摘要:渦輪流量計(jì)是一種利用渦輪感受流體平均流速來(lái)導(dǎo)出流量的流量計(jì),常應(yīng)用于昂貴介質(zhì)(油品、天然氣等)的總量測(cè)量。就如何實(shí)現(xiàn)流量計(jì)的高效利用,節(jié)約使用單位的使用成本,實(shí)現(xiàn)儀器儀表利用效益的最大化問(wèn)題,介紹了渦輪流量計(jì)的選型依據(jù),并以實(shí)例計(jì)算分析了渦輪流量計(jì)的選型,為今后渦輪流量:計(jì)的合理選型提供了一定的理論依據(jù)。
0引言
渦輪流量計(jì)是現(xiàn)今使用比較廣泛的流量計(jì)種類(lèi)之。它具有測(cè)量精度高、安裝方便、使用性能的穩(wěn)定性高等優(yōu)點(diǎn),廣泛應(yīng)用于石化、冶金、城市燃?xì)獾刃袠I(yè)，以及燃?xì)庹{(diào)壓站等場(chǎng)所。渦輪流量計(jì)一般由流量變送器、前置放大器和顯示計(jì)算儀組成。它具體的工作原理是:當(dāng)被測(cè)流體介質(zhì)通過(guò)管內(nèi)的渦輪葉片時(shí),渦輪因?yàn)楦惺艿搅黧w的沖擊而做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),在流量計(jì)量程的范圍內(nèi)渦輪的轉(zhuǎn)速和流量成正比。渦輪流量計(jì)的轉(zhuǎn)數(shù)是通過(guò)磁電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成電脈沖信號(hào),再被前置放大器放大，山顯示計(jì)算儀顯示流量的大小。這樣根據(jù)單位時(shí)間的脈沖數(shù)和累計(jì)的脈沖數(shù)就可以反映出單位時(shí)間的瞬時(shí)流量和累計(jì)流量。
通過(guò)流量計(jì)的流體體積示值是以渦輪葉輪轉(zhuǎn)數(shù)為基準(zhǔn)的,即通過(guò)測(cè)量葉輪的轉(zhuǎn)速來(lái)反映通過(guò)管道的體積流量大小。渦輪流量計(jì)結(jié)構(gòu)如圖1-所示。
整流器通常也叫導(dǎo)流器，主要作用是消除和誠(chéng)少流體流動(dòng)中的漩渦流、偏心流等各種不是中心軸對(duì)稱(chēng)的流體。
軸承用來(lái)固定轉(zhuǎn)子使其很好地安裝在管道的中心線處。
葉輪是轉(zhuǎn)子式渦輪流量計(jì)的主要組成部分,一般主要由螺旋形的葉片組成。一般葉片的直徑剛好充滿管道,葉片的軸向長(zhǎng)度近似為葉片的高度。
一般所說(shuō)的儀表管段是指流量計(jì)的管段部分，里面包含了整流器、軸承、轉(zhuǎn)子傳感器等部分,有時(shí)候也包括上游和下游的直管部分。
傳感器的主要作用是把轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。通常將渦輪流量計(jì)中感知流體流速的渦輪及其組合(包括前后導(dǎo)流架、軸承、殼體及前置放大器)統(tǒng)稱(chēng)為渦輪流量傳感器。
前置放大器是為了傳送傳感器的電信號(hào)而對(duì)其放大，整型從而得到輸出型號(hào),再將信號(hào)處理轉(zhuǎn)換為二次儀表顯示的信號(hào)。
顯示器為渦輪流量計(jì)接受輸出輸出信號(hào)的裝置。在流量計(jì)運(yùn)行的過(guò)程中，瞬時(shí)流量、累計(jì)流量、儀表系數(shù)都可以在顯示器上顯示出來(lái)。
每個(gè)規(guī)格的流量計(jì),均有其流量范圍。也即說(shuō),當(dāng)介質(zhì)流量低于下限流量時(shí)，介質(zhì)流速太低,以致無(wú)法檢測(cè)流速，或無(wú)法保證精度;而當(dāng)流量高于流量上限時(shí)，產(chǎn)生壓力損失過(guò)大，會(huì)產(chǎn)生丟脈沖、漏計(jì)等現(xiàn)象,即使不漏計(jì),流量計(jì)也無(wú)法保證精度。
由于流量計(jì)的使用環(huán)境條件一般較為惡劣,有振動(dòng)、脈動(dòng)等干擾存在,因此,若流量計(jì)經(jīng)常處于下限流量工作時(shí),就很難保證計(jì)量精度叫。一般應(yīng)使流量計(jì)的工作流量范圍處于最大工況流量的20%-90%。當(dāng)使用環(huán)境很理想時(shí)，流量計(jì)可工作于最小流量和最大海量之間，但這僅考慮到流量計(jì)的流量范圍。若在低壓介質(zhì)使用,還應(yīng)考慮壓力損失的影響。壓力損失大是流量計(jì)選型必須考慮的--個(gè)重要因素,在有壓力損失要求時(shí),應(yīng)考慮此因素。
1渦輪流量計(jì)的選型數(shù)學(xué)依據(jù)
用戶在實(shí)際的流量計(jì)選擇應(yīng)用中,要盡量選擇合適的流量計(jì)，既要避免資源浪費(fèi)造成的過(guò)度花費(fèi)，又要避免選擇不合適的流量計(jì)影響測(cè)量的精度,造成用戶雙方的貿(mào)易糾紛。用戶在選擇流量計(jì)之前應(yīng)首先估計(jì)管線輸送介質(zhì)的量和介質(zhì)可能達(dá)到的溫度和壓力范圍，估算出輸送介質(zhì)的最高和最低的工況流量,正確選擇規(guī)格合適的流量計(jì)。選擇渦輪流量計(jì)的總體原則是:盡量使流量計(jì)在最大流量的20%-90%的范圍內(nèi)運(yùn)行，這樣流量計(jì)的最佳計(jì)量性能及測(cè)量精度也是最高的。渦輪流量計(jì)選型流程如圖二所示。
2選型的數(shù)學(xué)計(jì)算依據(jù)
已知介質(zhì)的最低壓力、最高溫度和所需的最大標(biāo)準(zhǔn)狀況下的流量,計(jì)算最大工況下的流量:
已知介質(zhì)的最高壓力、最低溫度和所需要最小標(biāo)準(zhǔn)狀況下的流量,計(jì)算最小工況流量:
式(1)、(2)中,Qgmx、Qgnn為最大和最小的工況體積流量(m/h),
為流量計(jì)在工作狀態(tài)下的壓縮Zn系數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的壓縮系數(shù)之比,Pgmx、Pgxi為介質(zhì)的最高和最低的壓力值(kPa)，Pa為當(dāng)?shù)氐拇髿鈮毫χ?kPa),tmx、thin為介質(zhì)的最高溫和最低溫，Qnmx.Qnan為最大和最小標(biāo)準(zhǔn)狀況體積流量(kPa)。Zn
如果測(cè)量的介質(zhì)是天然氣
的比值,可以參考表--數(shù)值。其中,天然氣的密度K=0.63Kg/m',二氧化碳的摩爾分?jǐn)?shù)Xc=0.00%，氮?dú)獾哪柗謹(jǐn)?shù)Xn=0.00%。
3選型的實(shí)例分析
已知一用戶在輸氣時(shí)實(shí)際的工作壓力范圍是0.5-1.5MPa,介質(zhì)的溫度為10--50度,供氣時(shí)最小.的流量為2500m3/h;經(jīng)過(guò)分析知道,天然氣的實(shí)際密度為ρ=0.55Kg/m3,供氣最大流量為6000m3/h,氮?dú)獾哪柗謹(jǐn)?shù)為Mn=1.5%,二氧化碳的摩爾分?jǐn)?shù)為Mc=0.6%;經(jīng)測(cè)得知道,當(dāng)?shù)氐拇髿鈮褐禐?01.3kPa,試確定所選用流量計(jì)的口徑和流量范圍。
由剛才的流量計(jì)流量范圍計(jì)算模型公式知道，當(dāng)介質(zhì)壓力為0.5MPa、溫度為50度時(shí)天然氣壓縮因子影響最小，此時(shí)供氣量最小，具有最大的工況體積流量;而當(dāng)介質(zhì)壓力為1.5MPa、溫度為15度時(shí),壓縮因子影響最大,此時(shí)的供氣量最大,具有最.小工況體積流量。
在工作狀態(tài)下它的流量范圍為147.6--1107.78m3/h，所以選擇流量范圍為100--1500m3/h的渦輪流量計(jì)。
4結(jié)束語(yǔ)
渦輪流量計(jì)選型模型和計(jì)算實(shí)例為今后渦輪流量計(jì)在實(shí)際中的應(yīng)用和選型提供了一定的理論借鑒依據(jù)。
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