摘要:渦輪流量計(jì)是一種具備溫度和壓力補(bǔ)償功能的速度式流量計(jì)量器具,具有精度高.重復(fù)性好、量程比高、維修方便等優(yōu)點(diǎn),從而在石油、化工、冶金等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。從渦輪流量計(jì)的特點(diǎn)、原理、類(lèi)型、使用以及缺陷等5個(gè)方面介紹其在天然氣計(jì)量中的應(yīng)用。
0前言
天然氣作為一種清潔能源在我國(guó)的能源戰(zhàn)略中占據(jù)著重要的地位,隨著國(guó)家西氣東輸管道的建成和城市燃?xì)夤芫W(wǎng)的不斷完善,科學(xué)準(zhǔn)確的天然氣貿(mào)易結(jié)算重要性凸顯。因?yàn)樵诰�、重�?fù)性、零點(diǎn)漂移、量程比等方面具備顯著的優(yōu)勢(shì),渦輪流量計(jì)成為一種被廣泛使用的速度式流量計(jì)。11其軸承制作精良、導(dǎo)流片經(jīng)過(guò)特殊設(shè)計(jì),能降低磨損,在極端條件下保證測(cè)量的可靠性;其輸出信號(hào)為脈沖,易于數(shù)字化;渦輪流量計(jì)的儀表系數(shù)和線性度都受壓力變化影響較小,21如與帶特殊功能的二次儀表配套，還可以進(jìn)行定量控制，超量報(bào)警等，3因此在石油、液化氣、天然氣領(lǐng)域取得了廣泛的應(yīng)用，主要從特點(diǎn)、原理、類(lèi)型、應(yīng)用以及不足等5個(gè)方面介紹氣體渦輪流量計(jì)在天然氣計(jì)量中的應(yīng)用。
1氣體渦輪流量計(jì)的特點(diǎn)
氣體渦輪式流量計(jì)安裝簡(jiǎn)單、方便，具備在線和巡檢式計(jì)量已廣泛應(yīng)用于天然氣計(jì)量中。
1.1智能測(cè)量與補(bǔ)償
氣體渦輪流量可直接測(cè)量氣體的標(biāo)準(zhǔn)體積或飽和蒸汽的質(zhì)量流量并且獲得介質(zhì)溫度與壓力的測(cè)量數(shù)據(jù),對(duì)流量進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償和壓縮因子自動(dòng)修正。
1.2制造工藝先進(jìn)
氣體渦輪流量計(jì)采用先進(jìn)的微機(jī)技術(shù)與高性能的集成芯片,利用先進(jìn)的微功耗高新技術(shù),整機(jī)功耗低,既可憑內(nèi)電池長(zhǎng)期供電運(yùn)行,又可由外電源供電運(yùn)行,采用LCD顯示屏方便讀數(shù),輸出脈沖信號(hào),也可輸出(4~20)mA的標(biāo)準(zhǔn)模擬信號(hào)。[6]
1.3自動(dòng)化程度高
具備通訊接口能夠與上位機(jī)進(jìn)行通訊,一臺(tái)上位機(jī)可與多臺(tái)流量計(jì)進(jìn)行通訊，便于集中管理。'
2氣體渦輪流量計(jì)工作原理
氣體渦輪流量計(jì)的基本原理是:當(dāng)沿軸線流動(dòng)的流體進(jìn)入流量傳感器時(shí),葉片迫使流體旋轉(zhuǎn),然后在旋渦蔓生體的中心產(chǎn)生渦流。
渦流在文丘里管中流動(dòng),到達(dá)收縮段后突然節(jié)流,從而加速。當(dāng)渦旋進(jìn)人擴(kuò)散區(qū)時(shí),回流迫使其進(jìn)行二次旋轉(zhuǎn)。此時(shí)，渦流的旋轉(zhuǎn)頻率與介質(zhì)的速度成線性正比。壓電傳感器檢測(cè)到的弱電荷信號(hào)被前置放大器放大,濾波和整形,然后轉(zhuǎn)換為脈沖信號(hào),其頻率與流速成正比。最后,信號(hào)被發(fā)送到積分器進(jìn)行計(jì)數(shù)和處理。
流量積算儀由溫度和壓力計(jì)量模擬通道以及微處理單元組成,流量計(jì)中的微處理器可根據(jù)溫度測(cè)量值對(duì)應(yīng)得到介質(zhì)密度和壓力,完成介質(zhì)的體積流量和質(zhì)量流量的計(jì)算;還可按照氣態(tài)方程進(jìn)行溫壓補(bǔ)償,并自動(dòng)進(jìn)行壓縮因子修正。
對(duì)于機(jī)械計(jì)數(shù)器式渦輪流量計(jì)，計(jì)數(shù)器通過(guò)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)并計(jì)數(shù)。對(duì)于使用電子流量積分器的流量計(jì),代表渦輪轉(zhuǎn)速的脈沖信號(hào)通過(guò)旋轉(zhuǎn)的發(fā)訊盤(pán)或信號(hào)傳感器和放大電路輸出,脈沖信號(hào)的頻率與.流體的體積流量成正比。
3氣體渦輪流量計(jì)類(lèi)型
3.1基本型渦輪流量計(jì)
傳感器本身不具備現(xiàn)場(chǎng)顯示功能,僅將流量信號(hào)遠(yuǎn)傳輸出。流量信號(hào)可分為脈沖信號(hào)或電流信號(hào)。價(jià)格低集成度高體積小巧，特別適用于與二次顯示儀.PLCDCS等計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)配合使用。
3.2智能渦輪流量計(jì)
智能渦輪流量計(jì),結(jié)合了渦輪流量傳感器和先進(jìn)的超低功耗單片微機(jī)技術(shù)開(kāi)發(fā)的顯示集成儀表，具有結(jié)構(gòu)緊湊、可靠性高、抗外部電源干擾防雷擊、成本低等優(yōu)點(diǎn)。191可現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行儀表系數(shù)三點(diǎn)修正，智能補(bǔ)償儀表系數(shù)非線性,同時(shí)顯示瞬時(shí)流量、累積流量以及溫度、壓力等計(jì)量參數(shù),具備數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)存儲(chǔ)功能和防爆功能，特別適用于與PLC、DCS等計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)配合使用。
4氣體渦輪流量計(jì)的使用
氣體渦輪流量計(jì)具有靈敏度高、重復(fù)性好、量程比大精度高特點(diǎn),因此廣泛用于天然氣流量測(cè)量中。當(dāng)流量變化很大時(shí)，氣體渦輪流量計(jì)比差壓流量計(jì)更合適。氣體渦輪流量計(jì)的量程比寬,中大口徑可以達(dá)到40:1到10:1,小口徑為6:1或5:1。隨著天然氣計(jì)量技術(shù)的發(fā)展以及對(duì)天然氣貿(mào)易和交接計(jì)量要求的提高.氣體渦輪流量計(jì)既可以滿(mǎn)足貿(mào)易計(jì)量的要求,又可以滿(mǎn)足較寬的測(cè)量范圍。另外,它的設(shè)備成本比孔板流量計(jì)和氣體超聲流量計(jì)低。因此,氣體渦輪流量計(jì)被越來(lái)越廣泛地使用,尤其中國(guó)天然氣市場(chǎng)用量增幅明顯,但是普遍存在下游市場(chǎng)前期用量較低,天然氣管道往往在初期采取低壓運(yùn)行,在運(yùn)行一段時(shí)間后逐步提高壓力,增大供應(yīng)量,渦輪流量計(jì)以其較寬的量程比能降低測(cè)量管直徑,從而較少投資。
氣體渦輪流量計(jì)精度高,普通流量計(jì)的精度為(±1~±1.5)%,特殊專(zhuān)用型為(±0.5~±0.2)%,但其精度越高,對(duì)現(xiàn)場(chǎng)條件的要求越苛刻。渦輪流量計(jì)具有良好的重復(fù)性,短期重復(fù)性可達(dá)(0.05~0.2)%。如果定期校準(zhǔn)，則可以獲得很高的精度。
氣體渦輪流量計(jì)結(jié)構(gòu)緊湊輕巧、安裝維護(hù)方便、流通能力大,適用高壓測(cè)量。儀表表體上不必開(kāi)孔，易制成高壓型儀表，,可以滿(mǎn)足管道的升壓要求。正因?yàn)榫邆湟陨蟽?yōu)點(diǎn),因此在天然氣貿(mào)易結(jié)算中是優(yōu)先選用的流量計(jì)之一。
5氣體渦輪流量計(jì)的缺陷
由于氣體渦輪流量計(jì)難以長(zhǎng)期保持穩(wěn)定的計(jì)量特性,需要定期檢定或者校準(zhǔn)。對(duì)于貿(mào)易儲(chǔ)運(yùn)和高精度測(cè)量的要求,需要經(jīng)常對(duì)流量計(jì)進(jìn)行在線實(shí)流檢定以保持其特性,同時(shí)氣體密度對(duì)儀表精度有較大影響,由于密度與溫度和壓力密切相關(guān),現(xiàn)場(chǎng)溫度和壓力的波動(dòng)是不可避免的,應(yīng)根據(jù)其對(duì)流量計(jì)計(jì)量特性的影響程度采取補(bǔ)償措施,以保持高精度。”1因此保持渦輪流量計(jì)精度的同時(shí),需要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)溫度、壓力進(jìn)行定期校準(zhǔn)和補(bǔ)償,從而確保天然氣管道貿(mào)易計(jì)量的準(zhǔn)確性。
流量計(jì)受速度分布和旋轉(zhuǎn)流的畸變影響很大。傳感器的上下兩側(cè)需要設(shè)置長(zhǎng)直管段。如果安裝空間有限,可以安裝整流器以縮短直管段的長(zhǎng)度,這不適合測(cè)量脈動(dòng)流和混溶流。被測(cè)氣體的清潔度要求很高。如果氣體變臟,可以安裝過(guò)濾器,但同時(shí)也會(huì)帶來(lái)壓力損失增大、維護(hù)增加。
6小結(jié)
氣體渦輪流量計(jì)是一種速度流量計(jì),具有精度高、重復(fù)性好、無(wú)零漂移、量程比大等優(yōu)點(diǎn)。采用先進(jìn)的超低功耗單片微機(jī)技術(shù)研制的渦輪流量計(jì),特別適合與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(例如PLC和DCS)來(lái)配套使用改善天然氣自動(dòng)化流量計(jì)量水平,其量程比寬非常適合流量變化幅度較大的場(chǎng)合,可降低測(cè)量管直徑,從而較少投資;短期重復(fù)性可達(dá)(0.05~0.2)%，如經(jīng)常校準(zhǔn)或在線校準(zhǔn)可得極高的精度;安裝維護(hù)方便,流通能力大適用高壓測(cè)量,在天然氣管道貿(mào)易結(jié)算中是優(yōu)先選用的流量計(jì);然而氣體密度對(duì)流量計(jì)精度有較大影響,需要定期校準(zhǔn)。
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