图1  科氏质量流量计原理示意图

本文介绍了质量流量计的工作原理，及其在SO3磺化生产中的应用，探讨在使用过程中遇到的问题，对流量测量的影响，以及质量流量计出现故障的解决方法。

随着化工、钢铁、造纸、食品、医药等行业自动化水平的不断提高，质量流量计已逐步应用到各个行业中，并在过程控制中发挥着重要的作用。在质量流量计的广泛应用的同时，也遇到了各种各样问题，为缩短故障处理时间，保证安全生产提高经济效益，本文总结了质量流量计使用和维护的实践经验，供参考。

工作原理

科氏质量流量计是根据科里奥利（Coriolis）效应制成的。即流体在旋转的管内流动时会对管壁产生一个力，具体解释如下：假设在一个旋转体系中，具有质量m和速度V的物体，以角速度ω从里往外（反之亦然）运动，则物体会受到一个切向力，该切向力称为科里奥利力，简称为科氏力Fc，记为：

如图1所示。科氏质量流量计由传感器和变送器两部分组成，传感器的结构很多，有的是两根平行U型管，有的是两根Ω型管，有的是两根直管。尽管管子形状不同，但都是在管子上加电磁激励，使其振荡，当流体流过管子时，在科里奥利力作用下，管子会发生形变，通过光电检测系统测量形变而测得液体质量流量。

图2  U形管结构

单U形管结构及原理

质量流量计，一般由测量管道、激振器、2个测振传感器、激振控制、信号处理电路构成。在SO3磺化装置使用U形单管结构的质量流量计，下面对其结构做一简单介绍。电磁驱动系统以固定频率驱动U形测量管振动，当流体被强制接受管子的垂直运动时，在前半个振动周期内，管子向上运动，测量管中流体在驱动点前产生一个向下压的力，阻碍管子的向上运动，而在驱动点后产生向上的力，加速管子向上运动。这两个力的合成，使得测量管发生扭曲；在振动的另外半周期内，扭曲方向则相反。测量管扭曲的程度，与流体流过测量管的质量流量成正比，在驱动点两侧的测量管上安装电磁感应器，以测量其运动的相位差，这一相位差直接正比于流过的质量流量。测量在旋转管道中流体的科氏力就可以直接测得质量流量。在实际应用中使测量管道做简谐振动，用振动的方式代替旋转的方式，利用电磁或光电的检测器检测科氏力对振动的影响从而测得管道中的质量流量。

在SO3磺化装置中的应用

SO3磺化装置核心是多管模式磺化反应器。气体/液体通过降膜方式，在发生器中进行反应来生成产品即磺酸。在整个反应过程中，SO3气体保持在相对稳定的条件，通过调节液体原料来控制反应。由于没有在线分析仪器来连续测量产品质量，所以只能定期采集样品送到控制实验室进行分析。根据分析数据用来判断过程是否合格，是否需要对过程流量进行调节。对连续反应来说，调节好流量，控制好摩尔比，对保证高质量的产品至关重要。

图3  U形管工作原理

为此，在设计选型过程中，对各类在线流量仪表进行调研和比较。

1.电磁流量计主要用于测量导电液体的流量，我们使用的是有机原料烷基苯是不导电液体。

2.涡街流量计、转子流量计、孔板流量计等精度比较低，压力和温度的变化，流量也随之变化，而且变化的幅度也比较大，烷基苯进入多管膜式磺化器中通过分布器形成均匀膜与SO3气体进行磺化反应，若烷基苯流量波动大会造成成膜不均匀，从而造成磺化器顶部的分布器堵塞或过磺化，影响产品质量。

3.质量流量计其测量精度很高，与被测介质的密度、压力、温度粘度电导率流速和流动状态无关。能保证稳定连续的、长时间的正常生产，可以避免过程条件变化所造成的影响。增加了系统的可靠性。同时减少了非正常停车而造成的时间、人工及原材料的浪费。降低不合格产品率和生产成本，增加生产能力及企业的利润率，保证了产品质量。

通过上述分析比较，选择科氏质量流量计应用于SO3磺化装置中测量流量。具体的应用如图4所示。利用原料泵将储罐中的烷基苯输送入多管模式磺化反应器顶部，质量流量计FIC16.5测量进入多管模式磺化反应器中的流量（对上次实测累积量清零）,通过FIC16.5控制FV16.5调节阀调节流量，同时仪表面板显示出烷基苯的密度和温度。操作人员根据仪表面板上显示流量，根据工艺要求，通过孔板流量计FIC16.2设定SO3气体的流量。同时取样品送到控制实验室进行分析。根据分析数据用来判断过程是否合格，对过程流量进行微量调整，直至达到合格产品。开关阀KV16.2和开关阀KV16.5是在停电或烷基苯断料时，关闭开关阀KV16.2，打开开关阀KV16.5避免产品严重结焦，起到保护多管膜式磺化器的作用。通过质量流量计的使用，对磺化反应实现全自动控制、减少人为误差、降低成本并节省人力，为企业带来可观的效益。

图4  SO3工艺简图

使用过程中遇到的问题和解决方法

在质量流量计使用过程中曾遇到过测量误差的问题，列举出来供借鉴。

1.由于质量流量计利用流体流过振动管产生科氏力的测量原理，外界震动会影响它的测量准确度。安装时应远离震动干扰源（如电机、泵、风机等），避免测量管与震动源产生机械共振。如果强烈震动不能避免，则应该用柔性管将传感器和管道系统隔离，合理地安装管夹头和支撑结构，减少振动。

2.安装传感器应尽量避免应力产生：安装过程中，管道和传感器连接的力度以及传感器水平度、垂直度等没有达到一致或标准，都会产生应力。一旦应力产生，测量管产生的科氏力会产生偏向，导致测量不准。所以在安装时，应尽量借助水平仪、垂直仪等工具进行校正。

3.避开带有强电磁场的设备（如电机、电磁阀、电加热装置等），否则磁场干扰可能耦接至高分辨率的传感元件，导致测量误差。

4.在工艺管线的连接点、阀及泵的密封处有可能出现泄漏，导致空气进入液体原料工艺介质中。在液体原料入口处也有可能进入空气。所以要严格检查工艺管线的泄漏点并将其修复。

5.传感器安装在工艺管线的高点。会收集到液体原料中携带的气泡。气泡混入液体并通过传感器，对传感器管子造成不平衡振动，改变了测量管的振动频率，使得所计算的质量流量出现误差。解决方法是根据装置情况和规程要求更换传感器位置，使传感器充满液体，改善了传感器精确度。

6.液体原料流量的不稳定性，给测量结果的准确性带来影响。从原理上讲，测量管所受科氏力的大小只与流体的质量流量有关，与流体密度、粘度无关。但密度的变化会带来附加的惯性力，而粘度变化时测量管的内壁附着层不同，产生不同的边界层效应。针对该问题，采取了切除小流量，并改动管线走向和提高泵的功率，经试用，此现象基本得到消除。

7.质量流量计在正常运行一段时间后，突然出现流量和实际不符合，为正常流量的一半左右，有时回落到零。对质量流量计组态、安装接地进行检查，没问题。此后，对接线进行检查时，发现质量流量计转换器上部分进水，导致电流输出信号不正常。由于转换器信号处理部分没有进水，影响不大，把转换器里的水擦干，同时用干燥热风进行吹扫烘干，再使用时运行正常，问题解决。

结语

当质量流量计出现流量不准，或批量累计值与实际值不符等现异常情况时，由于产生的原因有多种，在故障分析判断过程中，应该按照下面的步骤进行检查：1.检查质量流量计组态、接线是否正确；2.检查安装是否符合要求，如接地电阻、振动等；3.检查转换器和变送器内部情况，如有无水或飞尘进人的影响；4.对工艺条件进行分析，检查工艺设计缺陷或误操作引起的故障。