如何保證輸油管線(xiàn)系統(tǒng)中DC-LWGYT渦輪流量計(jì)量值的準(zhǔn)確度，如何保證輸油管線(xiàn)系統(tǒng)中渦輪流量計(jì)量值的準(zhǔn)確度是管線(xiàn)系統(tǒng)一直探討的課題，隨著信息化的發(fā)展,對(duì)輸油管線(xiàn)系統(tǒng)的流量測(cè)量提出了更高的要求。

我們研制的流量計(jì)主要用于輸油管線(xiàn)系統(tǒng),輸送的介質(zhì)一般為柴油、汽油和航空煤油等輕質(zhì)油品,綜合考慮各種因素采用渦輪流量計(jì)作為輸油管線(xiàn)系統(tǒng)的配套設(shè)備。其主要性能如下:

1)額定壓力:4.0MPa;長(zhǎng)度:600mm;流量范圍:50m3/h~250m3/h;壓降:在zui大流量下壓力損失小于40kPa(以水為測(cè)試介質(zhì)時(shí));總質(zhì)量:小于40kg。

2)防爆等級(jí)為dIIBT5,能在-41℃~+46℃環(huán)境下正常工作。

3)表頭同時(shí)顯示瞬時(shí)流量和累積流量,并可切換顯示總累積流量、批累積量、瞬時(shí)流量及介質(zhì)溫度,讀數(shù)方便,清晰直觀。

4)配備RS-485通訊接口,傳輸距離不小于900m。

5)儀表系數(shù)應(yīng)用多段非線(xiàn)性修正,根據(jù)不同流量點(diǎn)對(duì)應(yīng)的儀表系數(shù),插值計(jì)算出流量計(jì)的儀表系數(shù)。

6)溫度補(bǔ)償功能:基準(zhǔn)溫度20℃,不同的油品采用不同溫度體積系數(shù)進(jìn)行補(bǔ)償。

7)計(jì)量精度:0.2級(jí)。

1 渦輪流量計(jì)的設(shè)計(jì)

液體渦輪流量計(jì)由渦輪流量傳感器和流量積算儀組成。結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

1.1 渦輪流量傳感器

渦輪流量傳感器是渦輪流量計(jì)的基本單元,主要由整流器、導(dǎo)流體、渦輪、感應(yīng)線(xiàn)圈、槽頭接頭、提手等組成。它基于動(dòng)力矩平衡原理,當(dāng)流體流經(jīng)傳感器時(shí),在整流器和導(dǎo)流體作用下得到整流并加速。由于渦輪葉片與流體流向成一定角度,在加速流體的作用下,葉輪產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)力矩,克服摩擦力矩和流體阻力矩后,渦輪開(kāi)始旋轉(zhuǎn)。在一定流量范圍內(nèi),渦輪轉(zhuǎn)速與流體體積流量成正比。葉輪旋轉(zhuǎn)切割磁力線(xiàn),周期性地改變線(xiàn)圈中的磁通量,使線(xiàn)圈兩端感應(yīng)出與流體體積流量成正比的脈沖信號(hào),該信號(hào)經(jīng)放大、濾波、整形后送入流量積算儀。

1.1.1 渦輪

渦輪由導(dǎo)磁不銹鋼材料制成,裝有螺旋葉片,葉片數(shù)為6片,葉片傾角為35°,葉片與內(nèi)殼間的間隙為0.8mm。

1.1.2 整流器

渦輪流量計(jì)特性與管線(xiàn)內(nèi)的速度分布有很大的關(guān)系,因此保證進(jìn)入流量計(jì)的流體具有均勻的速度分布,是提高計(jì)量的準(zhǔn)確性一個(gè)重要的前提條件。因此研制的渦輪流量計(jì)內(nèi)置了整流器。整流器由一束細(xì)不銹鋼管組成,整流束的長(zhǎng)度B=100mm:整流束管子的數(shù)目n=42。通過(guò)增加整流器,可以減少流量計(jì)前后直管段的長(zhǎng)度,提高計(jì)量精度,減小體積和重量。

1.2 流量積算儀

流量積算儀作為流量計(jì)的計(jì)算顯示部分,采用高性能微功耗的集成芯片,配有脈沖輸出、4mA~20mA模擬信號(hào)輸出和RS-485通訊接口三種輸出方式,內(nèi)置高容量3·6V鋰電池供電,并內(nèi)置溫度傳感器。積算儀接收傳感器的信號(hào),并進(jìn)行運(yùn)算處理,就地顯示于顯示窗口上。其主要特點(diǎn)如下:

1)采用高性能微功耗的集成芯片,整機(jī)多功能,功耗低。

2)可切換顯示總累積流量、批累積量、瞬時(shí)流量及介質(zhì)溫度,清晰直觀,讀數(shù)方便。

3)配有脈沖輸出,4mA~ 20mA模擬信號(hào)輸出,RS-485通訊接口。

4)內(nèi)置高容量3.6V鋰電池供電,壽命長(zhǎng),更換方便,電池壽命可達(dá)兩年以上。

5)軟件中采用了多段非線(xiàn)性修正,把生產(chǎn)過(guò)程中由于加工精度造成的儀表誤差通過(guò)軟件計(jì)算修正到標(biāo)準(zhǔn)值以?xún)?nèi)。

6)內(nèi)置式溫度傳感器,可以在線(xiàn)補(bǔ)償由于溫度引起的變化量。

7)在軟件包中內(nèi)置了汽油、噴氣燃料和柴油的體積膨脹率,通過(guò)設(shè)置的切換開(kāi)關(guān),可對(duì)不同油品進(jìn)行溫度補(bǔ)償。

1.2.1 溫度補(bǔ)償

流體的體積隨溫度的變化而變化,一般來(lái)說(shuō),溫度升高,體積膨脹,流體的這種屬性稱(chēng)為熱膨脹性,用熱膨脹率表示。不同流體具有不同的熱膨脹率。以20℃為基準(zhǔn)進(jìn)行換算,計(jì)算公式:

式中:V20為油品20℃體積;

Vt為油品t℃體積;

f為油品體積溫度系數(shù);

t為輸油實(shí)際溫度。

下面通過(guò)示例,計(jì)算不同介質(zhì)當(dāng)溫度每升高1℃時(shí)的體積變化率。

對(duì)于柴油,當(dāng)密度為0.83×103kg/時(shí),溫度體積系數(shù)為0.00084/℃,當(dāng)溫度升高1℃時(shí),體積變化率為0.84‰,若溫度變化10℃的話(huà),將會(huì)引起0.84%的計(jì)量誤差。

對(duì)于噴氣燃料,當(dāng)密度為0.780×103kg/時(shí),溫度體積系數(shù)為0.00098/℃,當(dāng)溫度升高1℃時(shí),體積變化率為0.981‰,若溫度變化10℃的話(huà),將會(huì)引起0.981%的計(jì)量誤差。

對(duì)于汽油,當(dāng)密度為0.710×103kg/時(shí),溫度體積系數(shù)為0.00123/℃,當(dāng)溫度升高1℃時(shí),體積變化率為1.232‰,若溫度變化10℃的話(huà),將會(huì)引起1.232%的計(jì)量誤差。

從計(jì)算結(jié)果可看出,當(dāng)輸送汽油時(shí),溫度對(duì)體積的影響很大,當(dāng)溫度變化10℃時(shí),會(huì)引起1.232%的計(jì)量誤差,而一般流量計(jì)的計(jì)量度都可達(dá)到0.5%,只從提高儀表的精度出發(fā),而不考慮被測(cè)介質(zhì)溫度的變化是不準(zhǔn)確的,不能滿(mǎn)足計(jì)量交接的要求。溫度補(bǔ)償?shù)哪康木褪菍?shí)測(cè)油品的流量值轉(zhuǎn)換成可代計(jì)量交接的標(biāo)準(zhǔn)溫度條件(以20℃為基準(zhǔn))下的流量值。

通過(guò)在渦輪流量計(jì)內(nèi)置高精度的Pt1000熱電偶,可測(cè)量輸送介質(zhì)的溫度,流量積算儀可以根據(jù)測(cè)得的溫度進(jìn)行(每間隔4s)溫度補(bǔ)償,從而提高計(jì)量準(zhǔn)確度。

2 渦輪流量計(jì)的標(biāo)定,確定流量計(jì)儀表系數(shù)及度分析

渦輪流量計(jì)屬于速度式流量計(jì),在一定的流量范圍內(nèi),對(duì)一定的流體介質(zhì)粘度,渦輪的旋轉(zhuǎn)角速度與流體的流速成正比。渦輪流量計(jì)輸出的脈沖頻率與通過(guò)流計(jì)的流量成正比,其比例系數(shù)K稱(chēng)為流量計(jì)的儀表系數(shù)。用公式表示為K=f/qv。式中f為渦輪流量計(jì)的脈沖頻率,qv為通過(guò)流量計(jì)的流量。

該流量計(jì)采用活塞式液體體積管進(jìn)行檢定。體積管型號(hào)為JHYG—150,流量范圍:0.56m3/h~560m3/h、準(zhǔn)確度為0.03%。試驗(yàn)介質(zhì)為輕柴油。根據(jù)規(guī)程要求,在流量25m3/h~250m3/h的范圍內(nèi)進(jìn)行檢定,對(duì)每個(gè)檢定點(diǎn)進(jìn)行9次檢定,檢定時(shí)記錄每個(gè)檢定點(diǎn)的條件。

對(duì)不同流量工況下的檢定結(jié)果進(jìn)行分析,流量計(jì)的線(xiàn)性度、重復(fù)性、精度分別為0.152%、0.031%、0.158%。

設(shè)計(jì)完成后的DN150渦輪流量計(jì)進(jìn)行了140小時(shí)使用試驗(yàn),試驗(yàn)表明,該流量計(jì)具有工作可靠、性能穩(wěn)定,展開(kāi)撤收方便,操作簡(jiǎn)單,讀數(shù)清晰、直觀的特點(diǎn),并且與DNl50輸油管線(xiàn)系統(tǒng)具有良好的匹配性。其主要特點(diǎn)在于:

1)DN150渦輪流量計(jì)將整流器與流量計(jì)集成在一起,消除了流量計(jì)上游管件對(duì)流動(dòng)狀態(tài)的影響,提高了計(jì)量精度,而且結(jié)構(gòu)緊湊,體積小、重量輕,與同流量、同額定壓力的容積式流量計(jì)相比,其重量只相當(dāng)于容積式流量計(jì)1/20。

2)DN150渦輪流量計(jì)采用了多段非線(xiàn)性修正,對(duì)非檢定點(diǎn)的儀表系數(shù)進(jìn)行插值運(yùn)算,運(yùn)算時(shí)對(duì)不同工況下采用不同的儀表系數(shù),提高了計(jì)量的準(zhǔn)確性。

3)DN150渦輪流量計(jì)內(nèi)置溫度傳感器,可以在線(xiàn)補(bǔ)償由于溫度引起的變化量,提高計(jì)量準(zhǔn)確度。