所有流量?jī)x表技術(shù)的應(yīng)用都有它的局限性，特別是對(duì)兩相流體的流量測(cè)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(dòng)態(tài)特性尤其復(fù)雜，即使運(yùn)用現(xiàn)代的流體動(dòng)態(tài)模型，很大程度上也還不能清晰地描繪它們的動(dòng)態(tài)特性。所以對(duì)這種不可預(yù)知兩相流體的流量測(cè)量對(duì)任何流量計(jì)包括科里奧利流量計(jì)都是充滿挑戰(zhàn)性的。
科里奧利流量計(jì)的突出表現(xiàn)
科里奧利流量計(jì)因其極高的測(cè)量精度、可靠性以及非常低的維護(hù)費(fèi)用而廣泛地被推廣和運(yùn)用在各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域。這種發(fā)展趨勢(shì)使得科里奧利流量計(jì)也運(yùn)用在氣、液兩相流體的流量測(cè)量變得很普通。
當(dāng)其他類型的流量計(jì)面對(duì)兩相流問(wèn)題束手無(wú)策時(shí)，科里奧利流量計(jì)卻為用戶提供了一種可行方案，這一點(diǎn)對(duì)于用戶來(lái)講是非常幸運(yùn)的。比如，機(jī)械式的渦輪流量計(jì)或者容積式的流量計(jì)都不能成功地測(cè)量?jī)上嗔黧w的流量。通過(guò)過(guò)去多年的不斷研究和努力，高準(zhǔn)科里奧利流量計(jì)在兩相流體的流量測(cè)量方面有了更好的表現(xiàn)（比如特有的專利技術(shù)瞬間氣泡矯正功能）。
3寸高準(zhǔn)Elite流量計(jì)用在卡車裝料的流量測(cè)量
進(jìn)一步發(fā)展的空間
盡管科里奧利比起其他流量?jī)x表技術(shù)在充滿挑戰(zhàn)性的兩相流體流量測(cè)量有更好的表現(xiàn)，但是這樣的表現(xiàn)還是不能符合高準(zhǔn)公司的標(biāo)準(zhǔn)，也不能滿足多數(shù)客戶的要求。挑戰(zhàn)性主要在于兩個(gè)方面：摻氣的模式和如何選擇流量計(jì)的尺寸。
摻氣的模式
■“先管線排空-后啟動(dòng)批次處理”
夾帶空氣常常發(fā)生在“先管線排空－后啟動(dòng)批次處理”的流體輸送流程。這種現(xiàn)象會(huì)發(fā)生在當(dāng)一個(gè)流程，比如當(dāng)卡車或者火車的裝料，要求管線在上一次的裝料過(guò)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(huì)變成結(jié)晶體，這是一個(gè)非常普遍被要求的操作過(guò)程。當(dāng)在下一次裝料時(shí)，由于管線已經(jīng)在上一次裝料完成后被排空，流量的測(cè)量必須在空管的狀態(tài)下開始。
高準(zhǔn)科里奧利流量計(jì)在“先管線排空－后啟動(dòng)批次處理”的操作上有一段成功的歷史。目前有超過(guò)5000臺(tái)高準(zhǔn)流量計(jì)成功地應(yīng)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(guò)程，而這些高準(zhǔn)科里奧利流量計(jì)可以在整個(gè)裝料過(guò)程中很好地運(yùn)作，包括在短暫的裝料的初始階段和裝料后的用空氣（或氮?dú)猓┡趴展艿赖倪^(guò)程。
■持續(xù)性?shī)A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(shuō)，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(huì)在0~5%的低范圍內(nèi)。高準(zhǔn)公司相信，而且多數(shù)用戶也同意，沒有一個(gè)科里奧利流量計(jì)的供應(yīng)商對(duì)這種摻氣模式的流體可以提供完美的流量測(cè)量精度。
高準(zhǔn)公司一直致力于通過(guò)調(diào)整信號(hào)處理的過(guò)程、傳感器的設(shè)計(jì)以及更完善的驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)來(lái)完善流量計(jì)的性能。為對(duì)流量計(jì)做正確的評(píng)估，高準(zhǔn)公司定制了一套試驗(yàn)設(shè)備，能夠?qū)芏喾N流體做出測(cè)試。至今，所測(cè)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(guò)去的一年里，流量計(jì)的許多功能被進(jìn)一步地完善，在不久的將來(lái)，下一代的高準(zhǔn)科里奧利流量計(jì)能夠?yàn)閮上嗔黧w提供更可靠的流量測(cè)量。
也有少量的用戶可能會(huì)多次遇到流體里持續(xù)性的夾帶空氣在30%或以上的問(wèn)題。盡管科里奧利生產(chǎn)商正努力開發(fā)他們的技術(shù)以面對(duì)這方面的問(wèn)題，但這并不是那些面對(duì)兩相流體問(wèn)題的大多數(shù)用戶所首要考慮的。從我們同客戶討論的過(guò)程中，我們相信需要集中精力改善流量計(jì)的性能，為客戶所面對(duì)的最普遍的兩相流體“先管線排空 后啟動(dòng)批次處理”和“0～5%持續(xù)性摻氣”提供更可靠的流量測(cè)量。
對(duì)摻氣（高達(dá)30%）和高粘度（高達(dá)10Pa·s）流體的測(cè)試設(shè)備
計(jì)算流量計(jì)的尺寸
我們理解用戶所面對(duì)的流體摻氣模式和目前流量技術(shù)的局限性，為改善他們的科里奧利流量計(jì)的表現(xiàn)，用戶能做些什么呢？為減輕摻氣問(wèn)題一個(gè)簡(jiǎn)單的現(xiàn)成辦法就是：選擇正確的流量計(jì)尺寸。
許多摻氣問(wèn)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(jì)所測(cè)量的非牛頓性流體是觸變性的（觸變性的流體的粘度會(huì)隨著流速的增加而降低）。多數(shù)流量計(jì)的尺寸是利用牛頓性流體的粘度來(lái)計(jì)算的，而這個(gè)粘度可能數(shù)千倍高過(guò)于觸變性流體在流動(dòng)狀態(tài)下的粘度。這樣就造成了所選擇的流量計(jì)的尺寸過(guò)大，通過(guò)傳感器的流體流速過(guò)低而產(chǎn)生了空氣和液體的兩相分離。
首先用戶應(yīng)該鑒定流體粘度的特性以及它和流速的關(guān)系，特別是要考慮到觸變性流體的粘度的可變性。一個(gè)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(huì)從瓶子里流出來(lái)。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(huì)有這樣的表現(xiàn)。因此假如用戶告訴科里奧利流量計(jì)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(jì)的尺寸就不能根據(jù)流體在流動(dòng)狀態(tài)下的粘度來(lái)獲得正確的計(jì)算。
流量計(jì)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(gè)例子：根據(jù)牛頓性流體粘度來(lái)計(jì)算流量計(jì)的尺寸；根據(jù)觸變性流體的特性來(lái)計(jì)算流量計(jì)的尺寸。
根據(jù)不同的工藝設(shè)備，很多種不同尺寸的流量計(jì)可能會(huì)被選用，為了簡(jiǎn)化起見，我們只拿了1寸和3寸的流量計(jì)作比較。
■根據(jù)牛頓性流體粘度計(jì)算流量計(jì)的尺寸
這個(gè)計(jì)算例子滿足以下假設(shè)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(jì)所引起的壓降：1寸流量計(jì)引起壓降760psid；3寸流量計(jì)引起壓降21psid。
兩種不同尺寸的流量計(jì)在不同流量狀態(tài)下所引起的壓降
1寸流量計(jì)所引起的壓降超過(guò)了正常所能接受的范圍，在這種情況下，3寸流量計(jì)自然會(huì)被選用，也埋下了潛在的隱患，當(dāng)空氣出現(xiàn)在流體里時(shí)，流量計(jì)的表現(xiàn)會(huì)受到很大的影響。主要是因?yàn)?00磅/分鐘（10∶1量程可調(diào)率）的流量相對(duì)于3寸流量計(jì)量程范圍來(lái)講很低，空氣在傳感器里會(huì)有聚集成大氣泡的趨向從而使流量測(cè)量變得完全不可能。
■根據(jù)觸變性流體的特性計(jì)算流量計(jì)的尺寸
了解你的流體在流動(dòng)狀態(tài)下的粘度不僅會(huì)對(duì)科里奧利流量計(jì)的表現(xiàn)有很大影響，而且也會(huì)幫助你使整個(gè)操作系統(tǒng)變得更有效以及節(jié)省更多的成本。
同時(shí)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(jì)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(jì)有三個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)：
1. 由于所給的操作流量對(duì)小尺寸的流量計(jì)而言會(huì)操作在更高的流量范圍內(nèi)，所以小尺寸的流量計(jì)有更好的測(cè)量精度。
2. 更高的流速會(huì)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(gè)好的計(jì)算根據(jù)，像高準(zhǔn)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(gè)簡(jiǎn)單的動(dòng)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(cè)試流體，在先前所給的工藝條件下，被用來(lái)估算在1寸和3寸流量計(jì)所引起的壓降。流體在沒有流動(dòng)的狀態(tài)下粘度高達(dá)4.4Pa·s，但在高流量狀態(tài)下粘度會(huì)下降到只有幾個(gè)厘泊而已。下面的曲線圖比較了兩種不同尺寸的流量計(jì)在不同流量狀態(tài)下所引起的壓降。
當(dāng)用牛頓流體粘度4.4Pa·s來(lái)計(jì)算，3寸流量計(jì)所帶來(lái)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(jì)是可行的。
根據(jù)非牛頓性流體的特性來(lái)計(jì)算流量計(jì)的尺寸最重要的好處是流量計(jì)獲得了更好的表現(xiàn)，特別是當(dāng)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(cè)量。比較在不同尺寸的科里奧利流量計(jì)的相對(duì)流速可以用來(lái)估計(jì)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(jì)大概會(huì)比3寸的高出6倍，所以1寸流量計(jì)對(duì)空氣容忍度大概會(huì)比3寸的好過(guò)6倍。不同的流量計(jì)有著不同的流量截圖面積；所以要與流量?jī)x表廠商協(xié)商計(jì)算流量計(jì)尺寸所需的各種具體數(shù)據(jù)。
總結(jié)
兩相流體的流量測(cè)量還會(huì)繼續(xù)為流量技術(shù)帶來(lái)挑戰(zhàn)性。科里奧利流量計(jì)已經(jīng)證明了在“先管線排空－后啟動(dòng)批次處理”的工序里有很好的表現(xiàn)。盡管科里奧利流量計(jì)廠商還在為持續(xù)性摻氣流體的流量測(cè)量做艱難地研究，但是我們相信最終一定會(huì)找出更好地解決這個(gè)問(wèn)題的辦法。
另外，通過(guò)正確地選擇流量計(jì)尺寸可以減輕對(duì)摻氣流體流量測(cè)量的困難度。當(dāng)流體有摻氣的可能性時(shí)，總是盡量選用較小尺寸的科里奧利流量計(jì)。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(gè)正確尺寸的流量計(jì)，要準(zhǔn)備好告訴你的流量計(jì)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(guò)計(jì)算盡可能地選用較小的流量計(jì)，這樣在流體發(fā)生摻氣的情況下流量計(jì)仍能有很好的表現(xiàn)。隨著技術(shù)的發(fā)展和流量計(jì)尺寸的正確選用，科里奧利流量計(jì)將在未來(lái)幾年里更容易地應(yīng)對(duì)流體摻氣的流量測(cè)量問(wèn)題。
原載PROCESS《流程工業(yè)》雜志
