智能旋进旋涡流量计集流量、温度、压力检测功能于一体,并能进行温度、压力、压缩因子自动补偿,是石油、化工、电力、冶金等行业用于气体计量的理想仪表。
优点:
无机械可动部件,可靠性高、寿命长;
压损小、能耗低;
测量范围宽,精度较好;
可测气体、蒸汽等介质,抗震动、抗干扰,安装维护方便,适合工业现场长期使用。
缺点:
对直管段要求较高;
低流速工况下精度下降;
介质含杂质、两相流时易受影响,测量稳定性变差。
图1
一、流量计结构流量计由以下七个基本部件组成(图1):
1、旋涡发生体
用铝合金制成,具有一定角度的螺旋叶片,它固定在壳体收缩段前部,强迫流体产生强烈的漩涡流。
2、壳体
本身带有法兰,并有一定形状的流体通道,根据不同的工作压力,壳体材料可采用铸铝合金或不锈钢。
3、智能流量计积算仪(原理见图3)
由温度、压力检测模拟通道、流量检测数字通道以及 微处理单元、液晶驱动电路和其它辅助电路组成,并配有外输信号接口。
4、温度传感器
以铂电阻为温度敏感元件,在一定温度范围内,其电阻值与温度成对应关系。
5、压力传感器
以压阻式扩散硅桥路为敏感元件,其桥臂电阻在外界压力作用下会发生预期变化,因此在一定激励电流作用下,其两个输出端的电位差与外界压力成正比。
6、压电晶体传感器
安装在靠近壳体扩张段的喉部,可检测出漩涡进动的频率信号。
7、消旋器
固定在壳体出口段,其作用是消除旋涡流,以减小对下游仪表性能的影响。
二、工作原理
量传感器的流通剖面采用类文丘利管型线(图2),其入口侧装有一组螺旋型导流叶片。当流体进入传感器后,导流叶片会迫使流体形成剧烈的旋涡流;待流体进入扩散段时,旋涡流在回流作用下发生二次旋转,进而形成陀螺式涡流进动现象。该进动频率与流体流量呈正比,且不受流体物理性质及密度的影响,因此检测元件只需捕捉这一二次旋转进动频率,便可在较宽流量范围内实现良好的测量线性度。
检测到的信号经前置放大器完成放大、滤波及整形处理后,转换为与流体流速成正比的脉冲信号;随后,该脉冲信号与温度、压力等其他检测信号一同传入微处理器,经积算处理后,最终在液晶显示屏上同步显示瞬时流量、累积流量及温度、压力等各项测量数据。
三、流量积算仪工作原理
流量积算仪由温度和压力检测模拟通道、流量传感器通道以及微处理器单元组成,并配有外输出信号接口,输出各种信号。流量计中的微处理器按照气态方程进行温压补偿,并自动进行压缩因子修正,气态方程如下:
四、选型与安装
在选型过程中应把握两条原则;即:一要保证生产安全,二要保证使用精度。为此必须落实三个选型参数,即近期和远期的最大、最小及常用流量(主要用于选定仪表公称通径)、被测介质的设计压力(主要用于选定仪表的公称压力等级)、实际工作压力(主要用于选定仪表压力传感器的压力等级)。
1.当已知被测流量为工况体积流量时,可直接按表中的流量范围选取适配的公称通径;
2.当已知被测流量为标况条件下的体积流量时,应先将标况体积流量QN换算为工况体积流量Qv,再按技术参数表中的流量范围选取相应的公称通径;
3.当两种口径流量计均能覆盖最低和最高体积流量时,在压损允许下,应尽量选小口径;
4.勿使实际最小流量Qmin低于所选公称通径流量计的流量下限;
5.流量范围、公称压力有特殊要求时可协议订货。
选型计算公式如下:
式中:T、P、Pa 含义同上,Q 为体积流量,Qn 为标准体积流量,Z/Zn 数值列于表2.因计算步长较大,表内数据仅供参考,表中数据按天然气真实相对密度Gr=0.600,氮气和二氧化碳摩尔分数均为0.00 计算。当介质压力低于0.1MPa,均可按Z/Zn=1 估算。(表2略……)
五、选型实例:
已知某一供气管线实际工作压力范围为表0.80MPa-1.2MPa,介质温度范围为-10℃~+40℃,供气峰值为标准体积流量2500,供气谷值为标准体积流量5600,天然气之真实相对密度Gr=0.591,氮气摩尔百分含量为Mn=1.6%,二氧化碳摩尔百分含量为Mc=0.8%,当地大气压力为101.3KPa,要求确定流量计之口径。
当介质压力为0.8MPa,温度为40℃,天然气的压缩因子影响最小,此时当处于供气峰期时,具有最大体积流量;而当介质压力为1.2MPa,温度为-10℃,压缩因子影响最大,此时当处于供气谷期时,具有最小体积流量。
当Gr=0.591, Mn=1.6%,Mc=0.8%,表压P=0.8MPa,温度T=40℃,按SY/T6143 之公式,可求得Zn/Z=1.0127,故最高体积流量为:
当表压P=1.2MPa,温度T=-10℃时,可求得Zn/Z=1.0355,故最小体积流量为:
再由表1 查得“流量计口径为200mm,即选取TY-200B 型流量计。
六、流量计的安装
1、流量计的安装
1)流量计安装时,严禁在其进出口法兰处直接进行电焊,以免烧坏流量计内部零件。
2)对于新安装或检修后的管道务必进行清扫,去除管道中的杂物后方能安装流量计。
3)流量计应安装在便于维修、无强电磁场干扰、无强烈机械振动以及热辐射影响的场所;
4)流量计不宜用在流量频繁中断和有强烈脉动流或压力脉动的场合;
5)流量计室外安装时,上部应有遮盖物,以防雨水浸入和烈日曝晒影响流量计使用寿命;
6)流量计可任意角度安装,流体的流向应与流量计上标识的流向一致;
7)在管道施工中,应考虑安装伸缩管或波纹管,以免对流量计造成严重的拉伸或断裂;
8)流量计应与管道同轴安装,并防止密封片和黄油进入管道内腔;
9)采用外电源时,流量计必须有可靠接地,不得与强电系统共用地线,在管道安装或检修时,不得把电焊系统的地线与流量计搭接。
10)为了不影响流体正常输送和便于维护,要求按图4 所示安装旁通管道,并保证前≥3DN、后≥1DN 的直管段;
2、直管段要求
根据旋进旋涡流量计的工作原理和流量计对上、下游直管段要求,对各种上游阻力件,建议采用如下图所列的前后直管段长度,且保持直管段内壁光滑平直。