高準科里奧利流量計應對兩相流體流量的測量

　　所有流量儀表技術的應用都有它的局限性，特別是對兩相流體的流量測量，比如空氣混合在液體里的氣、液兩相流體。液體和空氣混合的氣、液兩相流體的動態(tài)特性尤其復雜，即使運用現(xiàn)代的流體動態(tài)模型，很大程度上也還不能清晰地描繪它們的動態(tài)特性。所以對這種不可預知兩相流體的流量測量對任何流量計包括科里奧利流量計都是充滿挑戰(zhàn)性的。

科里奧利流量計的突出表現(xiàn)

　　科里奧利流量計因其極高的測量精度、可靠性以及非常低的維護費用而廣泛地被推廣和運用在各個工業(yè)領域。這種發(fā)展趨勢使得科里奧利流量計也運用在氣、液兩相流體的流量測量變得很普通。

　　當其他類型的流量計面對兩相流問題束手無策時，科里奧利流量計卻為用戶提供了一種可行方案，這一點對于用戶來講是非常幸運的。比如，機械式的渦輪流量計或者容積式的流量計都不能成功地測量兩相流體的流量。通過過去多年的不斷研究和努力，高準科里奧利流量計在兩相流體的流量測量方面有了更好的表現(xiàn)（比如特有的專利技術瞬間氣泡矯正功能）。

3寸高準Elite流量計用在卡車裝料的流量測量

進一步發(fā)展的空間

　　盡管科里奧利比起其他流量儀表技術在充滿挑戰(zhàn)性的兩相流體流量測量有更好的表現(xiàn)，但是這樣的表現(xiàn)還是不能符合高準公司的標準，也不能滿足多數(shù)客戶的要求。挑戰(zhàn)性主要在于兩個方面：摻氣的模式和如何選擇流量計的尺寸。

摻氣的模式

■“先管線排空-后啟動批次處理”

　　夾帶空氣常常發(fā)生在“先管線排空－后啟動批次處理”的流體輸送流程。這種現(xiàn)象會發(fā)生在當一個流程，比如當卡車或者火車的裝料，要求管線在上一次的裝料過程完成后完全地被排空，尤其一些流體如果殘留在管道上會變成結(jié)晶體，這是一個非常普遍被要求的操作過程。當在下一次裝料時，由于管線已經(jīng)在上一次裝料完成后被排空，流量的測量必須在空管的狀態(tài)下開始。

　　高準科里奧利流量計在“先管線排空－后啟動批次處理”的操作上有一段成功的歷史。目前有超過5000臺高準流量計成功地應用在這一模式的流程，流量傳感器尺寸范圍從2寸到6寸都有，流體包括葡萄糖、酚酞、石油產(chǎn)品和流態(tài)肥料。在完成裝料后，需要排空管道是普遍的操作過程，而這些高準科里奧利流量計可以在整個裝料過程中很好地運作，包括在短暫的裝料的初始階段和裝料后的用空氣（或氮氣）排空管道的過程。

■持續(xù)性夾帶空氣

　　另一種方式是空氣可能持續(xù)性地夾帶在流體里，比方說，如果泵的密封圈泄露，或者是由于容器的低液位而吸入空氣，或者由其他方式而持續(xù)性地吸入氣體到管線上。通常這種摻氣的模式夾帶的空氣在流體的含量會在0~5%的低范圍內(nèi)。高準公司相信，而且多數(shù)用戶也同意，沒有一個科里奧利流量計的供應商對這種摻氣模式的流體可以提供完美的流量測量精度。

　　高準公司一直致力于通過調(diào)整信號處理的過程、傳感器的設計以及更完善的驅(qū)動設計來完善流量計的性能。為對流量計做正確的評估，高準公司定制了一套試驗設備，能夠?qū)芏喾N流體做出測試。至今，所測試的流體已經(jīng)包括啤酒麥芽汁到肥皂（粘度大于5Pa·s）。在過去的一年里，流量計的許多功能被進一步地完善，在不久的將來，下一代的高準科里奧利流量計能夠為兩相流體提供更可靠的流量測量。

　　也有少量的用戶可能會多次遇到流體里持續(xù)性的夾帶空氣在30%或以上的問題。盡管科里奧利生產(chǎn)商正努力開發(fā)他們的技術以面對這方面的問題，但這并不是那些面對兩相流體問題的大多數(shù)用戶所首要考慮的。從我們同客戶討論的過程中，我們相信需要集中精力改善流量計的性能，為客戶所面對的最普遍的兩相流體“先管線排空 后啟動批次處理”和“0～5%持續(xù)性摻氣”提供更可靠的流量測量。

對摻氣（高達30%）和高粘度（高達10Pa·s）流體的測試設備

計算流量計的尺寸

　　我們理解用戶所面對的流體摻氣模式和目前流量技術的局限性，為改善他們的科里奧利流量計的表現(xiàn)，用戶能做些什么呢？為減輕摻氣問題一個簡單的現(xiàn)成辦法就是：選擇正確的流量計尺寸。

　　許多摻氣問題往往發(fā)生在高粘度的流體里，而大多數(shù)高粘度的流體都是非牛頓性液體。另外，大多數(shù)被科里奧利流量計所測量的非牛頓性流體是觸變性的（觸變性的流體的粘度會隨著流速的增加而降低）。多數(shù)流量計的尺寸是利用牛頓性流體的粘度來計算的，而這個粘度可能數(shù)千倍高過于觸變性流體在流動狀態(tài)下的粘度。這樣就造成了所選擇的流量計的尺寸過大，通過傳感器的流體流速過低而產(chǎn)生了空氣和液體的兩相分離。

　　首先用戶應該鑒定流體粘度的特性以及它和流速的關系，特別是要考慮到觸變性流體的粘度的可變性。一個很好的觸變性流體的例子是番茄醬。在靜態(tài)下的番茄醬非常粘稠，即使瓶口倒轉(zhuǎn)朝下，也不會從瓶子里流出來。但是一旦它開始從瓶子里流出，它就流得很快。管道里的粘稠流體也經(jīng)常會有這樣的表現(xiàn)。因此假如用戶告訴科里奧利流量計的銷售人員的粘度是流體在靜態(tài)下的數(shù)據(jù)，那么流量計的尺寸就不能根據(jù)流體在流動狀態(tài)下的粘度來獲得正確的計算。

　　流量計尺寸的選擇在很大程度上依賴于正確的流體粘度的數(shù)據(jù)，具體有兩個例子：根據(jù)牛頓性流體粘度來計算流量計的尺寸；根據(jù)觸變性流體的特性來計算流量計的尺寸。

　　根據(jù)不同的工藝設備，很多種不同尺寸的流量計可能會被選用，為了簡化起見，我們只拿了1寸和3寸的流量計作比較。

■根據(jù)牛頓性流體粘度計算流量計的尺寸

　　這個計算例子滿足以下假設的工藝條件：流量=500磅/分鐘；密度=1.01g/ml；室溫和大氣壓力；牛頓性流體的粘度=4.4Pa·s。
　　兩種不同尺寸流量計所引起的壓降：1寸流量計引起壓降760psid；3寸流量計引起壓降21psid。

兩種不同尺寸的流量計在不同流量狀態(tài)下所引起的壓降

　　1寸流量計所引起的壓降超過了正常所能接受的范圍，在這種情況下，3寸流量計自然會被選用，也埋下了潛在的隱患，當空氣出現(xiàn)在流體里時，流量計的表現(xiàn)會受到很大的影響。主要是因為500磅/分鐘（10∶1量程可調(diào)率）的流量相對于3寸流量計量程范圍來講很低，空氣在傳感器里會有聚集成大氣泡的趨向從而使流量測量變得完全不可能。

■根據(jù)觸變性流體的特性計算流量計的尺寸

　　了解你的流體在流動狀態(tài)下的粘度不僅會對科里奧利流量計的表現(xiàn)有很大影響，而且也會幫助你使整個操作系統(tǒng)變得更有效以及節(jié)省更多的成本。

　　同時你還可以選擇更小的管道，不同的閥門、泵以及包括科里奧利流量計在內(nèi)的其他系統(tǒng)組成器件。

　　在這種情況下，小尺寸的流量計有三個主要優(yōu)點：

1. 由于所給的操作流量對小尺寸的流量計而言會操作在更高的流量范圍內(nèi)，所以小尺寸的流量計有更好的測量精度。
2. 更高的流速會使空氣更好地混合于液體中，使得氣液混合更加均勻單一。
3. 低成本。

　　一個好的計算根據(jù)，像高準公司銷售人員所用的，能夠讓你輸入觸變性流體的特性通常是“K&N”值，或者“粘稠指數(shù)”和“流量特性指數(shù)”。這些是一個簡單的動力定律方程式的系數(shù)。

　　一種有著粘度參數(shù)K=4.4Pa·s和n＝0.2的測試流體，在先前所給的工藝條件下，被用來估算在1寸和3寸流量計所引起的壓降。流體在沒有流動的狀態(tài)下粘度高達4.4Pa·s，但在高流量狀態(tài)下粘度會下降到只有幾個厘泊而已。下面的曲線圖比較了兩種不同尺寸的流量計在不同流量狀態(tài)下所引起的壓降。

　　當用牛頓流體粘度4.4Pa·s來計算，3寸流量計所帶來的壓降都少于21Psid。但考慮到觸變性流體的特性，選擇1寸流量計是可行的。

　　根據(jù)非牛頓性流體的特性來計算流量計的尺寸最重要的好處是流量計獲得了更好的表現(xiàn)，特別是當有氣體出現(xiàn)在流體里的情況下。更高的流速使得不同的流體獲得更好地混合；更均勻單一的流體自然獲得更可靠的流量測量。比較在不同尺寸的科里奧利流量計的相對流速可以用來估計到底多少空氣含量是容許的。比如，在同樣的流量前提下，流速在1寸流量計大概會比3寸的高出6倍，所以1寸流量計對空氣容忍度大概會比3寸的好過6倍。不同的流量計有著不同的流量截圖面積；所以要與流量儀表廠商協(xié)商計算流量計尺寸所需的各種具體數(shù)據(jù)。

總結(jié)

　　兩相流體的流量測量還會繼續(xù)為流量技術帶來挑戰(zhàn)性。科里奧利流量計已經(jīng)證明了在“先管線排空－后啟動批次處理”的工序里有很好的表現(xiàn)。盡管科里奧利流量計廠商還在為持續(xù)性摻氣流體的流量測量做艱難地研究，但是我們相信最終一定會找出更好地解決這個問題的辦法。

　　另外，通過正確地選擇流量計尺寸可以減輕對摻氣流體流量測量的困難度。當流體有摻氣的可能性時，總是盡量選用較小尺寸的科里奧利流量計。除了需要普通的工藝參數(shù)（流量、溫度、壓力等）外，非牛頓性流體的特性也必須考慮在內(nèi)。為了保證你得到一個正確尺寸的流量計，要準備好告訴你的流量計的銷售人員：

■K&n值，或者“粘稠指數(shù)”和“流量特性指數(shù)”。
■能接受的最大壓降。

　　通過計算盡可能地選用較小的流量計，這樣在流體發(fā)生摻氣的情況下流量計仍能有很好的表現(xiàn)。隨著技術的發(fā)展和流量計尺寸的正確選用，科里奧利流量計將在未來幾年里更容易地應對流體摻氣的流量測量問題。