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[摘 要]本文通过对科氏力质量流量计在油田中使用情况进行分析，阐述了它的工作原理，特点及选用准则，分析了影响其性能的环境因素。因它具有抗腐蚀性，可测多种介质等优点，使得它能在油田含水油测量中得以广泛的应用。
[关键词] 科氏力质量流量计 质量流量计
中图分类号：TE863.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）36-0613-02
目前大庆油田的外围油田分布零散，油井众多，如何准确的计量原油产量，直接关系到企业的生产成本和经济效益。因此自2001年开始，各采油厂陆续在转油站、联合站安装了科氏力质量流量计，主要应用质量流量计的浓度测量功能，测量含水油中含水率、纯油量、混液量等生产参数，应用效果良好，而且数据可与计算机系统相联接，实现了现场监控与变频操作同步。
1、科氏力质量流量计的测量原理
1.1 测量原理
科氏力质量流量计是利用流体在振动管中流动时将产生与质量流量成正比的科里奥利力的原理测量的。
科氏力与运动流体的质量、速度成正比，即与流体的质量流量成正比，测量管的振动来代替恒定的角速度，当流体流过两根平等的测量管时，测量管受到科氏力的作用产生反相振动。在测量管中产生的科氏力会引起管子的变形，从而产生进口和出口的相位差，如图1所示：
（1） 当流量为零时，即流体停滞不流动时，入口与出口相位差为零。
（2） 当有流体流过时，测量管入口处振动减速
（3） 出口处振动加速
质量流量增加时，相位差（A-B）也增加，通过入口和出口的电磁式相位传感器就可以测量管子的振动相位。用两根测量管反相振动来确保系统平衡。利用科氏力原理测得的质量流量与流体温度、压力、粘度、电导率及流量特性无关。
1.2 测量原油中含水量的原理
D1=载体密度（水） D2=目标体密度（原油） ρ=测量出的混合体的密度
从以上的公式可分析出，通过输入水及原油的密度D1、D2，再通过质量流量计测量出水与原油混合体的密度ρ，应用以上已存储在变送器芯片中的公式（1），通過计算就可得出原油中含水的量。
1.3 流体标准密度ρN与实际密度之间的关系
ρN=标准密度；ρ=实际密度；t=实际温度；tw=标准温度；α=介质体积膨胀系数。
按照公式（1）计算而不考虑温度变化对密度值D1及D2的影响，势必会影响测量结果的准确度，故D1，D2需用公式（2）进行补偿。
因此，在应用中还需输入水与原油的α值，对原油及水的密度进行补偿。
2 、科氏力质量流量计的特点及选型方法
2.1 主要特点
科氏力质量流量计是一种直接式质量流量计，因而具有许多其他流量计无法比拟的优点。
（1）、准确度等级对于液体测量可以达到0.15级。对于气体测量可以达到0.5级。
（2）、可以测量如成品油、原油、水、油水混合物、天然气等多种油田常见介质。
（3）、可以测定多个参数，在测量质量流量的同时，获取密度、温度、体积流量等。
（4）、液体的介质密度、黏度、温度、压力、导电率、流速分布等特性对测量结果影响很小，且安装简单。
（5）、无可动部件，流量管内无障碍物，便于维护。
（6）用户接口，采用液晶显示，远程通信，HART，PROFIBUS-PA协议。
不足之处在于当液体中气泡含量超过某一界限会显著的影响测量值。
2.2 选型方法
选型应考虑：1）被测计量介质的类型要求，如水、汽、油、油水混合物等；
被测计量介质的工况要求，如组成部分、流量、压力、温度、黏度等。
科氏力质量流量计用于测量液体、悬浮液、乳浊液、高压气体的质量流量、密度和温度等；多是准确度等级要求较高的场所。
根据操作条件和传感器的最大流量，预选出传感器的规格（公称管径），计算压力损失是选型重要环节，
压力损失的计算公式为：
雷诺数Re=，当时，压损当时，，
----为压损 -----为密度 v---为运动粘度，d-----为测量管内径 -----为质量流量 K…K2-------常数
量程能力（相对mA输出，最大量程和最小量程的比值）也是一个考虑因素，量程利用率 （额定流量与瞬间流量的比值）也是很重要。对气体测量范围，满量程取决于气体密度，用以下公式计算满量程值：
-----为气体的最满量程值[Kg/h]
-----为液体最大满量程值[Kg/h]
------为操作条件下的气体密度[Kg/m3]
液体量程可通过相关的质量流量计使用手册查得。
3、影响科氏力质量流量计性能的环境因素
工艺温度、工艺压力、振动及零点不稳定性等都会对流量计的性能造成影响。
3.1 工艺温度
由于科里奥利质量流量计振动管的刚度会随着温度的升高而变小，造成偏移增大，使流量测量值偏高。同时也将使振动频率降低，密度指示值偏高。但均可以进行补偿修正。
3.2 工艺压力
科里奥利质量流量计振动管的刚度会随着环境压力的升高而变大，这与温度对其的影响相反，因此，对于一定的质量流量，振动管的偏移减小，会造成指示值偏低。
3.3 振动
振动像温度一样影响所有机械结构，科里奥利质量流量计是基于振动的原理进行工作的，振动对它的影响显而易见。
同时电磁和射频干扰也会对质量流量计的性能产生影响，但从油田的应用角度来将，这样的工作环境相当较少。
4、现场使用情况
人工化验含水与科里奥利质量流量计显示的含水率对比数据如下：
含水率对比数据表
5、结束语
科氏力质量流量计具有较高的准确度等级及良好的性能，虽然存在一些影响因素，但正确的选择和使用，会使各采油厂原油产量的计量更准确。同时，可以减小工人的劳动强度，节约劳动成本。
参考文献
[1] 张宝芬.《自动检测技术及仪表控制系统》.化学工业出版社 2000年
[2] 仇梁.《科里奥利质量流量计性能评价》.世界仪表与自动化，1998（1）：36-39
[关键词] 科氏力质量流量计 质量流量计
中图分类号：TE863.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）36-0613-02
目前大庆油田的外围油田分布零散，油井众多，如何准确的计量原油产量，直接关系到企业的生产成本和经济效益。因此自2001年开始，各采油厂陆续在转油站、联合站安装了科氏力质量流量计，主要应用质量流量计的浓度测量功能，测量含水油中含水率、纯油量、混液量等生产参数，应用效果良好，而且数据可与计算机系统相联接，实现了现场监控与变频操作同步。
1、科氏力质量流量计的测量原理
1.1 测量原理
科氏力质量流量计是利用流体在振动管中流动时将产生与质量流量成正比的科里奥利力的原理测量的。
科氏力与运动流体的质量、速度成正比，即与流体的质量流量成正比，测量管的振动来代替恒定的角速度，当流体流过两根平等的测量管时，测量管受到科氏力的作用产生反相振动。在测量管中产生的科氏力会引起管子的变形，从而产生进口和出口的相位差，如图1所示：
（1） 当流量为零时，即流体停滞不流动时，入口与出口相位差为零。
（2） 当有流体流过时，测量管入口处振动减速
（3） 出口处振动加速
质量流量增加时，相位差（A-B）也增加，通过入口和出口的电磁式相位传感器就可以测量管子的振动相位。用两根测量管反相振动来确保系统平衡。利用科氏力原理测得的质量流量与流体温度、压力、粘度、电导率及流量特性无关。
1.2 测量原油中含水量的原理
D1=载体密度（水） D2=目标体密度（原油） ρ=测量出的混合体的密度
从以上的公式可分析出，通过输入水及原油的密度D1、D2，再通过质量流量计测量出水与原油混合体的密度ρ，应用以上已存储在变送器芯片中的公式（1），通過计算就可得出原油中含水的量。
1.3 流体标准密度ρN与实际密度之间的关系
ρN=标准密度；ρ=实际密度；t=实际温度；tw=标准温度；α=介质体积膨胀系数。
按照公式（1）计算而不考虑温度变化对密度值D1及D2的影响，势必会影响测量结果的准确度，故D1，D2需用公式（2）进行补偿。
因此，在应用中还需输入水与原油的α值，对原油及水的密度进行补偿。
2 、科氏力质量流量计的特点及选型方法
2.1 主要特点
科氏力质量流量计是一种直接式质量流量计，因而具有许多其他流量计无法比拟的优点。
（1）、准确度等级对于液体测量可以达到0.15级。对于气体测量可以达到0.5级。
（2）、可以测量如成品油、原油、水、油水混合物、天然气等多种油田常见介质。
（3）、可以测定多个参数，在测量质量流量的同时，获取密度、温度、体积流量等。
（4）、液体的介质密度、黏度、温度、压力、导电率、流速分布等特性对测量结果影响很小，且安装简单。
（5）、无可动部件，流量管内无障碍物，便于维护。
（6）用户接口，采用液晶显示，远程通信，HART，PROFIBUS-PA协议。
不足之处在于当液体中气泡含量超过某一界限会显著的影响测量值。
2.2 选型方法
选型应考虑：1）被测计量介质的类型要求，如水、汽、油、油水混合物等；
被测计量介质的工况要求，如组成部分、流量、压力、温度、黏度等。
科氏力质量流量计用于测量液体、悬浮液、乳浊液、高压气体的质量流量、密度和温度等；多是准确度等级要求较高的场所。
根据操作条件和传感器的最大流量，预选出传感器的规格（公称管径），计算压力损失是选型重要环节，
压力损失的计算公式为：
雷诺数Re=，当时，压损当时，，
----为压损 -----为密度 v---为运动粘度，d-----为测量管内径 -----为质量流量 K…K2-------常数
量程能力（相对mA输出，最大量程和最小量程的比值）也是一个考虑因素，量程利用率 （额定流量与瞬间流量的比值）也是很重要。对气体测量范围，满量程取决于气体密度，用以下公式计算满量程值：
-----为气体的最满量程值[Kg/h]
-----为液体最大满量程值[Kg/h]
------为操作条件下的气体密度[Kg/m3]
液体量程可通过相关的质量流量计使用手册查得。
3、影响科氏力质量流量计性能的环境因素
工艺温度、工艺压力、振动及零点不稳定性等都会对流量计的性能造成影响。
3.1 工艺温度
由于科里奥利质量流量计振动管的刚度会随着温度的升高而变小，造成偏移增大，使流量测量值偏高。同时也将使振动频率降低，密度指示值偏高。但均可以进行补偿修正。
3.2 工艺压力
科里奥利质量流量计振动管的刚度会随着环境压力的升高而变大，这与温度对其的影响相反，因此，对于一定的质量流量，振动管的偏移减小，会造成指示值偏低。
3.3 振动
振动像温度一样影响所有机械结构，科里奥利质量流量计是基于振动的原理进行工作的，振动对它的影响显而易见。
同时电磁和射频干扰也会对质量流量计的性能产生影响，但从油田的应用角度来将，这样的工作环境相当较少。
4、现场使用情况
人工化验含水与科里奥利质量流量计显示的含水率对比数据如下：
含水率对比数据表
5、结束语
科氏力质量流量计具有较高的准确度等级及良好的性能，虽然存在一些影响因素，但正确的选择和使用，会使各采油厂原油产量的计量更准确。同时，可以减小工人的劳动强度，节约劳动成本。
参考文献
[1] 张宝芬.《自动检测技术及仪表控制系统》.化学工业出版社 2000年
[2] 仇梁.《科里奥利质量流量计性能评价》.世界仪表与自动化，1998（1）：36-39