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浅析天然气用渦輪流量計测量的优势与注意事项
点击次数:173 发布时间:2018-06-30
在流量計中渦輪流量計、容积式流量计和科氏质量流量计是三类重复性、精确度最佳的产品,而渦輪流量計有具有自己的特点,如结构简单、加工零部件少、重量轻、维修方便、流通能力大和科适应高参数(高温、高压和低温)等是容积式流量计和科氏流量计难以达到的。
1、渦輪流量計原理和结构
渦輪流量計的工作原理:
    渦輪流量計的原理方框图如图1所示。在管道中心安放一个涡轮,两端由轴承支撑。当流体通过管道时,冲击涡轮叶片,对涡轮产生驱动力矩,使涡轮克服摩擦力矩和流体阻力矩而产生旋转。在一定的流量范围内,对一定的流体介质粘度,涡轮的旋转角速度与流体流速成正比。由此,流体流速可通过涡轮的旋转角速度得到,从而可以计算得到通过管道的流体流量。
 
  渦輪流量計结构图
 
渦輪流量計原理方框图
渦輪的轉速通過裝在機殼外的傳感線圈來檢測。當渦輪葉片切割由殼體內永久磁鋼産生的磁力線時,就會引起傳感線圈中的磁通變化。傳感線圈將檢測到的磁通周期變化信號送入前置放大器,對信號進行放大、整形,産生與流速成正比的脈沖信號,送入單位換算與流量積算電路得到並顯示累積流量值;同時亦將脈沖信號送入頻率電流轉換電路,將脈沖信號轉換成模擬電流量,進而指示瞬時流量值。
渦輪流量計原理方框图见图2。
    流体从机壳的进口流入。通过支架将一对袖承固定在管中心轴线上,涡轮安装在轴承上。在涡轮上下游的支架上装有呈辐射形的整流板,以对流体起导向作用,以避免流体自旋而改变对涡轮叶片的作用角度。在涡轮上方机壳外部装有传感线圈,接收磁通变化信号。其主要部件有:
(1)渦輪
    涡轮由导磁不锈钢材料制成,装有螺旋状叶片。叶片数量根据直径变化而不同,2-24片不等。为了使涡轮对流速有很好的响应,要求质量尽可能小。
    对涡轮叶片结构参数的一般要求为:叶片倾角10°~15°;叶片重叠度P为1~1.2;叶片与内壳间的间隙为0.5~1mm。
(2)軸承
    涡轮的轴承一般采用滑动配合的硬质合金轴承,要求耐磨性能好。由于流体通过涡轮时会对涡轮产生一个轴向推力,使铀承的摩擦转矩增大,加速铀承磨损,为了消除轴向力,需在结构上采取水力平衡措施,其原理见图3所示。由于涡轮处直径DH略小于前后支架处直径Ds,所以,在涡轮段流通截而扩大,流速降低,使流体静压上升ΔP,这个ΔP的静压将起到抵消部分轴向推力的作用。
 
水力平衡原理示意圖
(3)前置放大器
    前置放大器由磁电感应转换器与放大整形电路两部分组成,示意图见图4所示。
磁電轉換器國內一般采用磁阻式,它由永久磁鋼及外部纏繞的感應線圈組成。當流體通過使諷輪旋轉的,葉片在永久磁鋼正下方時磁阻zui小,兩葉片空隙在磁鋼下方時磁阻zui大,渦輪旅轉,不斷地改變磁路的磁通量,使線圈中産生變化的感應電勢,送入放大整形電路,變成脈沖信號。
    输出脉冲的频率与通过流量计的流量成正比,其比例系数K为
                                K=f/qv
式中: f--渦輪流量計输出脉冲频率;
     qv--通过流量计的流量。
     该比例系数亦称为渦輪流量計的仪表系数。
 
 渦輪流量計前置放大器原理图
(4)信號接收與顯示
    信号接收与显示器内系数校正器、加法器和频电转换器等组成,其作用是将从前置放大器送来的脉冲信号变换成累积流量和瞬时流量并显。
2、进口渦輪流量計(以爱拓利渦輪流量計为例)
就原理而言,进口和国产渦輪流量計的原理相同,都是一种速度式流量计,当气体流入流量计时,首先通过流量计入口的整流器,在整流器收缩段加速,并调整流速的分布,克服气体扰动的影响,然后进入管网,由于涡轮叶片设计成角度的重叠,使气体在低速时能够zui大限度的吸收气体能量。由于气体的冲力,涡轮克服摩擦力矩和阻力力矩开始转动,当力矩达到平衡,速度稳定,涡轮的角频率与流入流量计的气体平均流速成正比。
爱拓利渦輪流量計主要由表体、表体前端的导流翼(整流器)、涡轮(叶轮)、齿轮传送装置和计数器五个部分组成,另外根据实际需要表体上可以选配温度套管、压力接口、高频发生器、参考高频发生器、润滑油泵等。爱拓利渦輪流量計为机械传动计量,无需任何耗电即可在表头计数器内进行工况流量的总计量。其温压补偿及压缩系数补偿在电子体积校正仪内完成。所以既保证计量的稳定性又能做到选配的灵活性。爱拓利渦輪流量計的设计制造符合欧共体标准、OIML IR-32/88建议标准及ISO/DIN9951标准,结构形式符合国际规范。
 
 爱拓利渦輪流量計
对于进口渦輪流量計的原理和结构在这里不再赘述,下面重点谈谈爱拓利渦輪流量計的主要特点:
l         高精确度:对于气体介质,渦輪流量計精度一般为±1%R~±1.5%R,特殊专用型为±0.5%R~±1.0%R。在所用流量计中属于zui精确之一。
l         重复性好:短期重复性可以达到0.05%~0.2%,正是由于具有良好的重复性,是在燃气贸易结算中zui优先选择的流量计。如果经常校准或在线校准,可得到极高的精确度。
l         低频脉冲信号:低频脉冲信号适于总量计量及与流量计算机或校正仪连接,无零点漂移,抗干扰能力强,同时具有高频输出,可用于流量计的运行状态在线监测。
l         范围度宽:1:20或1:30的量程比,高压可以扩展到1:50。
l         自润滑轴承:爱拓利渦輪流量計采用永久自润滑轴承,可以实现8年免维护(对气质清洁、干燥的天然气而言)。
l         直管段要求低:爱拓利渦輪流量計结构紧凑、安装方便,只要求入口有两倍的直管段,出口无要求。
渦輪流量計使用受限的主要原因有:1、轴承磨损;2、粘附性的杂质对涡轮和轴承的影响。爱拓利渦輪流量計针对这些原因,经过对流量计的材质和结构的改进,采用永久自润滑轴承,使用寿命一般都很长。
四、氣體體積校正儀
随着城市化进程的加快和国家“西气东输”工程的全面启动,天然气作为一种高效、清洁的燃料和优质化工原料越来越多的用于企业生产和居民生活中。如何保障保证天然气计量系统的准确可靠,保证渦輪流量計长期正常工作,已经越来越成为供用双方关注的焦点。
下面以渦輪流量計为例,简要介绍一下在安装、使用和维护过程中应该需要注意的事项:
 渦輪流量計在安装时需要注意事项:
1.安装渦輪流量計前,工艺管道要清扫干净;
                           
 2.流體流向必須與流量計外殼上的箭頭指向一致,不能裝反,並符合說明書的安裝環境要求,尤其室外安裝應有避陽光直射和防雨淋措施;
                           
 3.流量計連接的前後管道的內徑應與流量計口徑一致,管道與流量計連接處不能有凸出物(如凸出的焊縫和墊片等)伸入管道內,並注意管道軸線和流量計軸線保持同心;
 4.流量計前應安裝過濾器,以消除雜質的影響。
渦輪流量計在使用和维护过程中需要注意事项:
1.渦輪流量計投运前要先进行仪表系数的设定,仔细检查,确定流量计接线无误、接地良好后方可送电;
                           
2.定期對流量計進行清洗、檢查和複校,有潤滑油或清洗液注入口的流量計,應按說明書的要求定期注入潤滑油或清洗液,以維護葉輪良好運行;
3.监查顯示儀表状况,评估顯示儀表读数,有异常要及时检查;
4.保持過濾器暢通,過濾器堵塞情況可以從其入口、出口處壓力表讀數差的增大來判斷出,出現堵塞及時排除;
5.对于贸易结算用渦輪流量計,为保证计量的准确可靠,必须定期进行检定。
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