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把握大勢 · 以科技強企業摘要：針對化學藥劑系統的特點，從各個方面綜合比較各種流量計的優缺點，進行篩選北較，研究完成了用于小流量、高粘度、高壓力藥劑測量用的流量計選型解決方象，為日后的相關設計工作提供了指導。
關鍵詞：小流量；高粘度；高壓力；化學藥劑；質量流量計
在海洋平臺的各種流量計的選型設計中，由于化學藥劑系統中的特殊工況（介質流量范圍小、粘度高，管道尺寸小），使得對流量儀表的選型有些局限性。而近年來，隨著高壓氣田項目的增多，高壓力的化學藥劑注入，給流量計的選型帶來了更大的挑戰。在我國南海某高壓氣田項目中，設計人員針對化學藥劑系統的特點，從各個方面綜合比較各種流量計的優缺點，進行篩選比較，研究完成了用于小流量、高粘度、高壓力藥劑測量的流量計解決方案，為類似的相關設計提供了指導。
1流量計選型中存在的問題
在海洋平臺的各種流量計量設計過程中，化學藥劑中的油性藥劑通常以其小流量、高粘度的計量要求給設計者帶來選型上的困難。例如某高壓氣田項目設計過程中，化學藥劑在AMB~43℃的操作溫度下，粘度高達300cP，流量只有0.4~2.2L/h，壓力卻達到了13500kPaG
對于項目的工況，要求流量計能夠滿足小流量、高壓力、高粘度介質的測量，并且測量需要有較高的精度，不僅如此，管道尺寸小于1”，材質要求較高。海洋平臺上常規應用的金屬轉子流量計無法測量如此高粘度的化學藥劑，并且流量范圍要求超出了金屬轉子流量計的測量范圍，也無法滿足計量精度的要求。
2流量計選型方案分析
為了解決化學藥劑系統流量計選型的困難，此次綜合比較了各個廠家的科氏質量流量計、容積流量計、轉子流量計的優缺點，針對各種化學藥劑注入的工況，確定了化學藥劑系統流量計選型的解決方案。為以后項目的設計和選型提供參考，很好的解決了化學藥劑系統流量計選型的難題。
從表1中可以看出：金屬轉子流量計適用于較小流量，低粘度、高壓力藥劑的測量。
表1流量計參數對比
|
主要參數 |
金屬轉子流量計 |
小流量容積流量計 |
科氏質量流量計 |
|
尺寸范圍 |
1/2"~1" |
1/8”~1" |
1/8”~1" |
|
壓力等級 |
最高可到2 |
最高可到1500” |
最高可到2 |
|
粘度范圍 |
≤70cp |
最大1000cp |
測量不受粘度影響 |
|
測量范圍 |
最小1.5L/h |
最小1.5L/h |
最小0.2L/h |
|
精度 |
±1%~±2% |
±0.1%~±0.5% |
±0.15% |
|
重復性 |
最高±0.1% |
最高±0.03% |
最高±0.05% |
最小1，孔/6最小最小0.2L/h精度
科氏質量流量計和小流量容積流量計都能夠滿足要求小流量、高粘度、高壓力的測量要求，并且兩種流量計都具有較高的測量精度。從對比可知，質量流量計可測量更低的流量，而小容積式流量計可以適用更高的壓力等級。
從操作維修的角度來說，質量流量計測量元件結構簡單，維護量少，而容積式流量計可動部件較多，維修工作量較大。
在同等的工況條件下，微小管徑質量流量計比小容積式流量計具有更好的經濟性。
3科式質量流量計原理及特點
科式質量流量計是基于科里奧利力的原理設計的。質量流量計是根據牛頓第二定律：質量×加速度（F=ma）=力，當質量為m的質點以速度V在對P軸作角速度ω旋轉的管道內移動時，質點感受2個不同方向的加速度和力。
（1）向心加速度αr，即為法向加速度，αr=ωr，其方向朝向P軸：
（2）切向角速度αt，也就是科里奧利加速度，αt=2ωV，科里奧利加速度αt方向與法向加速度αr方向垂直。由于復合運動，在質點的αt方向上作用著科里奧利力 Fc=2ωVm，而管道對質點作用著一個反向力-Fc=-2ωVm。
以恒定速度V通過旋轉的管道中的密度為ρ的流體，任何一段長度△L的管道都將受到一個為△Fc的切向科里奧利力，即為：
△Fc=2ωVA△L （1）
式中：A一管道內部的流通截面積。
由于存在關系式，質量流量等于ρVA，即：
mq=ρVA （2）
將（2）代入（1）式中，得
△Fc=2ωqm△L （3）
根據上述關系式（3），由此得出：直接或間接測量在旋轉管中流動流體所產生的科里奧利力就可以測得流體的質量流量。這就是科式質量流量計的原理。
科式質量流量計的主要特點為：
（1）測量性能不受介質粘度的影響，避免了因介質粘度過高而影響儀表測量值的問題。被廣泛的應用于石油化工產品、各種防腐藥劑、催化劑、原油、油脂等介質的計量中。
（2）測量值不受管道內流體的影響，安裝時無上、下游直管段長度的要求。
（3）能夠測量小流量范圍的介質，流量范圍在1~550L/h時不會影響測量精度，從而解決了小流量測量的盲區。
（4）測量精度高±1%，重復性±0.025%。在海上平臺上使用的化學藥劑價格昂貴，選擇高精度的計量儀表可以帶來更好的經濟效益。
（5）適用于小管徑流量的測量，滿足注入系統小尺寸的要求。
（6）智能儀表能夠提供遠傳的4~20mA+HART信號，能提供高、低流量的報警值，介質的密度、溫度。并且流量計本身具有各種自診斷功能，提高了流量計的可靠性。
（7）LCD現場顯示屏能夠就地顯示測量值，精確地顯示瞬時流量和累計流量，具有復位功能，現場操作維護人員能夠簡便直觀地對生產工藝工況進行了解。
（8）無可動部件，管道內無障礙物，測量元件結構簡單，維護操作量小。
（9）價格適中，相比容積式流量計具有更好的經濟性。
4結束語
通過對比幾種流量計的參數和特點，最終選用了微小管徑科氏質量流量計用于測量小流量、高粘度、高壓力藥劑，在兼顧可用性、操作性和維修方便等優點的同時，具有更好的經濟性，為類似工作提供參考。
