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石油流量的測量

1 石油流量測量的特點(diǎn)  石油是國民經(jīng)濟(jì)的血液，一年數(shù)億噸的石油在采集、輸送、儲存、加工及分配等各個(gè)環(huán)節(jié)，需要用大量的流量測量儀表，由于石油在各個(gè)不同環(huán)節(jié)所表現(xiàn)出來的特性差別很大，計(jì)量數(shù)據(jù)用途也有不同，所以儀表選型、使用等也有很大差異。

與其他液體計(jì)量相比，石油流量測量有下列主要特點(diǎn)。

①石油品種較多，不同品種之間差異較大。

a.中低黏度石油產(chǎn)品如煤油、柴油、黏度不高，溫度不高，流體潔凈，對測量無苛刻的要求。

b.高黏度油品如原油、重油、渣油等，黏度較高，為了便于輸送，往往被加熱到較高溫度。流體中含有固態(tài)雜質(zhì)，流量測量前須嚴(yán)格過濾。

c.低黏度油品如汽油、液化石油氣，黏度很低。

② 計(jì)量度要求高。用于貿(mào)易結(jié)算的油品計(jì)量，必須達(dá)到規(guī)定的度，以保證供需雙方的利益。GB/T17167規(guī)定，分廠（車間）和重點(diǎn)用能設(shè)備能耗考核用汽油、柴油、原油計(jì)量應(yīng)達(dá)到0.5％R度；進(jìn)出企業(yè)結(jié)算用汽油、柴油、原油計(jì)量應(yīng)達(dá)到0.35％R度，而在大宗油品計(jì)量中，計(jì)量度的要求更高，意義更大。例如經(jīng)原油交接計(jì)量站計(jì)量的原油，一個(gè)站每年約為數(shù)百萬噸，千分之一的誤差就將引起每年100萬元的結(jié)算差額。

③ 應(yīng)考慮在線實(shí)流校準(zhǔn)。用于石油計(jì)量的流量計(jì)，一般口徑較大，拆下送檢極不方便，一般應(yīng)有實(shí)流校準(zhǔn)設(shè)施或留有連接標(biāo)準(zhǔn)表的接口，以便進(jìn)行在線實(shí)流校準(zhǔn)。

④質(zhì)量流量測量。大多數(shù)情況下以質(zhì)量流量結(jié)算。

⑤流體易燃易爆。

（2）儀表的選型和使用

①容積式儀表的使用。容積式流量計(jì)在石油產(chǎn)品的計(jì)量方面有悠久史的使用歷史，石油行業(yè)積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，其中ISO2714：1980《液態(tài)烴——用除計(jì)量泵以外的定排量（容積式）儀表系統(tǒng)的體積測量》就包含了很多實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)^[17]。容積式流量計(jì)在石油計(jì)量中具有*的優(yōu)勢，關(guān)鍵原因是流體本身的潤滑作用，使這種儀表能長期、穩(wěn)定運(yùn)行。而且度高，范圍度較大（一般可達(dá)10∶1）。

石油計(jì)量用的容積式流量計(jì)常用的有橢圓齒輪式、腰輪式、螺桿式、旋轉(zhuǎn)活塞式、刮板式等多種，不同的種類其口徑、范圍和適用的流體黏度也不同。

容積式流量計(jì)選型和使用中應(yīng)注意如下幾點(diǎn)。

a.度與流量范圍度有關(guān)。同一臺儀表如果額定度等級較高，只能在較低的范圍度內(nèi)得到，如果想得到較大的范圍度則必須要降低度等級。例如，各類轉(zhuǎn)子式液體儀表范圍度為5∶1時(shí)，基本誤差為±0.2％R；范圍度為10∶1時(shí)，則降為±0.5％R。表3.6是不同口徑0.2級腰輪流量計(jì)在不同油品條件下應(yīng)用能獲得的流量范圍。

    表3.6  腰輪流量計(jì)測量范圍（度：±0.2％，流量單位：m³/h）

注：1.連續(xù)——可連續(xù)工作8h以上的流量范圍。

    2.間斷——僅能工作8h以內(nèi)的流量范圍。

    3.zui高——只能瞬時(shí)工作（不保證度）的zui大流量。

b.流體黏度對測量誤差有一定影響。與渦輪流量計(jì)等其他流量計(jì)相比，黏度影響較小，此外，還與許多其他流量計(jì)隨黏度增大而誤差增大不同，黏度增大因間隙間泄露減小而性能改善。圖3.27所示是液體黏度對一臺腰輪流量計(jì)基本誤差的影響。

圖3.27腰輪流量計(jì)不同黏度誤差特性例

  從圖中可看出，在0.8～11mPa·s黏度范圍內(nèi)，黏度影響較大，黏度從5.65mPa·s下降到0.8mPa·s，誤差負(fù)向增大約0.5％；在11～51mPa·s時(shí)，黏度對儀表誤差仍有明顯影響；黏度大于51mPa·s時(shí)，黏度對誤差影響已不明顯[6]。上述只是實(shí)驗(yàn)一例，間隙不同，黏度影響程度也不同。由此可見，度要求越高的測量，越要注意黏度帶來的誤差影響。

對于0.2級度容積式流量計(jì)，測量過程中黏度不能有很大變化，才能保證度。

圖3.27所示的是流體黏度在一個(gè)范圍較廣的范圍內(nèi)變化時(shí)被試儀表所表現(xiàn)出來的誤差，而在實(shí)際應(yīng)用中，一個(gè)具體的測量對象其流體黏度變化范圍是比較窄的，用戶在訂貨的時(shí)候要向制造廠提供具體黏度數(shù)據(jù)，制造廠對產(chǎn)品校準(zhǔn)時(shí)，設(shè)法將常用黏度條件下的誤差校正到zui小。

容積式流量計(jì)校準(zhǔn)時(shí)的液體黏度與實(shí)際使用的液體黏度應(yīng)盡量接近，但往往做不到這一點(diǎn)，因?yàn)橐惶讟?biāo)準(zhǔn)裝置要為各方面的用戶服務(wù)，要用來校準(zhǔn)多種類型的流量計(jì)。此時(shí)可用兩種黏度上下相鄰的液體校準(zhǔn)，再按下式用線性內(nèi)插方法求得誤差。

      E＝E₂+E₁-E₂                        3.69

式中 E——實(shí)測液體黏度的誤差，％；

     E2——分別為用比實(shí)測液體黏度大、小的液體校準(zhǔn)的誤差，％；

    ——實(shí)測液體的黏度，mPa·s。

             1、 2——分別為比實(shí)測液體黏度大、小的液體黏度，mPa·s。

c.不同型式的儀表適用黏度范圍有較大差異。用于油品測量的容積流量計(jì)常用的有橢圓齒輪式、腰輪式、螺桿式、刮板式、旋轉(zhuǎn)活塞式等。其中螺桿式對高黏度流體的適應(yīng)性*。

d.流體溫度對測量誤差的影響。容積式流量計(jì)的測量誤差同儀表計(jì)量室容積和間隙大小密切相關(guān)。流體溫度升高時(shí)，計(jì)量室容積增大轉(zhuǎn)動部件每轉(zhuǎn)一周，通過儀表的液體量相應(yīng)增大。例如橢圓齒輪流量計(jì)計(jì)量室和齒輪均為鑄鋼時(shí)，測量值變化＋0.36％/10℃^[18]；均為鑄鐵時(shí)，

測量值變化＋0.33％/10℃；計(jì)量室為鑄鐵，齒輪為鑄鋁時(shí)，則為＋0.14％/10℃ ^[6]。

  e.壓力損失及黏度對壓力損失的影響。容積式流量計(jì)是由流體能量來推動測量元件，因此帶來相當(dāng)高的壓力損失。此壓力損失 要比同樣口徑和流量的渦輪式或其他有阻礙流量計(jì)大。液體用儀表在zui大流量時(shí)黏度為1～5mPa·s，液體的壓力損失在20～100kPa之間。若黏度增加，壓力損失隨著增加。圖3.28所示為橢圓齒輪流量計(jì)在不同黏度液體下流量－壓力損失曲線^[6]，從中可以看到在相同流量下，黏度增加造成壓損增加的程度。

圖3.28橢圓齒輪流量計(jì)壓力損失與黏度關(guān)系例

壓力損失 p與流量q之間的關(guān)系可用 表示（其中k為系數(shù),n為指數(shù)）。黏度在5mPa·s以下時(shí)n=2，在500mPa·s以上時(shí)n=1；在兩者之間時(shí)，n=1.9～1.1。

f.間隙對壓力損失的影響。在轉(zhuǎn)子式容積流量計(jì)中，轉(zhuǎn)子同殼體之間的間隙直接影響。在轉(zhuǎn)式容積流量計(jì)中，轉(zhuǎn)子同殼體之間的間隙直接影響壓力損失。在測量高黏度介質(zhì)時(shí)，有時(shí)采用加大轉(zhuǎn)子與殼體之間間隙的方法，以減小由黏性而引起的剪切力，降低壓力損失。圖3.29所示為同一種黏度、同一口徑、不同間隙的腰輪流量計(jì)的 曲線^[19]。

g.用于測量液化石油氣時(shí)需特殊處理。液化石油氣（LPG）槽車發(fā)送，加油站加液常用容積式流量計(jì)（如螺桿式）計(jì)量。石油氣的組成以丁烷為主，常處于氣液平衡狀態(tài)，環(huán)境溫度變化引起LPG溫度相應(yīng)變化，從而使得其壓力相應(yīng)變化，夏季壓力常高于2MPa，此壓力還受其組成影響。LPG的密度較小，介于0.51～0.58/cm3之間，是其組成、溫度和壓力的函數(shù)。

圖3.29間隙同壓力損失關(guān)系（重油 ＝18.4 10^－6m²/s）

  LPG的黏度很低，低于汽油的黏度0.7mPa·s很多，僅為0.10～0.17mPa·s^[6]。用水（黏度約1mPa·s）校準(zhǔn)的容積式流量計(jì)用于測量LPG，僅黏度影響就可能帶來－0.5％左右示值偏差和zui小流量值升高；此外,還有潤滑性差帶來的影響。為了改善這種影響，儀表必須有外加潤滑劑的潤滑系統(tǒng)。

由于LPG處于氣液平衡狀態(tài)，故壓縮系數(shù)較大，壓力升高體積壓縮達(dá)（0.44～0.73）％/MPa，常用適當(dāng)?shù)姆椒ㄓ枰匝a(bǔ)償。

LPG系統(tǒng)在任何時(shí)候即使停止運(yùn)行，儀表、泵等也須充滿液體，盡量避免空管或半空。因?yàn)槲闯錆M時(shí)液體蒸發(fā)，在儀表等器件表面析出沉積物，沉積垢屑磨損儀表，縮短使用壽命。

h.預(yù)防轉(zhuǎn)子卡死。轉(zhuǎn)子式容積流量計(jì)，轉(zhuǎn)子一旦卡死，液體就無法通過，因此在設(shè)計(jì)、操作和維護(hù)時(shí)都應(yīng)注意，預(yù)防轉(zhuǎn)子卡死。

在設(shè)計(jì)階段應(yīng)考慮在儀表前加裝過濾器，如果液體中固體較多，可分多級過濾，前級濾網(wǎng)目數(shù)少，后級濾網(wǎng)目數(shù)逐級增多。在維護(hù)時(shí)應(yīng)注意過濾器的定期排放清理。如果沒有停車排放的機(jī)會，可并聯(lián)設(shè)置過濾器，用閥門切換輪換清理。

儀表投運(yùn)時(shí)應(yīng)謹(jǐn)慎操作，切換速度不能太快，防止熱沖擊隊(duì)機(jī)械部件的損傷。還應(yīng)防止因操作不慎引起流量計(jì)兩端過大的壓差，導(dǎo)致儀表損傷。正常的操作順序應(yīng)是先打開旁通閥（如圖3.30所示），沖走管道內(nèi)可能存在的焊渣、鐵銹等，然后緩慢開啟上游切斷閥，讓儀表溫度緩慢升高（如果流體是經(jīng)預(yù)熱的），待溫度平衡后，緩慢開大下游切斷閥，zui后徐徐關(guān)閉旁通閥，并主義觀察流量示值，不讓流量超過上限值太多。

對于鍋爐等設(shè)備燃油計(jì)量用的容積式流量計(jì)，為了防止斷油帶來嚴(yán)重后果，往往采用兩路供油，并分別測其流量，也可采用兩臺流量計(jì)并聯(lián)使用。

用蒸汽沖洗管道時(shí)，禁止蒸汽通過流量計(jì)。

圖3.30管道連接圖

  i.容積式流量計(jì)的缺點(diǎn)。容積式流量計(jì)的缺點(diǎn)除了上面所述轉(zhuǎn)子易卡而影響通液之外，主要還有下面幾點(diǎn)。

•·結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積大，笨重，尤其是口徑較大時(shí)，體積龐大,故一般只適用于中小口徑。

·由于高溫條件下零件熱膨脹、變形，低溫條件下材料變脆等問題，容積式流量計(jì)不適用于高低溫場合，流體溫度范圍只能達(dá)到－30～160，壓力zui高10MPa。

·隊(duì)流體潔凈程度要求高，當(dāng)含有顆粒等各種固形物時(shí)，流量計(jì)上游須裝數(shù)目足夠多的過濾器，并要經(jīng)常清理，維護(hù)工作量大。

·轉(zhuǎn)動部分長期運(yùn)轉(zhuǎn)，引起機(jī)械磨損，一般都導(dǎo)致計(jì)量誤差增大。

·部分型式容積流量計(jì)（如橢圓齒輪式、腰輪式、旋轉(zhuǎn)活塞式）在測量過程中會引起流動脈動，較大口徑儀表噪聲較大，甚至使管道產(chǎn)生振動。

①     不同類型容積式儀表的特點(diǎn)

a.橢圓齒輪流量計(jì)。安裝在計(jì)量腔內(nèi)的一對相互嚙合的橢圓齒輪，在流體的作用下交替相互驅(qū)動，各自繞軸旋轉(zhuǎn)。齒輪與殼體之間有一新月形計(jì)量室，齒輪每轉(zhuǎn)一周就排出4份固定的容積，因此由齒輪的轉(zhuǎn)動次數(shù)就可計(jì)出流體流過的總量。其原理如圖3.31所示。

圖3.31橢圓齒輪流量計(jì)工作原理

橢圓齒輪流量計(jì)對流體的清潔度要求較高，如果被測介質(zhì)過濾不清，齒輪很容易被固體異物卡死而停止測量。其另一不足之處是齒輪既作計(jì)量之用又作驅(qū)動之用，使用日久齒輪磨損后，齒輪與殼體之間所構(gòu)成的新月形計(jì)量室容積相應(yīng)增大；齒輪與殼體之間的間隙也相應(yīng)增大（導(dǎo)致泄露增大）。這兩個(gè)因素都使得儀表示值偏低。在儀表超負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，磨損加速，上述情況變得更加嚴(yán)重。

  對于高黏度液體，儀表的活動測量元件符合增加。橢圓齒輪流量計(jì)為了減少液體在齒隙間擠壓負(fù)荷，有時(shí)在齒輪上開若干溝槽御荷（≥150mPa·s時(shí)），大于500mP·s時(shí)，則采用缺齒的橢圓齒輪。

b.腰輪流量計(jì)。在腰輪流量計(jì)中，由腰輪同殼體所組成的計(jì)量室和腰輪轉(zhuǎn)數(shù)實(shí)現(xiàn)計(jì)量,其原理如圖3.32所示。

  由于同計(jì)量度密切相關(guān)的是腰輪，而驅(qū)動由專門的驅(qū)動齒輪擔(dān)任，因此，驅(qū)動齒輪的磨損不影響計(jì)量度。另外，根據(jù)力學(xué)關(guān)系分析，主動輪對從動輪的驅(qū)動，驅(qū)動力由驅(qū)動輪傳遞，兩個(gè)腰輪之間無明顯摩擦，所以腰輪磨損極微小，這一特點(diǎn)使得腰輪流量計(jì)能長期保持較高的測量度。

圖3.32腰輪流量計(jì)工作原理

c.旋轉(zhuǎn)活塞式流量計(jì)。旋轉(zhuǎn)活塞式流量計(jì)工作原理如圖3.33所示。其顯著的特點(diǎn)是其zui大、zui小流量比相同口徑的其他容積式流量計(jì)都小，如表3.7所示。主要用于各種工業(yè)爐窯燃油計(jì)量。由于結(jié)構(gòu)關(guān)系，該原理儀表必須水平安裝。投入使用前必須利用所設(shè)的排氣螺塞進(jìn)行排氣，才能保證計(jì)量度。

圖3.33旋轉(zhuǎn)活塞流量計(jì)工作原理

               表3.7  幾種容積式流量計(jì)的允許流量值

d.彈性刮板式流量計(jì)。前面所述的幾種容積式雖然具有較高的計(jì)量度，但有一個(gè)共同的弱點(diǎn)，即要求流經(jīng)流量計(jì)的介質(zhì)相當(dāng)清潔，介質(zhì)中固體顆粒不得大于轉(zhuǎn)子與殼體之間所存在的zui小間隙，否則會造成流量計(jì)卡死或因磨損而誤差顯著增大。故要求在流量計(jì)上游安裝過濾器，過濾網(wǎng)的目數(shù)必須根據(jù)所采用的流量計(jì)合理選擇。但在雜質(zhì)量較多的場合，過濾器極易堵塞，需進(jìn)行頻繁的清洗，使管線無法正常輸液，例如未經(jīng)處理的井口原油。

  彈性刮板流量計(jì)是一種結(jié)構(gòu)*的容積式流量計(jì)，其結(jié)構(gòu)如圖3.34所示。作為計(jì)量部件的轉(zhuǎn)子和刮板與計(jì)量腔為彈性接觸，刮板具有很大的回彈余地。所以，即使介質(zhì)中含有較多雜質(zhì)、固體粒度較大，也可正常工作，不會發(fā)生卡死和嚴(yán)重的磨損現(xiàn)象。與腰輪流量計(jì) 相比，具有運(yùn)行無脈動和噪聲小的優(yōu)點(diǎn)，但計(jì)量度不如腰輪高，一   

 般做到±1％R；使用氟橡膠做彈性材料時(shí)，使用溫度可達(dá)130℃。

圖3.34彈性括板流量計(jì)工作原理1－殼體；2－嵌條；3－擋塊；4－轉(zhuǎn)子

     e.螺桿式流量計(jì)。螺桿式流量計(jì)也有稱雙螺旋流量計(jì)和雙轉(zhuǎn)子流量計(jì)，其典型結(jié)構(gòu)如圖3.35所示。它是由兩個(gè)以徑向螺旋線間隔套裝的螺旋狀轉(zhuǎn)子組成，當(dāng)液體從正方向流經(jīng)轉(zhuǎn)子時(shí)帶動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)子與測量室殼體將流入的液體分割成已知體積的“液

塊"并排出，液體流量與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)數(shù)成正比。

螺桿式流量計(jì)的另一種結(jié)構(gòu)如圖3.36所示，其核心是一對螺旋回轉(zhuǎn)子。

   螺桿式流量計(jì)具有橢圓齒輪、腰輪流量計(jì)等的高度的優(yōu)點(diǎn)，但消除了橢圓齒輪、腰輪流量計(jì)等所固有的流量脈動和噪聲大的缺點(diǎn)。

圖3.35螺桿式流量計(jì)工作原理

圖3.36雙螺旋回轉(zhuǎn)子螺桿流量計(jì)工作原理

  由于特殊設(shè)計(jì)的螺旋轉(zhuǎn)子，使得轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)矩一定，等速回轉(zhuǎn)，等流量，無脈動，無噪聲。

  由于一對轉(zhuǎn)子排量大，所以，相同流量上限的儀表，螺桿式流量計(jì)∶1。但當(dāng)液體黏度很高（>100mPa·s）時(shí)，因流量上限受儀表兩端壓差制約，范圍度有一定程度下降。

 表3.8所示為典型的螺桿式流量計(jì)測量范圍^[11]。

表3.8  雙螺旋流量計(jì)的量程范圍（液體黏度≤100mPa·s）

③ 渦輪流量計(jì)的使用。渦輪流量計(jì)在石油成品流量測量中應(yīng)用得很廣，這主要是因?yàn)槭捅旧硎橇己玫臐櫥瑒?，在流量測量過程中能對軸和軸承進(jìn)行良好的潤滑，有利于儀表的長期可靠運(yùn)轉(zhuǎn)。軸和軸承經(jīng)特殊設(shè)計(jì)的渦輪流量計(jì)甚至在難度較高的液化石油氣流量測量中，也能獲得成功應(yīng)用。

a.優(yōu)點(diǎn)

·度高，對于液體，國內(nèi)產(chǎn)品能做到±（0.2～0.5）％R，國外產(chǎn)品有的可達(dá)到±0.15％R。

·重復(fù)性好，短期重復(fù)性可達(dá)0.05％，如經(jīng)常校準(zhǔn)，可得到非常高的準(zhǔn)確度，在定量發(fā)料、定量裝桶操作中都能獲得理想效果。

·輸出脈沖頻率信號，在與批量控制儀、流量顯示表連接進(jìn)行信號處理中，可基本做到不增加誤差。

·范圍度較寬，zui大和zui小流量比可達(dá)6∶1～10∶1，中大口徑甚至可達(dá)40∶1。

·慣性小、響應(yīng)快，時(shí)間常數(shù)為1～50ms，變化速率較低的脈動流量，引入的誤差可忽略^[21]。

·結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、輕巧、安裝維護(hù)方便，流通能力大。如果發(fā)生故障，不影響管道內(nèi)液體的輸送。

·耐高壓，可用于高壓流體的測量。

·耐腐蝕，傳感器采用耐腐蝕材料制造，能耐一般腐蝕性介質(zhì)腐蝕。

b.缺點(diǎn)

·渦輪軸承與軸之間的摩擦導(dǎo)致磨損，使儀表準(zhǔn)確度發(fā)生變化，所以用于貿(mào)易結(jié)算的表計(jì)須定期校準(zhǔn)?，F(xiàn)在有的產(chǎn)品采用寶石軸承和鎳基碳化鎢軸，使耐磨性得到根本改進(jìn)，準(zhǔn)確度可保持3～4年不變。

·一般渦輪流量計(jì)不適用于高黏度流體，隨著黏度的增大，流量計(jì)測量下限值提高，范圍度縮小，線性度變差。

·對流體的潔凈程度要求較高，流量計(jì)前加裝過濾器，濾網(wǎng)目數(shù)與儀表口徑有關(guān)，小口徑目數(shù)多些，大口徑目數(shù)少些。

c.儀表度與其范圍度有關(guān)。這一點(diǎn)同容積式流量計(jì)相似。儀表的誤差隨相對流量變化的典型曲線如圖3.37所示，即在20％～30％FS處，儀表出現(xiàn)誤差的“高峰"，其原因人們尚在討論之中^[19]，在實(shí)際應(yīng)用中，要避開誤差大的區(qū)間才能獲得高的度，因而引起范圍度的縮小。在批量發(fā)料和定量裝桶操作中，儀表運(yùn)行在非常狹小的流量范圍內(nèi)，這時(shí)能得到*的準(zhǔn)確度。

d.儀表度與黏度的關(guān)系。對于同一臺渦輪流量計(jì)，當(dāng)所測流體的黏度變化時(shí)，其測量精

圖3.37渦輪流量計(jì)特性

確度和范圍度都會有明顯的變化。黏度升高，范圍度縮小，誤差向負(fù)方向移動，如圖3.38所示。因此，黏度和溫度都較高的場合，不宜使用渦輪流量計(jì)。

圖3.38流體黏度的影響

1－水（1 ^－6m²/s）;2-煤油（2 10^－6m²/s）；2－重油（25 10^－6m²/s）

  e.材料的熱膨脹引入誤差的修正。當(dāng)實(shí)際使用流體溫度同校準(zhǔn)時(shí)有很大差別時(shí)，就需

    按下式對儀表常數(shù)進(jìn)行修正。

   K_t＝K₀ （3.70）  

  式中 K0——校準(zhǔn)時(shí)的儀表常數(shù)，P/L；

Kt——使用時(shí)的儀表常數(shù)，P/L；

t0——校準(zhǔn)時(shí)的流體溫度，℃；

t——使用時(shí)的流體溫度，℃；

      R——葉輪材料的溫度膨脹系數(shù)，℃^－1。

     H——殼體材料的溫度膨脹系數(shù)，℃^－1。

f. 防止產(chǎn)生氣穴。流體流過渦輪流量計(jì)總是有一定的壓力損失，如果被測流體為易汽化的液體或干脆就處于氣液平衡狀態(tài)，則在流量計(jì)葉輪處很容易出現(xiàn)液體的部分汽化，并在葉輪的出口側(cè)產(chǎn)生氣穴。由于液體汽化時(shí)體積膨脹，導(dǎo)致儀表示值顯著偏高。遇到這種情況，應(yīng)設(shè)法使流量傳感器出口端壓力高于式（3.71）計(jì)算的zui低壓力。

                 Pmin=2                        3.71

式中 pmin——zui低壓力，Pa；

     p——傳感器zui大流量時(shí)壓力損失，Pa；

p0——被測液體zui高使用溫度時(shí)飽和蒸汽壓，Pa；

g.能測量雙向流的渦輪流量計(jì)。這種流量計(jì)至少有兩個(gè)信號檢測器，流量顯示儀表同這兩個(gè)檢測器配合能鑒別信號的相應(yīng)，從而對流向作出判斷。儀表分別累積“正"向流量總量、“逆"向流量總量，并計(jì)算“正"“逆"向總量之差，zui后予以顯示。瞬時(shí)流量顯示不僅有數(shù)值，而且有代表流動方向的符號。

④ 差壓式流量計(jì)。前文所述的容積式流量計(jì)、渦輪流量計(jì)主要是因度高，在油品計(jì)量中獲得廣泛應(yīng)用，但壽命和可靠性不盡人意，尤其是轉(zhuǎn)子式容積流量計(jì)安全性不高，因此在過程控制油品流量測量中，因度要求不高，首先滿足可靠性，常優(yōu)先選擇差壓流量計(jì)。例如石油煉制過程中的額油品流量測量，各種工業(yè)爐窯、鍋爐等燃油流量測量。

差壓式流量計(jì)在油品流量測量中的應(yīng)用同在水流量測量中的差異主要是黏度和冷卻后易堵兩個(gè)問題，有些牌號的油品黏度較高，為了不使流量測量下限被抬高，常常選用噴嘴節(jié)流裝置。原油、重油、渣油等被加熱后才能在管道中正常輸送的流體，為了防止因冷卻而堵塞引壓管線，常采用沖洗油隔離和干脆取消引壓管線而采用帶隔離膜片的法蘭式差壓變送器直接裝在取壓口上。有些測量對象，流體中雜質(zhì)含量較高，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置易因固形物沉積和對銳緣的磨損而失準(zhǔn)，常采用楔形節(jié)流^[22]，如圖3.39所示。圖中的沖洗油經(jīng)恒節(jié)流孔對取壓口連同短管進(jìn)行連續(xù)沖洗，高低壓管沖洗流量近似相等，對儀表零點(diǎn)的影響可用忽略。這一措施一方面可防止粘稠物堵塞取壓管，另一方面在流體溫度很高時(shí)，可用降低與差壓變送器測量頭接觸的流體溫度。

圖3.39 帶沖洗楔形流量計(jì)示意

  ⑤ 超聲流量計(jì)。近幾年來，超聲流量計(jì)技術(shù)已發(fā)展得相當(dāng)成熟，價(jià)格也在降低，其突出的優(yōu)勢和應(yīng)用領(lǐng)域主要體現(xiàn)在以下方面。

流量換能器可不與被測被測介質(zhì)直接接觸，流體的高壓、含有較多雜質(zhì)以及易凝固、易結(jié)晶等惡劣條件都不對流量測量構(gòu)成威脅。近幾年來，超聲流量計(jì)應(yīng)用于重油、燃油流量測量的實(shí)例逐漸多起來。

   夾裝式超聲流量計(jì)雖然度不高，但安裝方便，常用于流量監(jiān)視和過程控制，尤其適合無停車機(jī)會的場合。還常用來作其他流量計(jì)的對手段，即在懷疑已經(jīng)裝設(shè)的液體流量計(jì)失準(zhǔn)時(shí)，將其夾裝在相應(yīng)的管段，同被校表進(jìn)行比對。這一用途在本書第6章中作了介紹。

  近幾年有的公司推出的多聲道超聲流量計(jì)度達(dá)到±0.5％R。有的適用于氣體，有的適用于清潔的液體，可用于貿(mào)易交接。

圖3.40多普勒法超聲流量計(jì)原理

  在超聲流量計(jì)應(yīng)用中，以下幾方面需正確處理。

a.正確選型。超聲流量計(jì)按工作原理分有傳播時(shí)間法和多普勒（效應(yīng)）法。前一方法已在第3.2.3節(jié)作了扼要介紹，而多普勒（效應(yīng)）法是利用聲學(xué)多普勒原理確定流體流量的。多普勒效應(yīng)是當(dāng)聲源和目標(biāo)之間有相對運(yùn)動時(shí)，會引起聲波在頻率上的變化，這種頻率變化正比于運(yùn)動的目標(biāo)和靜止的換能器之間的相對速度。圖3.40所示是多普勒流量計(jì)示意，*安裝在管外，*A向流體發(fā)出頻率為f_A的連續(xù)超聲波，經(jīng)照射域內(nèi)液體中散射體懸浮顆粒或氣泡散射，散射的超聲波產(chǎn)生多普勒頻移f_d接收換能器B收到頻率為fB的超聲波，其值為

fB=fA                 3.72

式中 v——散射體運(yùn)動速度，m/s；

c——超聲波在靜止流體中的傳播速度,m/s；

——聲道角。

多普勒頻移fD正比于散射體流動速度，即

                                      （3.73）

移項(xiàng)整理得

                                                 （3.74）

 在液體流量測量中，傳播時(shí)間法超聲流量計(jì)適用于潔凈流體的流量測量，而多普勒超聲流量計(jì)適用于固相含量較多或含有氣泡的液體。

超聲流量計(jì)的度差異很大。在傳播時(shí)間法超聲流量計(jì)中，大管徑的帶測量管的多聲道流量計(jì)，度較高，基本誤差一般可達(dá)到±（0.5～1）％R，也有高達(dá)±0.15％R，夾裝式可達(dá)到±（1～3）％R。而多普勒超聲流量計(jì)，一般可達(dá)到±（3～10）％FS，但當(dāng)固體粒子含量基本不變時(shí)，可達(dá)±（0.5～3）％FS。

b.黏度對儀表示值的影響。式（3.74）所示的流體流速其實(shí)只是換能器聲道上的流體平均流速，而人們要測量的是整個(gè)流通截面上的平均流速，由于整個(gè)截面上流速分布的不均勻，由式（3.74）測得的流速v計(jì)算平均流速時(shí)還得進(jìn)行流速分布系數(shù)修正，此系數(shù)是流體雷諾數(shù)的函數(shù)。圖3.41示出此修正系數(shù)同雷諾數(shù)的關(guān)系。從圖中可用看出，流體在從層流向紊流過渡的區(qū)間修正系數(shù)K存在明顯的突變^[23]，這對儀表示值影響較大，而且?guī)в幸欢ǖ碾S機(jī)性，因?yàn)楫?dāng)被測流體為黏度較高的油品時(shí)，黏度隨溫度有大幅度的變化，很難準(zhǔn)確計(jì)算流體的雷諾數(shù)以進(jìn)行恰到好處的修正。所以在流速較低、ReD<5000時(shí)，流量測量度難以提高，具體應(yīng)用時(shí)應(yīng)盡量避開這一段。

圖3.41流速分布修正系數(shù)與Re_D的關(guān)系

   對于黏度較低的液體，這個(gè)問題卻不用擔(dān)心，例如常溫條件下的水在DN150管道中流動，ReD=5000所對應(yīng)的流速低于0.05m/s，在流速如此的條件下，超聲流量計(jì)度指標(biāo)原本就定得很低，所以用戶不會計(jì)較。

  c.注意換能器得耐溫等級。換能器得耐溫等級一般有低、中、高溫三種，其中高溫?fù)Q能器適用的流體溫度可達(dá)210℃，當(dāng)被測流體為重油、渣油時(shí)，由于流體溫度較高，換能器連同耦合劑都應(yīng)選高溫型。

⑥ 科氏力質(zhì)量流量計(jì)

 a.工作原理。科里奧利質(zhì)量流量計(jì)（Coriolis mass flowmeter）簡稱科氏力質(zhì)量流量計(jì)，它是基于下述原理工作的。

  當(dāng)一個(gè)位于一旋轉(zhuǎn)體內(nèi)的質(zhì)點(diǎn)作向心或背離旋轉(zhuǎn)中心的運(yùn)動時(shí)，將產(chǎn)生一慣性力，如圖3.42所示。當(dāng)質(zhì)量為 _m的質(zhì)點(diǎn)以勻速v在一個(gè)圍繞固定點(diǎn)P并以角速度 旋轉(zhuǎn)的管道T內(nèi)移動時(shí)，這個(gè)質(zhì)量將獲得兩個(gè)加速度分量：其一是軸向加速度a_r（向心加速度），其量值等于 ²，方向朝向P；其二是橫向加速度a_t（科里奧利加速度），其量值等于2 ，方向如圖3.42所示，與ar垂直。

為了使質(zhì)點(diǎn)具有科里奧利加速秐"">的方向施加一個(gè)大小等于2 的力，這個(gè)力來自管道，反向作用于管道上的反作用就是科里奧利力Fc＝2 。

從圖3.42可看出，當(dāng)密度為 的流體以恒定流速v沿圖中所示的旋轉(zhuǎn)管道流動時(shí)，任何一段長度為 x的管道都將受到一個(gè)大小為 Fc的橫向科里奧利力：

圖3.42科里奧利力

Fc＝2                （3.75）

式中  A--管道的內(nèi)截面積。

由于質(zhì)量流量 qm可表示為

                                      （3.76）

因此                                            （3.77）

   由此可以看出，通過（直接或間接）測量在旋轉(zhuǎn)管道中流動的流體施加的科氏力就能測得質(zhì)量流量。

b.優(yōu)點(diǎn)。科氏力質(zhì)量流量計(jì)投入工業(yè)應(yīng)用之后，盡管售價(jià)高，但仍以其不可替代的許多優(yōu)點(diǎn)取代部分容積式流量計(jì)、速度式流量計(jì)、差壓式流量計(jì)等，穩(wěn)定地占領(lǐng)市場。其優(yōu)點(diǎn)主要如下。

·直接測量質(zhì)量流量，有很高的測量度。

·可測量流體范圍廣泛，包括高黏度流體、液固兩相流體、含有微量氣體的液氣兩相流體以及密度足夠高的中高壓氣體。

·上、下游管路引起的旋渦流和非均勻流速分布對儀表性能無影響，通常不要求配置專門長度的直管段。

·流體黏度變化對測量值影響不顯著，流體密度變化對測量值影響也極微小。

·有多路輸出，可同時(shí)分別輸出瞬時(shí)質(zhì)量流量或體積流量、流體密度、流體溫度等信號。還帶有若干開關(guān)量輸入輸出口，某些型號儀表能實(shí)現(xiàn)批量操作。

·有雙向流量測量功能。

c.缺點(diǎn)

·零點(diǎn)穩(wěn)定性差，影響其度的進(jìn)一步提高。

·不能用于測量密度較低的介質(zhì)，如低壓氣體。

·液體中含氣量稍高一些就會使測量誤差顯著增大。

·對外界振動干擾較為敏感。

·不能用于較大管徑，目前只能做到DN150～DN300。

·測量管內(nèi)壁磨損、腐蝕、沉積結(jié)垢會影響測量度。

·壓力損失大，尤其是測量飽和蒸氣壓較高的液體時(shí)，壓損很易導(dǎo)致液體汽化，出現(xiàn)氣穴，導(dǎo)致誤差增大甚至無法測量。

d.測量管結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。各個(gè)制造商所設(shè)計(jì)的科氏力質(zhì)量流量計(jì)的測量管形狀各不相同，可分成兩類，即彎曲形和直形，設(shè)計(jì)成彎曲形是為了降低剛度，因而可比直形管管壁取得厚一些，儀表性能受磨蝕、腐蝕影響減小，但易積存氣體和殘?jiān)?，引起附加誤差。此外，彎形管組成的傳感器總量和體積都比直形管大。

直形管不易積存氣體，也便于清洗。垂直安裝時(shí)，流體中的固體顆粒不易沉積在管壁上。傳感器尺寸小，總量輕，但剛度大，管壁相對較薄，測量值受磨蝕。腐蝕影響大。

測量管段數(shù)又有單管和雙管之分。其中單管型易受外界振動干擾影響；雙管型可降低外界振動干擾影響，容易實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的測量。

e.傳感器的安裝。傳感器應(yīng)確保安裝在管道中充滿被測流體的位置上，并應(yīng)盡量消除或減少流體中的固體顆粒在測量管內(nèi)壁沉積，否則儀表的測量性能將下降。為了做到這兩點(diǎn)，對于使用zui多的直形管和U形管，應(yīng)滿足表3.9所列的要求。

表3.9 測量管為直管及U形管的傳感器安裝方式指南

被測介質(zhì)水平安裝垂直安裝（旗式）潔凈的液體 帶有少量氣體的液體氣體 漿液（含有固體顆粒）可用采用。U形管的傳感器箱體在下 可用采用。U形管的傳感器箱體在下 可用采用。U形管的傳感器箱體在上 可用采用。U形管的傳感器箱體在上可用采用。流向?yàn)樽韵露贤ㄟ^傳感器 可用采用。流向?yàn)樽韵露贤ㄟ^傳感器 可用采用。流向?yàn)樽陨隙峦ㄟ^傳感器 可用采用。流向?yàn)樽陨隙峦ㄟ^傳感器科氏力質(zhì)量流量計(jì)的原理和結(jié)構(gòu)都決定了外界振動對它會造成影響，因此流量傳感器的安裝場所應(yīng)盡量遠(yuǎn)離大功率泵、電機(jī)等振動干擾源。

  在傳感器與管道的連接中，做到“無應(yīng)力“是至關(guān)重要的，這對減小整機(jī)零點(diǎn)漂移起決定性作用。所謂“無應(yīng)力"是指要力求避免或減少因安裝因素造成的應(yīng)力，為此，傳感器的安裝應(yīng)采用堅(jiān)固的支架，支架支撐的部位如圖3.43和圖3.44所示。在相連接的管道振動無法避免時(shí)，傳感器與管道之間應(yīng)采用撓性連接或通過膨脹節(jié)減小振動。

圖3.43流量傳感器在水平管道上的安裝

1－傳感器；2、3、4－閥門；5、6－支架

圖3.44流量計(jì)“旗式"安裝                        圖3.45靜壓被抵消的配管

1、2、3、4－閥門；5－傳感器；6、7－支架

傳感器如需串聯(lián)（或并聯(lián)）使用，不但傳感器之間要保持適當(dāng)?shù)木嚯x。而且串聯(lián)（或并聯(lián)）傳感器之間的工藝管道上應(yīng)安裝牢固的支架，因?yàn)閭鞲衅髦g的工藝管道能將每一個(gè)傳感器測量管的振動在傳感器之間作不同程度的傳送，從而產(chǎn)生一定的相互干擾，這些干擾振動會造成流量計(jì)零點(diǎn)不穩(wěn)定，并對流量計(jì)的調(diào)整造成困難。在這種場合，也可要求制造廠錯(cuò)開兩傳感器的振動頻率。

圖3.45所示的配管方法，雖然流量計(jì)出口管也有2m的高度但因此管道升高后又降低，靜壓被抵消，所以背壓仍無保證。。 

圖3.46所示的配管方法也是容易犯的錯(cuò)誤。由于出口端無液  封，空氣易從出口竄入管道，并逐漸上升，不僅流量計(jì)背壓保證不了，而且管道內(nèi)不能保證充滿液體。所以儀表往往無法正常工作。

圖3.46流量計(jì)和節(jié)流孔安裝位置示意

1－儲液槽；2－傳感器；3－節(jié)流孔；4－截止閥；5－計(jì)量槽

流量計(jì)的使用必須滿足背壓要求。在測量液化的氣體或熱溶劑，以及有析出氣體趨向的介質(zhì)時(shí)，為防止氣蝕的產(chǎn)生，必須保證安裝在管道中的傳感器有足夠的背壓。背壓是指傳感器下游端口處流體的壓力，一般常在距傳感器下游端口3L（L為傳感器長度）之內(nèi)的管道處測量。zui小背壓指標(biāo)為p≥A ，式中， p為流量計(jì)壓損；p0為zui高工作溫度下介質(zhì)的飽和蒸氣壓；A、 B為系數(shù)，視流量傳感器的結(jié)構(gòu)及介質(zhì)的性質(zhì)而定，一般由實(shí)驗(yàn)得出。目標(biāo)是避免管路系統(tǒng)中任何一處的壓力不低于管內(nèi)液體的飽和蒸氣壓，以防液體汽化。

   直管型流量計(jì)，其測量管剛度大，諧振頻率高，由于上述的各種

原因，當(dāng)背壓不足時(shí)，對測量管的振動穩(wěn)定性會造成一定影響。實(shí)驗(yàn)表明，零流量時(shí)，流量測量管內(nèi)至少要保持0.02MPa表壓的靜壓力。要做到這一點(diǎn)，將傳感器裝在上升管的較低

部位，而且傳感器下游上升管道的高度應(yīng)不低于2m（視介質(zhì)密度而定），如圖3.47所示。

圖3.47確保背壓的配管方法

1－傳感器；2、3、4－閥門；5、6－支架

零漂的檢查于調(diào)整零點(diǎn)不穩(wěn)定性對儀表輸出引入系統(tǒng)誤差。儀表零點(diǎn)應(yīng)在初次安裝或安裝有所改變后進(jìn)行調(diào)整，有些儀表的零點(diǎn)要在工作溫度、壓力和密度下調(diào)整。對振動管彈性溫度補(bǔ)償?shù)牟划?dāng)可導(dǎo)致零點(diǎn)偏移誤差。在儀表運(yùn)行的*個(gè)月內(nèi)建議每周檢查一次零點(diǎn)，如零點(diǎn)變化小，可減少檢查次數(shù)。

f.儀表的開箱檢查。配備流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的單位是極個(gè)別的，因此，科氏力質(zhì)量流量計(jì)開箱后多采用簡易的方法判別其是否正常。例如，將傳感器一端用盲板封住，另一端朝上，注滿水，通電后檢查變送器輸出，其密度示值應(yīng)接近水的密度值，流量示值應(yīng)接近零。打開下端盲板，讓測量管中水逐漸流出，密度顯示值應(yīng)下降。

g.測量度與范圍度。大部分制造商以“量程誤差加零點(diǎn)不穩(wěn)定度"的方式表達(dá)基本誤差，這是因?yàn)檫@種儀表零點(diǎn)穩(wěn)定性較差。這種表達(dá)方式初看上去度很高，但計(jì)入零點(diǎn)不穩(wěn)定度后，度并不怎么高。