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對智能型旋進旋渦流量計的認識

來源：江蘇金湖銘宇自控設(shè)備有限公司 2008年12月08日 08:51

近年來適用于不同介質(zhì)及工況條件的新型計量儀表相繼問世，智能型旋進旋渦流量計即為其中之一。它是近年來開發(fā)并投放市場的一種速度式流量儀表，可適用于石油、蒸汽、天然氣、水等多種介質(zhì)的流量測量，并實現(xiàn)了壓力、溫度及壓縮系數(shù)等動態(tài)參數(shù)的在線自動補償。也正因為該表具有一定特色但應(yīng)用歷史較短，同時考慮到有關(guān)使用者尚未對其進行過較為系統(tǒng)的實踐總結(jié)，有鑒于此，筆者將本企業(yè)對該種儀表的運用情況予以小結(jié)，作為有關(guān)部門在儀表選型及使用過程中的一個參考。

1 選用背景

①在某些特定場合下孔板流量計已不能滿足zui基本的測量要求。

在天然氣流量計量現(xiàn)場，往往都存在著一些特殊用戶，主要表現(xiàn)為：瞬時流量較小或流量波動幅度較大。如果在這種情況下仍然使用傳統(tǒng)的孔板流量計進行流量測量，那么就很有可能違背有關(guān)技術(shù)標準的規(guī)定^[1，2]。比如，要求"管道內(nèi)的流量應(yīng)該不隨時間變化，或?qū)嶋H上只隨時間有微小和緩慢的變化"對于采用法蘭取壓的孔板流量計又要求“ReD≥1260 ²D”等，一旦超越這些基本的使用條件，孔板流量計的測量準確性也就無從談起；另外，在這種特殊情況下，對顯示儀表的選配也是一件頗費周折的事情，如果匹配不當，那么指示或記錄示值超差也就在所難免。

②對生產(chǎn)管理成本的嚴格控制是現(xiàn)代企業(yè)生存發(fā)展的迫切要求。

如今，各個企業(yè)郡在經(jīng)歷著市場的嚴峻洗禮，生產(chǎn)成本就勢必悠關(guān)企業(yè)的生死存亡，因此，在滿足流量計基本要求的前提下，選用既能節(jié)省靜態(tài)投資又能降低動態(tài)成本的新型計量儀表也就提上了有關(guān)決策者的議事日程。

2 儀表特點

與傳統(tǒng)的孔板流量計進行比較，智能式旋進旋渦流量計具有以下幾個主要特點：

①實現(xiàn)了機電一體化，日常的計量過程不需人工值守；

②工藝安裝條件不苛刻，儀表上、下游直管段可較孔板流量計大大縮短；

③系統(tǒng)的測量準確度能夠滿足目前的貿(mào)易計量要求(≤2%)">；

④流量測量范圍較寬（q_max/q_min=15～20">），可在孔板流量計無法涉足的部分小流量區(qū)域進行有效工作；

⑤體積小、重量輕，離線標定較為方便；

⑥測量信號既可就地顯示，也可按需遠傳；

⑦無可動部件，因此對于一般的測量就不存在儀表的機械磨損；

⑧儀表管理人員勿需專業(yè)培訓，流量、壓力及溫度等測量參數(shù)可以從表頭直接讀取并且不必進行折算轉(zhuǎn)換；

⑨只需定期更換電池(微功耗)">及被測介質(zhì)的參數(shù)。

3 工作原理

①組成結(jié)構(gòu)

智能型旋進旋渦流量計主要由殼體(文丘利管)">、旋渦發(fā)生體、導(dǎo)流體、頻率感測件(壓電晶體)、微處理器、溫度及壓力傳感器等部件組成，其外型結(jié)構(gòu)如圖1所示。

②工作原理

l一旋渦發(fā)生體；2—殼體；3—">溫度傳感器輸入口；4壓力傳感器輸入口；5—信號輸出口；

6一壓電晶體；7一溫度傳感器；8一壓力傳感器；9一出口導(dǎo)流體

圖l">旋進旋渦流量計結(jié)構(gòu)圖

當被測介質(zhì)沿管道中軸到達儀表上游入口時，其固定于端部的扇型葉片首先迫使流體進行旋轉(zhuǎn)運動，然后再由旋渦發(fā)生體形成旋渦流。由于流體本身具有的動能，旋渦流繼續(xù)在文丘利管中向前旋進，在流體到達文氏管的收縮段時由于節(jié)流作用使得旋渦流動能增加、流速加大，當進入擴散段后，又因回流的作用流體就被迫進行二次旋轉(zhuǎn)。產(chǎn)生的旋渦頻率再經(jīng)頻率感測元件(壓電晶體)檢測、轉(zhuǎn)換及前置放大器的放大、濾波和整形等一系列過程之后，旋渦頻率就被轉(zhuǎn)變成了與被測介質(zhì)流速大小成正比的脈沖信號，然后再與溫度、壓力等檢測信號一起被送往微處理器進行積算處理，zui后在LCD上顯示出測量結(jié)果(標準狀況下的瞬時流量、累計流量及溫度、壓力數(shù)據(jù))。其工作原理框圖如圖2所示。

圖2">溫壓補償智能流量積算儀原理框圖

4 使用情況

①概況為了解決小城鎮(zhèn)的民用氣計量問題(日供氣量較小、流量波動幅度較大)，從1997年8">月到現(xiàn)在，我們一共使用了浙江天信儀表有限公司生產(chǎn)的智能型旋進旋渦流量計50余臺，使用點的流量測量范圍均在100～3000m³/d之間，供氣壓力≤l.0MPa，其中zui小規(guī)格為DN25；zui大規(guī)格為DN50。

②介質(zhì)條件被測介質(zhì)基本上都為凈化后的天然氣，其甲烷(CH₄)含量≥95%、二氧化碳(C0₂)及氮氣(N₂)含量均≤5%">、硫化氫(H₂S)含量≤30mg/m³、相對密度(Cr)為0.55～0.58">。

③使用效果只要儀表選型合理并且在流態(tài)穩(wěn)定及沒有明顯干擾的情況下，該表運行較為穩(wěn)定、可靠。在某計量點，經(jīng)與孔板流量計串聯(lián)比對，二者測量結(jié)果吻合較好，如表1所示。

表1 某用戶智能型旋進旋渦流量計與孔板流量計測量結(jié)果比對

日期	旋進旋渦流量計/m³	孔板流量計/m³	差值
日期	旋進旋渦流量計/m³	孔板流量計/m³	絕差/m³	相對（%">）
4.8	285	298	">4	">1.38
4.9	284	278	6	2.16
4.10	306	311	">5	">1.61
4.11	301	306	">5	">1.63
4.12	293	287	6	2.09
4.13	295	291	4	1.37
4.14	309	305	4	1.31
4.15	286	289	">3	">1.04
4.15	284	291	">7	">2.41
4.17	300	299	1	0.33

5 注意事項

任何一類計量儀表都具有其特殊性，智能式旋進旋渦流量計也不例外。為了讓該種儀表能夠更好地服務(wù)于流量計量工作，來自于生產(chǎn)現(xiàn)場的實踐經(jīng)驗表明，以下幾個方面的注意事項應(yīng)當引起有關(guān)管理及使用部門的足夠重視。

① 重視儀表選型在已經(jīng)選定了儀表種類(比如，智能式旋進旋渦流量計)的情況下，緊接著就是對儀表規(guī)格及其配套元件的選擇至關(guān)重要。一句話，選好才能用好。為此，在選型過程中應(yīng)把握住兩條基本原則；即：一要保證使用精度，二要保證生產(chǎn)安全。要做到這一點，就必須落實三個選型參數(shù)，即近期和遠期的zui大、zui小及常用瞬時流量(主要用于選定儀表的大小規(guī)格)、被測介質(zhì)的設(shè)計壓力(主要用于選定儀表的公稱壓力等級)、工作壓力(主要用于選定儀表壓力傳感器的壓力等級)。

② 進行用前標校一方面，考慮到目前對這類儀表的現(xiàn)場檢定還存在這樣那樣的困難。另外，如果購置的意圖又是準備將該這種儀表運用于比較重要的計量場合，比如大流量的貿(mào)易計量或計量糾紛比較突出的測量點，并且運用現(xiàn)場也不具備流量在線標校條件，那么在這種情況下，僅憑購買時由生產(chǎn)廠家提供的一紙出廠合格證明就輕易判定該表全部性能合格，那就有些為時過早。因此，為了確保儀表在今后的工作過程中其測量結(jié)果的可靠與準確，就有必要在正式安裝前將其送往具有這方面檢定能力及資質(zhì)的部門進行一次全流量范圍內(nèi)的系統(tǒng)檢定。

③ 搞好工藝安裝雖然該種儀表對工藝安裝及使用環(huán)境沒有太多的特殊要求，但任何一類流量測量儀表都有這樣一種共性，即盡可能避免振動及高溫環(huán)境隨離流態(tài)干擾元件(如壓縮機、分離器、調(diào)壓閥、大小頭及匯管、彎頭等)、保持儀表前后直管段內(nèi)壁光滑平直、保證被測介質(zhì)為潔凈的單相流體等。

④ 加強后期管理該種儀表雖然具有多種自動處置功能和微功耗的特點，但投運之后仍需加強管理。比如，為了保證儀表長期工作的準確性、可靠性(避免意外停運和數(shù)據(jù)丟失)，就應(yīng)定期進行系統(tǒng)標校(每1">～2年)、抄錄表頭數(shù)據(jù)（每天或每周）、更換介質(zhì)參數(shù)（每月或每季）以及不定期查看電池狀況、檢查儀表系數(shù)及鉛封等。

⑤ 注意內(nèi)部維護如果由于氣質(zhì)臟污或其它原因需要對儀表的測量腔體及其構(gòu)件進行定期檢查或清洗，那么有一點則必須特別注意：對于同規(guī)格的旋進旋渦流量計，其旋渦發(fā)生體、導(dǎo)流體等核心組件不能互換，否則，須重新標定儀表計量系數(shù)并對其配帶的溫度及壓力傳感器進行系統(tǒng)校正。

6 存在問題

① 截止頻率的設(shè)置具有隨意性設(shè)置截止頻率是由用戶根據(jù)計量現(xiàn)場的生產(chǎn)變化情況自行確定儀表的始動流量。如果截止頻率設(shè)定得太高，那么儀表的始動流量相應(yīng)增大，為此就可能造成流量的漏計現(xiàn)象發(fā)生；如果截止頻率設(shè)定得太低，那么儀表的敏感程度相應(yīng)提高，外界的一些微弱振動或雜散信號就有可能導(dǎo)致在沒有被測介質(zhì)通過的情況下儀表開始動作，于是流量的多計現(xiàn)象就不可避免。這兩種現(xiàn)象，在筆者所在的企業(yè)都曾遭遇，時至日前，尚末找到一種合適的解決辦法。

② 對噪聲或振動等干擾信號較為敏感如果在靠近測量儀表的附近存在著較強的磁場或在儀表測量端的上游存在明顯的噪聲、擾動(比如，由于節(jié)流或流向改變引起的嘯叫及其他機械振動)，那么儀表的運行將受到一定程度的影響。也就是說，該種儀表抗干擾

的能力還有待于進一步提高。

③ 無測量參數(shù)的歷史記錄由于流量測量是工藝控制、成本考核或貿(mào)易結(jié)算的重要依據(jù)，有時由于產(chǎn)品質(zhì)量下降、生產(chǎn)成本上升或輸差較大等原因，就難免要對不同歷史時期的測量數(shù)據(jù)進行對比分析，這時就需要調(diào)用壓力、溫度、瞬時(累計)流量的歷史記錄，如果不采取人工定期錄取或?qū)@種儀表進行二次開發(fā)(比如，對現(xiàn)場的適時測量數(shù)據(jù)進行遠傳和自動記錄)，那么所需資料就不復(fù)存在。

另外，該儀表還存在著以下問題：由于投放市場的時間較短，儀表的可靠性和穩(wěn)定性還有待于各種復(fù)雜工況的檢驗；測量精度對流態(tài)及介質(zhì)臟污的敏感程度還有待于實驗研究；現(xiàn)場檢定方法還有待于進一步探索等。從這個意義上講，該儀表目前還主要適用于那些不太重要的計量場合，比如，中小流量及內(nèi)部交接計量。

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