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浅析天然气用涡轮流量计测量的优势与注意事项
点击次数:173 发布时间:2018-06-30
在流量计中涡轮流量计、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,而涡轮流量计有具有自己的特点,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、涡轮流量计原理和结构
涡轮流量计的工作原理:
    涡轮流量计的原理方框图如图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。
 
  涡轮流量计结构图
 
涡轮流量计原理方框图
涡轮的转速通过装在机壳外的传感线圈来检测。当涡轮叶片切割由壳体内永久磁钢产生的磁力线时,就会引起传感线圈中的磁通变化。传感线圈将检测到的磁通周期变化信号送入前置放大器,对信号进行放大、整形,产生与流速成正比的脉冲信号,送入单位换算与流量积算电路得到并显示累积流量值;同时亦将脉冲信号送入频率电流转换电路,将脉冲信号转换成模拟电流量,进而指示瞬时流量值。
涡轮流量计原理方框图见图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)涡轮
    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)轴承
    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。
 
水力平衡原理示意图
(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。
磁电转换器国内一般采用磁阻式,它由永久磁钢及外部缠绕的感应线圈组成。当流体通过使讽轮旋转的,叶片在永久磁钢正下方时磁阻zui小,两叶片空隙在磁钢下方时磁阻zui大,涡轮旅转,不断地改变磁路的磁通量,使线圈中产生变化的感应电势,送入放大整形电路,变成脉冲信号。
    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--涡轮流量计输出脉冲频率;
     qv--通过流量计的流量。
     该比例系数亦称为涡轮流量计的仪表系数。
 
 涡轮流量计前置放大器原理图
(4)信号接收与显示
    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、进口涡轮流量计(以爱拓利涡轮流量计为例)
就原理而言,进口和国产涡轮流量计的原理相同,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。
爱拓利涡轮流量计主要由表体、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。爱拓利涡轮流量计为机械传动计量,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。爱拓利涡轮流量计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。
 
 爱拓利涡轮流量计
对于进口涡轮流量计的原理和结构在这里不再赘述,下面重点谈谈爱拓利涡轮流量计的主要特点:
l         高精确度:对于气体介质,涡轮流量计精度一般为±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:爱拓利涡轮流量计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:爱拓利涡轮流量计结构紧凑、安装方便,只要求入口有两倍的直管段,出口无要求。
涡轮流量计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。爱拓利涡轮流量计针对这些原因,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、气体体积校正仪
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,保证涡轮流量计长期正常工作,已经越来越成为供用双方关注的焦点。
下面以涡轮流量计为例,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:
 涡轮流量计在安装时需要注意事项:
1.安装涡轮流量计前,工艺管道要清扫干净;
                           
 2.流体流向必须与流量计外壳上的箭头指向一致,不能装反,并符合说明书的安装环境要求,尤其室外安装应有避阳光直射和防雨淋措施;
                           
 3.流量计连接的前后管道的内径应与流量计口径一致,管道与流量计连接处不能有凸出物(如凸出的焊缝和垫片等)伸入管道内,并注意管道轴线和流量计轴线保持同心;
 4.流量计前应安装过滤器,以消除杂质的影响。
涡轮流量计在使用和维护过程中需要注意事项:
1.涡轮流量计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.定期对流量计进行清洗、检查和复校,有润滑油或清洗液注入口的流量计,应按说明书的要求定期注入润滑油或清洗液,以维护叶轮良好运行;
3.监查显示仪表状况,评估显示仪表读数,有异常要及时检查;
4.保持过滤器畅通,过滤器堵塞情况可以从其入口、出口处压力表读数差的增大来判断出,出现堵塞及时排除;
5.对于贸易结算用涡轮流量计,为保证计量的准确可靠,必须定期进行检定。
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