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涡轮流量计的特点以及应用原理介绍

文章来源:上海精督测控科技有限公司人气:1739发表时间:2019-05-27

摘要:涡轮流量计是一种速度式仪表,它具有精度高,重复性好,无零点漂移,高量程比,结构简单,运动部件少,耐高压,测量范围宽,体积小,重量轻,压力损失小,维修方便等优点,涡轮流量计拥有高质量轴承、特别设计的导流片,因此极大降低了磨损,对峰值不敏感,甚者恶劣的条件下也可以给出可靠的测量变量。在石油,化工,冶金,城市燃气管网等行业中具有广泛的使用价值。

关键词:涡轮流量计

绪论: 涡轮流量计是速度式流量计中的主要种类,具有精度高、重复性好、无零点漂移、高量程比等优点。涡轮流量计拥有高质量轴承、特别设计的导流片,因此极大降低了磨损,对峰值不敏感,甚者恶劣的条件下也可以给出可靠的测量变量。涡轮流量计输出信号为脉冲,易于数字化。涡轮流量计压力损失小,叶片能防腐,可以测量粘稠和腐蚀性的介质。涡轮流量计如与带特殊功能的二次仪表配套,还可以进行定量控制,超量报警等。

涡轮流量计在石油、有机液体、无机液、液化气、天然气和低温流体上取得了广泛的应用,本文介绍下气体涡轮流量计在天然气管道上的应用。

一、气体涡轮流量计的特点

气体涡轮式流量计独有的特点使测量安装简单、方便,灵活,在线式测量及标定巡检式测量已广泛应用于石油、化工、冶金、轻纺、环保、食品等部门及水利建设等领域。

1、气体涡轮流量计能够检测介质的温度与压力,井随之进行自动补偿和压缩因子自动修正。它还可直接检测气体的标准体积或饱和蒸汽的质量流量。

2、气体涡轮流量计采用先进的微机技术与高性能的集成芯片,利用先进的微功耗高新技术,整机功耗低。该流量计既可凭内电池长期供电运行,又可由外电源供电运行。

3、流量计采用LCD显示,清晰直观,读数方便。带有脉冲信号输出,也可根据用户需要输出4~20MA的标准模拟信号。

4、采用RS485接口与上位机联网。每台上位机可带64台流量计,且只须两根通讯线。安装费用低,便于用户集中管理。

二、气体涡轮流量计应用原理

气体涡轮流量计的基本原理当沿着轴向流动的流体进入流量传感器入时,叶片强迫流体进行旋转运动,于是在旋涡蔓生体中心产生旋涡流。旋涡流在文丘利管中旋进,到达收缩段突然节流使旋涡流加速。 当沿着轴向流动的流体进入流量传感器入时。当旋涡流进入扩散段后,因回流的作用强迫进行旋进式二次旋转。此时,旋涡流的旋转频率与介质流速成正比,并为线性。压电传感器检测的微弱电荷信号经前置放大器放大、滤波、整形后变成频率与流速成正比的脉冲信号,最后送积算仪进行计数处理。

对于机械计数器式的涡轮流量计,通过传动机构带动计数器旋转计数。对采用电子式流量积算仪的流量计,通过旋转的发讯盘或信号传感器以及放大电路输出代表涡轮旋转速度的脉冲信号,该脉冲信号的频率与流体体积流量成正比。即 f=KQ

式中:K是涡轮流量计的仪表系数,其含义为单位体积流体通过流量计时输出的脉冲数(1/L或1/m3),在流量计的使用范围内,它应该是个常数。

流量积算仪由温度和压力检测模拟通道以及微处理单元组成,并配有外输信号接口,输出各种信号。流量计中的微处理器可根据检测到的介质温度值查得介质密度和压力,完成介质的体积流量和质量流量的检测。流量计中的微处理器可按照气态方程进行温压补偿,并自动进行压缩因子修正。


三、气体涡轮流量计类型

1、基本型涡轮流量计

传感器本身不具备现场显示功能,仅将流量信号远传输出。流量信号可分为脉冲信号或电流信号(4-20mA);仪表价格低廉,集成度高,体积小巧,特别适用于与二次显示仪、PLC、DCS等计算机控制系统配合使用。

2、智能一体化涡轮流量计

一体化涡轮流量计,采用先进的超低功耗单片微机技术研制的涡轮流量传感器与显示积算一体化的新型智能仪表,采用双排液晶现场显示,具有机构紧凑、读数直观清晰、可靠性高、不受外界电源干扰、抗雷击、成本低等明显优点。仪表具备仪表系数三点修正,智能补偿仪表系数非线性,并可进行现场修正。高清晰液晶显示器同时显示瞬时流量(4位有效数字)及累积流量(8位有效数字,带清零功能)。所有有效数据掉电后保持10年不丢。

3、引智能涡轮流量计

采用先进的超低功耗单片微机技术研制的涡轮流量传感器与显示积算一体化的新型智能仪表,通过微处理单元对由温度和压力检测模拟通道、流量传感器通道采集的信号按照气态方程进行温度压力补偿,自动进行压缩因子修正,在液晶显示器将全部数据(瞬时流量、日累积流量、总累积流量、温度、压力、时间、日期、电池电量)直观的显示出来,并可输出工况、标况脉冲信号、4-20mA、RS485、IC卡信号等多种通讯信号。仪表采用内置锂电池和外供24VDC双供电方式,当用户不需要任何信号输出功能时可不用对仪表24VDC外供电,仪表自动切换到内置锂电池供电,电池电量可连续工作3年以上。该类涡轮流量计为防爆产品。

4、智能气体涡轮流量计

综合了气体力学、流体力学、电磁学等理论而自行研制开发的新一代高精度、高可靠性的气体精密计量仪表,具有出色的低压和高压计量性能,多种信号输出方式以及对流体扰动的低敏感性,广泛适用于天然气、煤制气、液化气、轻烃气等气体的计量。该类涡轮流量产品本身不具备现场显示功能,仅将流量信号以脉冲信号的方式远传输出。仪表价格低廉,集成度高,体积小巧,特别适用于与二次显示仪、PLC、DCS等计算机控制系统配合使用。


四、气体涡轮流量计的应用

气体涡轮流量计具有灵敏度高,重复性好,量程比宽,准确度高的特点,从而在天然气流量计量中被广泛采用。

气体涡轮流量计较差压式流量计更适合流量变化幅度较大的场合,量程比宽,中大口径可达40:1至10:1,小口径为6:1或5:1。随着天然气计量技术的发展和对天然气贸易、交接计量要求的提高,气体涡轮流量计将会逐步使用于天然气流量计量中。中国天然气市场用量增幅明显,但是普遍存在下游市场前期用量较低,天然气管道往往在初期采取低压运行,在运行一段时间后逐步提高压力,增大供应量,涡轮流量计以其较宽的量程比能降低测量管直径,从而较少投资。

准确度高,普通流量计的准确度为±1%~±1.5%,特殊专用型为±0.5%~±0.2%。涡轮流量计重复性好,短期重复性可达0.05%~0.2%,由于具有良好的重复性,如经常校准或在线校准可得极高的精确度,在天然气管道贸易结算中是优先选用的流量计。

结构紧凑轻巧,安装维护方便,流通能力大。适用高压测量,仪表表体上不必开孔,易制成高压型仪表,可以满足管道的升压要求,给采用新型流量计预备足够的时间去做市场调研。

五、气体涡轮流量计的不足

由于气体涡轮流量计难以长期保持校准特性,需要定期检定。对于贸易储运和高准确度测量的要求,需要经常对流量计进行在线实流检定以保持其特性。同时气体密度对仪表特性有较大影响。气体流量计易受密度影响,由于密度与温度、压力关系密切,在现场温度、压力波动是难免的,要根据它们对准确度影响的程度采取补偿措施,才能保持较高的计量准确度。保持涡轮流量计精确度的同时,需要对现场温度、压力做到精度校准,并适时做好补偿,从而确保天然气管道贸易计量的准确性。

流量计受流速分布畸变和旋转流的影响较大,传感器上下游侧需设置较长的直管段,如安装空间有限制,可加装流动调整器(整流器)以缩短直管段长度。不适于脉动流和混相流的测量。对被测气体的清洁度要求较高,若气质较脏,可安装过滤器,但亦带来压损增大、维护量增加等副作用。

五、小论

气体涡轮流量计是一种速度式流量计,它具有压力损失小、精度高、始动流量低,量程比大、抗振与抗脉动流性能好等特点。该类型产品广泛使用于石油、化工、电力、工业锅炉、燃气调压站、输配气管网天然气、城市天然气等领域,并已被广泛使用于贸易计量。在欧洲和美国气体涡轮流量计是仅次于孔板流量计的天然气计量仪表。

气体涡轮流量计作为最通用的流量计之一,其产品已发展为多品种、全系列、多规格批量生产的规模。