Page 65 - 《真空与低温》2025年第5期

真空与低温 第 31 卷 第 5 期
604 Vacuum and Cryogenics 2025 年 9 月

大 口 径 LNG 科 氏 质 量 流 量 计 模 态 分 析

刘 冰 1,2 ，沈子奇 1,2 ，彭维戊 ，谢福寿 1,3* ，陈 兵 4
3
（1. 中国海洋石油集团有限公司液化天然气及低碳技术重点实验室，北京 100028；
2. 中海石油气电集团技术研发中心，北京 100028；
3. 西安交通大学制冷与低温工程研究所，西安 710049；
4. 宁夏天利丰能源利用有限公司，宁夏 吴忠 751501）

摘要：针对大流量液化天然气（LNG）科氏质量流量计测量误差大的技术难点，以液化天然气为工质，围绕大
口径直管型（DN400）科氏质量流量计，建立低温流固耦合数值模型，对科氏质量流量计的两种模态（干模态和湿
模态）开展仿真研究，探究测量管排布方式、测量管结构参数以及液化天然气的低温物性对科氏质量流量计模态
的影响。研究结果表明，单直管型测量管具有较高的固有频率和较小的振幅，这使得从检测设备提取信号的难度
增加；六直管型则固有频率较低，易受干扰；双直管型和四直管型固有频率适中，可克服前者的不足。同时，研究
得出测量管长度越短，壁厚越大，固有频率越高。分析对比干湿模态计算结果，发现在流体附加质量效应对测量
管模态特性的影响下，湿模态固有频率较干模态显著降低，但由于 LNG 的低密度效应与低温效应，其对应的固有
频率降低值小于水为工质时的固有频率降低值。此时，可通过调整测量管形状和管路排布，提升流量计测量精度，
主动改变测量管固有频率和相位信息，以获得合适的激振频率，降低环境干扰从而实现高效共振。在共振状态下，
测量管能够产生较大的振幅，从而便于信号的采集与处理。该研究为大流量液化天然气科氏质量流量计的测量
管结构设计及精度提升可提供一定的技术支撑。
关键词：液化天然气；流固耦合；模态；科氏质量流量计
+
中图分类号：TB69；V511 6 文献标志码：A 文章编号：1006−7086（2025）05−0604−09
DOI：10.12446/j.issn.1006-7086.2025.05.008

Modal Analysis of Large-bore Coriolis Mass Flowmeters for LNG

1,2 1,2 3 1,3* 4
LIU Bing ，SHEN Ziqi ，PENG Weiwu ，XIE Fushou ，CHEN Bing
（1. Key Laboratory of LNG and Low-Carbon Technologies，China National Offshore Oil
Corporation （CNOOC），Beijing 100028，China；2. Technology Research and Development Center，
CNOOC Gas & Power Group，Beijing 100028，China；3. Institute of Refrigeration and Cryogenics，Xi'an Jiaotong
University，Xi'an 710049，China；4. Ningxia Tianlifeng Energy Co.，Ltd.，Wuzhong 751501，Ningxia，China）

Abstract：Aimed at the technical difficulty of significant measurement error in large-flow-rate liquid natural gas （LNG）
Coriolis mass flowmeters， with LNG as the research object and focusing on the large-caliber straight-tube type （DN400）
Coriolis mass flowmeter，a low-temperature fluid-solid coupling numerical model was established.Simulation studies on the
two modes （dry mode and wet mode） of the Coriolis mass flowmeter were conducted to explore the influences of the ar-
rangement shape of the measurement tube，the structural parameters of the measurement tube，and the low-temperature physi-
cal properties of LNG on the modes of the Coriolis mass flowmeter.The research results indicate that the single straight-tube
type measurement tube has a higher natural frequency and a smaller amplitude，which increases the difficulty of extracting
signals from the detection equipment.The six straight-tube type has a lower natural frequency and is more susceptible to inter-
ference.For the double straight-tube type and the four straight-tube type，their natural frequencies are moderate，overcoming
the deficiencies of the former.Meanwhile，it is found that the shorter the measurement tube length and the thicker the wall

收稿日期：2025−01−20
基金项目：中国海洋石油集团有限公司液化天然气及低碳技术重点实验室开放基金项目（CGP2024YF034）
作者简介：刘冰，高级工程师。E-mail：liubing2@cnooc.com.cn
通信作者：谢福寿，副教授。E-mail：xiefushou@xjtu.edu.cn