摘 要： 科里奧利質量流量計是一種振動管式流量計，可直接測量流體的質量流量，這就克服了差壓式流量計在裂解爐進料控制中的不足，本文通過對科里奧力質量流量計的結構和原理及典型故障的分析和處理的介紹，闡述了該種類型流量計的優點，其在各個領域的應用也將更為廣泛。

關鍵詞： 科里奧利；APC；質量流量

 引言

質量流量計可直接測量流體的質量流量，測量結果受介質密度、溫度、壓力、流速分布等特性的影響較小，具有測量精度高、穩定性好、使用方便、維護量小、通訊功能強、可實現多參數測量等特點，目前已被廣泛應用于生產過程控

制等領域中。本公司對裂解爐進行*過程控制（APC）的技術改造時，將裂解爐進料控制系統中的差壓變送器全部更換為高準（Micro Motion）的科里奧利質量流量計。

1  質量流量計的原理及構成

1.1 質量流量計的原理

科里奧利質量流量計質量測量的原理是牛頓第二定律F=Ma。當流體在振動管中流動時，將產生與質量流量成正比的科里奧利力 [1]。當沒有流體流過時，振動管不產生扭曲，振動管兩側電磁信號檢測器檢測到的信號是同相位的；當有流體經過時，振動管在力矩作用下產生扭曲，兩檢測器間將存在相位差。變送器測量左右檢測信號之間的滯后時間，這個時間差乘上流量標定系數就可確定質量流量。科里奧利質量流量計的密度測量原理是振動頻率與流體密度的平方根成反比，通過測量振動頻率確定流體密度。所以質量流量計即可實現對流體質量流量的測量，又可實現對流體密度的測量。

1.2 質量流量計的構成

科里奧利質量流量計由傳感器和變送器組成，變送器用于信號處理，兩者之間通過的 9 芯電纜連接。如圖1 所示。

                                       
傳感器的結構有直管、U 形管、Ω 型等多種形式 [2]。裂解爐進料控制選用的是 U 形管式傳感器。U 形管的兩個開口端與管道連接，流體由一個端口流入，另一端口流出。在 U 形管頂部裝有用于激發 U 形管振動的電磁裝置，激發U 形管以中心為軸按固有的自振頻率振動，自振方向垂直于 U 形管所在平面；流體流入 U 形管后，在沿管道流動時又隨管道作垂直運動。此外，流體在流經 U 形管時，將產生一個科里奧利加速度，并以科里奧利力的形式反作用于U 形管。流體在 U 形管入口、出口兩側的流動方向相反，形成一個作用力矩，致使 U 形管發生扭曲，該扭角的大小與通過 U 形管的流體質量流量相關，通過電磁檢測器將測量管的扭曲變成電信號，送入變送器作進一步處理。U 形管的振動如圖 2 所示。

變送器是一種帶微處理器的智能流量儀表，它把傳感器送來的低電平信號轉換處理后，輸出兩路與流量和密度成正比例的 4 ～ 20mA 標準信號。如圖 3 所示，17、18 端子接一級毫安輸出信號，19、20 端子接二級毫安輸出信號，可以分別表示質量流量、體積流量、質量累積量、體積累計量、介質密度、介質溫度等。

2    質量流量計在原料控制中的應用

2.1 質量流量計的安裝

1) 質量流量計是基于振動的原理工作的，而在其工作的過程中又運用了電磁技術進行振動的激勵、扭角的檢測以及檢測信號的處理，因此質量流量計安裝的位置不能有大的振動源，也不能安裝在變壓器、電動機等產生強磁場的設備附近，以防止外界干擾影響其正常工作。

2) 質量流量計的安裝無直管段要求，但傳感器和管道連接時應避免應力存在。如果質量流量計安裝過程中，傳感器與管道中心線的同心度存在偏差，將導致振動管產生應力，該應力會形成壓力、拉力、或剪切力影響管道的對準，引起檢測探頭的不對稱性，導致零點變動，影響測量精度 [3,4]。若管道與傳感器同心度偏差過大，則有可能無法調整零點。因此應采取加固措施穩定儀表附近的管道。在流量傳感器安裝時應盡量采取軟連接的方式，法蘭連接螺絲要均勻對稱緊固。為減小殘存應力的影響，流量傳感器在安裝好后還要進行零點校準。為方便質量流量計的安裝及調零，質量流量計的前端和后端還要安裝截止閥。
3) 傳感器和變送器的連接電纜應使用廠家的電纜；變送器接收的是低電平信號，所以電纜不應太長。變送器安裝時確保用于將本質安全的傳感器電纜與電源和輸出電纜分開的隔板安裝到位；要確保傳感器接線盒和變送器外殼密封好，以免短路而導致測量誤差或者流量計故障。
4) 根據流體不同性質選擇不同的傳感器安裝朝向，要始終保持傳感器流量管里流體處于充滿狀態。氣體進料測量的質量流量計 U 形管朝上，以免測量管內積聚冷凝液；液體進料測量質量流量計 U 形管朝下，以免測量管內積聚
氣體，如圖 4 所示。

2.2 質量流量計與差壓變送器的比較

2.2.1 質量流量計的優點

1) 質量流量計直接測得流體的質量流量，其變送器轉換的電流信號無需開方。
2) 使用壽命長，維護率低。質量流量計的測量主體為一根 U 形管，U 形管兩開口端固定，流體由此流入流出，管道內無障礙物，無可動部件，故障因素少，安裝維護方便。
3) 多功能。質量流量計可同時測得流量、密度、溫度等多個現場變量 , 變送器有兩路可以單獨組態的輸出信號，可用于顯示流量、密度、溫度等測量值，一臺質量流量計可替代多臺測量儀表。
4) 精度高。對于液體大都能夠達到 ±0.1±( 零點的穩定性 / 實際流量 )×100%，氣體能達到 ±0.5±( 零點的穩定性 / 實際流量 )×100%。裂解爐進料控制中使用的質量流量計的零點穩定性分別是 CMF200M418NU 型為 2.18KG/H，CMF200M419NU 型 為 2.18KG/H 和 CMF300M426NU 型 為6.80KG/H。
5) 質量流量計的阻尼時間可調。

6) 質量流量計具有很強的回路自診斷功能，方便故障查找。
2.2.2 使用差壓變送器存在的不足
裂解爐進料控制原來使用的差壓變送器雖然也較為*，精度較高，但仍存在的下以問題：
1) 由于裂解原料黏度大、雜質多，容易造成導壓管堵塞，致使測量值不準，需要經常排放，增加了維護的工作量，而且在儀表排放時短時間內沒有測量數據，不能滿足*控制的要求。
2) 裂解爐設有單組進料流量低聯鎖，每組進料有兩臺差壓變送器 A 和 B，A 表信號進 DCS 進行控制，B 表信號進 ESD 參與聯鎖，無法保證兩表信號一致，如果聯鎖儀表測量值有誤且未被及時發現，將會造成聯鎖停車。
3) 差壓變送器隨壓力、溫度、密度等參數的變化而變化，當實際工況與設計工況不同時，儀表就要產生附加誤差。在測量液體進料時，測量值在經過密度補償后才能得到流量值；測量氣體進料時，測量值在經過溫度和壓力補償后才能得到流量值。因此可能造成計算出來的流量值與實際的流量值有較大的偏差，原料總管的流量與單組進料流量之和也有較大的偏差。從表 1 數據對比可以看出 , 質量流量計克服了差壓變送器在裂解爐進料控制中的不足，控制質量更加，測量、控制的連續性也滿足了*控制的需求。

3  故障分析及處理

質量流量計本身有很強的故障自診斷功能，用 HART手操器進行故障自診斷，再結合萬用表測量電阻或電壓查找故障原因，是快速處理故障的有效方法。由于 HART 設備連接到回路中會造成變送器 4 ～ 20mA 輸出的改變，因而在將HART 接入控制回路之前，應先將回路打到手動模式。值得注意的是接線問題在自檢時會被診斷為傳感器故障，所以在進行故障處理時首先應排除接線問題 , 包括端子虛接和端子氧化等現象。

3.1 零點漂移

零點漂移是質量流量計使用過程中經常遇到的問題。零點漂移對流量測量結果影響也很大，尤其是在測量較小流量時零點漂移對測量結果準確度的影響更嚴重。造成零點漂移的因素很多，比如傳感器選型不合適、安裝時存在應力、被測流體的物理特性參數變化等。在實際應用中通過在操作溫度下對質量流量計進行現場調零，使工藝溫度對測量結果的影響降到zui低。調零使流量計能夠響應零流量，并且為流量測量設置了一個基線。零點調整的方法有兩種，現場調零和使用手操器進行調零。通常使用手操器進行調零，方便快捷。調零之前應保證傳感器滿管，且流過傳感器的流體在流量計調零過程中*不流動，否則會導致零點設置不正確，影響測量的準確性。調零過程中變送器診斷 LED 保持點亮狀態，流量計不斷對密度進行檢測，調零時間大約為 20s ～ 90s。調零結束后，LED 1s 閃亮一次，指示正常運行狀態。若在變送器調零過程中流體流動，或傳感器不滿管，或傳感器安裝不當等原因都會導致調零失敗，如果調零失敗，LED 會 1s 閃爍4 次，此時需要重新調零。

3.2 檢測線圈故障

裂解爐第三組進料質量流量計曾因左側檢測線圈故障造成裂解爐進料流量低聯鎖停車。進料介質為液態的加氫尾油。從 DCS 趨勢上看，第三組進料流量測量值從正常值6900KG/H 左右突然降為 0。用 HART 手操器與現場表進行通訊，有“Sensor Error”的故障提示。斷開變送器電源后，在現場從變送器電子模塊上拔下接線盒，用萬用表測量變送器接線端處導線對之間的電阻，若阻值超出表2 列出的范圍，則相應電路故障。

通過現場對質量流量計變送器各對導線阻值測量后，發現綠色到白色之間的阻值無窮大，重新對傳感器的各對導線阻值測量后，結果與對變送器的測量結果相同，斷定為質量流量計左檢測線圈故障，造成指示回零，zui終導致聯鎖停車。

3.3 RTD 電阻故障

由于溫度影響了流量管的剛性，科里奧利力所產生的扭曲總量也將受到溫度的影響，為此變送器檢測安裝在傳感器內的熱電阻（RTD）的輸出，不斷地調節所測到的流量。裂解爐每次停車需用稀釋蒸汽對爐管進行吹掃時，由于蒸

汽溫度和壓力較高，時間一長就會使 RTD 電阻損壞。

從 DCS 中看故障現象為儀表指示開路。用 HART 檢測，有 Temperature overrange 故障提示，查看溫度實時值，通常為 -400℃左右。現場檢查時首先斷開變送器電源，從變送器電子模塊上拔下接線盒，用萬用表測量變送器接線端處3、7（橙色到紫色）和 4、7（黃色到紫色）導線對的電阻，正常時電阻范圍為 100Ω（0℃時）+0.38675Ω（每℃），RTD 故障時電阻值將超出此范圍。對于這一故障；若質量流量計來不及下線處理，則可通過在線設置溫度校正系數來快速解決。

4  結束語

質量流量計技術*，性能穩定，安裝維護方便，雖然價格相對較高，但后續幾乎無需維修費用、準確度高、長周期穩定可靠運行的特點將給企業帶來長遠的利益，在各個領域的應用也將更為廣泛。

作者簡介

齊曉霞（1979- ），女，北京人，本科，工程師，中國石化北京燕山分公司儀表檢維修主管，從事儀器儀表及工業自動化研究。

參考文獻

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[2] 胡建男.質量流量計在潤滑油自動調和系統中的應用[J].石油商技,2008(8).

[3] 李彥林,梁新連.影響質量流量計準確度的因素及解決辦法[J].計量技術,2004(8).

[4] 梁寶國.科里奧利力質量流量計在石化企業的應用[J].中國科技信息,2011(20).