为超低碳不锈钢、哈氏合金钢等。根据测量介质不同采用适当的材质。

振动驱动器：是驱动振动管振动的装置。它和信号检测器、放大处理电路构成一套正反馈自激振荡系统。电磁驱动器的永久磁铁安装在双测量管的其中一根上，而线圈则安装在另一根上。电磁驱动器使测量管像音叉似地振动，频率约为140Hz,振幅接近0.8～1mm。

信号检测器：是用来检测和监控科里奥利效应的测量传感器。通常有光电式检测器和电磁式检测器两种。信号检测器分别安装在测量管进、出口两侧，其组成类似于电磁驱动器，由分别位于两根测量管上的线圈和磁铁组成，但他们是无源的，只向变送器发送正弦波信号；支承架所处的位置是测量管振动应力最大的地方，支承架处管子应力的大小与管子振动的形变成正比。对某种特定的材质来说，如果将其振幅限制在一定的范围之内，测量管振动的应力不超过其极限值，就能保证测量管正常的振动。

前置放大器：是为振动驱动器提供振动放大信号的器件，用于驱动振动管振荡。

温度补偿器RTD：RTD是用来测量管温度的铂电阻，它安装在传感器进口侧的测量管外壁上，虽然测得的温度与介质实际温度有所差异，但比较接近。温度信号主要是用于对质量流量和密度测量中由测量管材质的弹性模量随温度变化所引起的温度结构误差进行补偿和修正，以提高测量准确度。

支撑结构：即振动管的支撑件，常用不修钢材料铸造而成，它把振动管和安装法兰连接成一个整体。

壳体：是对振动管、信号检测器和振动驱动装置进行保护的部件。传感器的其它部分用不锈钢壳体牢固地密封起来，内部充以氮气。一则可保护内部元器件；二则可防止外部气体进入在测量管外壁冷凝结霜而降低测量准确度。通常情况下，流量传感器均采用单壳体保护。

流量变送器：是以微处理器为核心的电子系统。它用来向传感器提供驱动力，并将传感器的信号转换为质量流量信号和其它一些有意义的参数信号，同时具有根据压力、温度参数对质量流量和密度测量进行补偿和修正的功能。

2 质量流量计的特点和技术指标

2.1 质量流量计的特点

1、双U 型弯管316不锈钢质量流量计，量程比范围宽；

2、精度高，压降小，灵敏性好。

3、防腐，耐压，耐高温，无可动部件。

4、直接测量质量流量，无需温度、压力补偿；

5、安装方便、没有直管段要求。

2.2 质量流量计的技术指标

1、流量范围：测量范围的最高值和最低值分别称为测量范围的上限值和下限值。

CMF300： 额定范围：0～136080kg/h ， 最大流量范围：0～272160kg/h CMF400： 额定范围：0～409000kg/h ， 最大流量范围：0～545500kg/h

2、零点不稳定性

零点不稳定度俗称零点漂移，在许多产品说明书中，亦称作“零点稳定性”。零点不稳定性表达了仪表测量真实零流量的能力。即当流量为零时，流量计无规则输出信号的幅度。零点不稳定度以质量流量工程单位kg/min 或 kg/h 表示，是科氏力质量流量计的重要技术指标之一。

3、准确度

准确度是衡量仪表测量误差大小的一个指标，它表示与测量结果真值的一致程度。一般常用测量结果中的系统误差与随机误差的综合来表示。

表述科氏力质量流量计的准确度一般用相对误差和带零点不稳定度的流量百分比准确度来表示。

带零点不稳定度的流量百分比准确度：

各流量点的测量误差用流量百分比加零点不稳定度来表示。

质量流量计说明书中给出的准确度为：

准确度＝±（0.1%＋流量

零点稳定性×100%）