質(zhì)量流量計(jì)的應(yīng)用
在我國，生產(chǎn)過程中的物料平衡、生產(chǎn)管理中的經(jīng)濟(jì)核算以及貿(mào)易交接過程中的計(jì)量，大都是以“質(zhì)量”單位為基準(zhǔn)的。采用差壓式、容積式、速度式流量汁以及檢測(cè)容量的
方法如油罐的人工檢尺等測(cè)得的都是流體的體積量。隨著工況的變化，流體的一些特性參數(shù)如溫度、壓力、密度、粘度等都會(huì)發(fā)生變化，在工況變化大的場(chǎng)合，上述測(cè)量方法往往
達(dá)不到準(zhǔn)確測(cè)量流體質(zhì)量流量的目的。因此，發(fā)展直接式質(zhì)量流量計(jì)，對(duì)于交接計(jì)量和過程控制有著十分重要的意義。 ，
質(zhì)量流量計(jì)的應(yīng)用以科氏力式質(zhì)量流量計(jì)的應(yīng)用最為廣泛，它主要是以測(cè)液體介質(zhì)為主，也可用于中、高壓氣體介質(zhì)的測(cè)量。量熱式質(zhì)量流量計(jì)多用于單一成分或固定組分的
混合氣體的測(cè)量。沖量式質(zhì)量流量計(jì)則用于一些散狀固體物料流的測(cè)量。
科氏力式質(zhì)量流量計(jì)，由于具有測(cè)量準(zhǔn)確度高、量程比寬、適用介質(zhì)范圍廣、可靠性好等特點(diǎn)，已在各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域中得到很好的應(yīng)用。，例如：在化學(xué)工業(yè)中，它可測(cè)量酸、
堿、乙烯、丙烯、環(huán)氧乙烷、環(huán)氧丙烷、多元醇、催化劑漿液、乳液、各種聚合物、冷凍劑等多種介質(zhì)；在石油工業(yè)中可測(cè)量各種油（汽油、煤油、柴油、燃料油、渣油、原油等
）、液化石油氣、液化天然氣、潤滑油、液體瀝青；..在制藥行業(yè)中可測(cè)量酒精、發(fā)酵漿液、維生素、藥丸涂層等各種液體；在食品工業(yè)中可用來測(cè)量牛奶、蛋漿、巧克力、黃
油、啤酒、奶酪、果汁及面包生面漿等食品漿液；在造紙工業(yè)中可測(cè)量紙漿、涂料、過氧化氫、二氧化鈦等各種原料漿液。在這些應(yīng)用中，解決了許多過去難以解決的復(fù)雜介質(zhì)質(zhì)
量流量的測(cè)量問題，使流量測(cè)量技術(shù)得到了很大提高。下面就質(zhì)量流量計(jì)在各應(yīng)用領(lǐng)域里的具體使用情況作一些概略性的介紹。
在交接計(jì)量中的應(yīng)用
質(zhì)量流量計(jì)在交接計(jì)量中的應(yīng)用按其使用的場(chǎng)合可分為裝置間、廠際間及進(jìn)出廠貿(mào)易交接。按其所測(cè)的介質(zhì)可分為一般液體介質(zhì)、高粘度液體介質(zhì)、氣體、散狀固體物料及雙
相、雙組分等復(fù)雜介質(zhì)的測(cè)量。
一、一般液體介質(zhì)
所謂一般液體介質(zhì)是指那些粘度不是很高、溫度在常溫范圍內(nèi)、物理和化學(xué)性質(zhì)不很特殊的液體。如汽油、煤油、柴油、甲醇、乙二醇等。
目前，對(duì)一般液體介質(zhì)的測(cè)量多采用的是油罐的人工檢尺或容積式流量計(jì)，在實(shí)際操作中要將體積量折算成質(zhì)量，這不僅要考慮到儀表本身的準(zhǔn)確度，還需考慮溫度等參數(shù)的
影響以及操作過程中的偏差。使用科氏力式質(zhì)量流量計(jì)則避免了后者帶來的偏差。
作為一個(gè)應(yīng)用實(shí)例，表6-1給出了科氏力式質(zhì)量流量計(jì)計(jì)量70#汽油、90#汽油、柴油，與油罐的人工檢尺的比對(duì)結(jié)果；表6-2則記錄了科氏力式質(zhì)量流量計(jì)汁量石腦油，與橢圓
齒輪流量計(jì)的比對(duì)數(shù)據(jù)。
表6-1 科氏力式質(zhì)量流量計(jì)和油罐人工檢尺
’ 測(cè)量汽油、柴油的數(shù)據(jù)對(duì)比
 表6-2科氏力式質(zhì)量流量計(jì)和橢圓齒輪流量計(jì)
測(cè)量石腦油的數(shù)據(jù)對(duì)比
 從表6-1和表6-2中可以看出，科氏力式質(zhì)量流量計(jì)與油罐的人工檢尺或容積式流量計(jì)的計(jì)量結(jié)果相比，有一定的差異。實(shí)際上，因科氏力式質(zhì)量流量計(jì)的客觀性強(qiáng)于人工檢尺和容
積式流量計(jì)，故采用科氏力式質(zhì)量流量計(jì)計(jì)量的可信度較高，準(zhǔn)確度也較高。
二、高粘度液體介質(zhì)
高粘度液體介質(zhì)是指如原油、重油、渣油等具有較高粘度的液體。過去測(cè)量這類液體大多采用容積式流量計(jì)，也使用其他的一些流量計(jì)如靶式流量計(jì)等，但這些流量計(jì)直接測(cè)
出的是液體體積，不是質(zhì)量，而且測(cè)量結(jié)果受溫度、粘度等參數(shù)的影響很大。目前，在測(cè)量高粘度液體的流量時(shí)，有許多地方已采用科氏力式質(zhì)量流量計(jì)來取代上述流量計(jì)，并取
得了良好的應(yīng)用效果。
應(yīng)用實(shí)踐表明，科氏力式質(zhì)量流量計(jì)適合于在高粘度液體介質(zhì)條件下工作，且可靠性好，準(zhǔn)確度高。但在其使用中，也存在一些要注意的問題，如介質(zhì)粘度較高，容易在測(cè)量
管管壁上粘結(jié)，形成“掛壁”現(xiàn)象，從而對(duì)測(cè)量管的振動(dòng)頻率產(chǎn)生影響，降低測(cè)量準(zhǔn)確度。當(dāng)工藝條件為間歇送料時(shí)，這一問題更要予以注意。“掛壁”主要通過管線吹掃和良好
的伴熱保溫來消除。另外，從管線流程工藝的角度來考慮，介質(zhì)粘度較高，會(huì)在流量計(jì)處形成一個(gè)較大的壓力損失?？剖狭κ劫|(zhì)量流量計(jì)產(chǎn)生的壓降因設(shè)計(jì)和選型而異，但總體上
比其他流量計(jì)要略大，這是由于測(cè)量管徑一般比工藝管徑??；通過質(zhì)量流量計(jì)測(cè)量管的液體流速增加等原因。上述問題在液體粘度很高且質(zhì)量流量計(jì)安裝在一個(gè)低壓系統(tǒng)時(shí)需認(rèn)真
對(duì)待。當(dāng)液體粘度相當(dāng)高而接近非牛頓流體時(shí)，液體在管線中流動(dòng)時(shí)可能會(huì)具有難以預(yù)測(cè)的高粘度，（因?yàn)樗鶞y(cè)定的采樣液體的靜止粘度與流動(dòng)狀態(tài)下實(shí)際粘度不同）從而對(duì)工藝
造成不利的影響。這時(shí)，須將管線進(jìn)、出口壓力以及整個(gè)管線的各壓降因素綜合起來考慮。
三、氣體
一般情況下，直接測(cè)量氣體的質(zhì)量流量，可以采用量熱式質(zhì)量流量計(jì)。如本書第一章中曾指出的，各種量熱式質(zhì)量流量計(jì)對(duì)氣體質(zhì)量流量的測(cè)量都是以被測(cè)氣體的定壓比熱容
cp為恒定值作為設(shè)定條件的。
對(duì)于單一成分的氣體，由于氣體分子的組成不同而各有不同的定壓比熱容。從熱力學(xué)理論可知，理想氣體的定壓（摩爾）比熱容為：
式中R-(摩爾)氣體常數(shù)；R=8.31J/mol．K;
f——氣體分子的自由度。對(duì)于單原子氣體，/=3，對(duì)于
雙原子氣體，/=5，對(duì)于多原子氣體，/=6。
從式(6 -1)可以看出，理想氣體的定壓比熱容是一個(gè)只與分子的自由度有關(guān)的量，而與氣體的溫度、’壓力無關(guān)。
實(shí)際上，對(duì)單原子及雙原子的氣體來說，Cp的實(shí)驗(yàn)值與理論值相接近，三原子以上的氣體，cp的實(shí)驗(yàn)值與理論值差異很大。實(shí)驗(yàn)證明，各種氣體的定壓比熱容還與氣體的溫度
有一定的關(guān)系。當(dāng)被測(cè)氣體是混合氣體時(shí)，定壓比熱容的值將會(huì)隨組成比發(fā)生顯著的變化。一般而言，在實(shí)際測(cè)量過程中，被測(cè)氣體組成的變化是比較小的，這就為量熱式質(zhì)量流
量計(jì)的應(yīng)用提供了基本條件。
圖6 -1是托馬斯(Thomas)教授在實(shí)驗(yàn)室中所作的托馬斯流量計(jì)與文丘利管、皮托管等的測(cè)量結(jié)果的比較，圖中的文丘利管、皮托管對(duì)質(zhì)量流量的測(cè)量數(shù)據(jù)是通過間接計(jì)算所得
。從圖中可以看出，它們的測(cè)量結(jié)果是比較接近的。在實(shí)際應(yīng)用中要注意，由于托馬斯流量計(jì)的加熱絲和感溫元件是直接與被測(cè)介質(zhì)相接觸，因而不能用于易燃易爆和導(dǎo)電介質(zhì)。
量熱式質(zhì)量流量計(jì)的測(cè)量準(zhǔn)確度，一般是以滿量程百分比表示。以旁路管熱式流量計(jì)為例，其滿量程百分比準(zhǔn)確度一般為±1.5%，準(zhǔn)確度高的可達(dá)±1%，實(shí)際應(yīng)用時(shí)要注意，
在量程的偏下限，質(zhì)量流量測(cè)量的相對(duì)誤差是比較大的c
.....圖6一l 托馬斯流量計(jì)、文丘利管和皮托管測(cè)《量流量結(jié)果比較
關(guān)于科氏力式質(zhì)量流量計(jì)在測(cè)量氣體質(zhì)量流量方面的應(yīng)用，IS0 10790中稱它可以用于在一定限制條件下的氣體的測(cè)量，而在()IML國際建議中則僅討論了它對(duì)液體的測(cè)量。實(shí)
際上，在目前的使用中，科氏力式質(zhì)量流量計(jì)除主要用于液體質(zhì)量流量的測(cè)量外，在中、高壓氣體質(zhì)量流量的測(cè)量方面也得到一些應(yīng)用。
對(duì)科氏力式質(zhì)量流量汁而言，流體在流經(jīng)測(cè)量管時(shí)，流體流動(dòng)產(chǎn)生的科氏力作用在測(cè)量管管壁上，但對(duì)介質(zhì)為低壓狀態(tài)的氣體來說，一方面，因氣體密度很小，氣體流動(dòng)產(chǎn)生
的科氏力很小，而且這個(gè)力還會(huì)引起氣體的壓縮，以致只有很小的信號(hào)傳遞到管壁上。這就要求用足夠高的速度來產(chǎn)生一個(gè)足夠強(qiáng)的信號(hào)，以利于測(cè)量．，但對(duì)于高速流體來說，
因信噪比的降低，會(huì)產(chǎn)生附加誤差。對(duì)處于中、高壓狀態(tài)的氣體，由于氣體密度較大，所產(chǎn)生的科氏力也相應(yīng)較大，在這種介質(zhì)條件下，可以考慮選擇科氏力式質(zhì)量流量計(jì)來進(jìn)行
測(cè)量．但要注意流量計(jì)的耐壓性。
下面介紹的是科氏力式質(zhì)量流量計(jì)在乙烯汁量方面的一個(gè)應(yīng)用實(shí)例。
某廠原采用差壓式流量汁來汁量乙烯，上、下游交接計(jì)量的差異，一般在4%～5%之間。為減小交接計(jì)量偏差，在乙烯管線上、下游供、收雙方，分別改為安裝科氏力式質(zhì)量流
量計(jì)進(jìn)行計(jì)量。當(dāng)投運(yùn)科氏力式質(zhì)量流量計(jì)之后，上、下游交接計(jì)量的差異大為減小。表6-3和表6-4分別記錄了高壓乙烯和低壓乙烯供、收雙方的測(cè)量數(shù)據(jù)比對(duì)。由表中可以看出
，投運(yùn)科氏力式質(zhì)量流量計(jì)對(duì)解決計(jì)量糾紛起到了很好的作用。但上、下游兩臺(tái)質(zhì)量流量計(jì)的差異小尚不能說明流量計(jì)達(dá)到了其標(biāo)稱的準(zhǔn)確度。目前科氏力式質(zhì)量流量計(jì)的標(biāo)定都
是以水或油為介質(zhì)來進(jìn)行的，而氣體和液體的物理性質(zhì)不同，尤其是密度、粘度相差很大，盡管由科氏力式質(zhì)量流量計(jì)的測(cè)量原理可近似地認(rèn)為，質(zhì)量流量計(jì)不受流體密度和粘度
的影響，然而若流體密度和粘度變化范圍很寬，流量計(jì)的實(shí)際性能將受到影響?？剖狭κ劫|(zhì)量流量計(jì)在測(cè)量氣體時(shí)能否保持以水或油標(biāo)定的儀表準(zhǔn)確度尚待進(jìn)一步探討。由于流體
密度和粘度可能對(duì)儀表性能有附加影響，在IS0 10790中，建議檢定時(shí)試驗(yàn)流體的特性盡可能模擬實(shí)際使用的介質(zhì)的特性。表6-3科氏力式質(zhì)量流量計(jì)測(cè)量高壓乙烯供、收雙方數(shù)據(jù)
對(duì)比
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