原油流量計(jì)

一、概述

  原油流量計(jì)是葉輪式流量（流速）計(jì)的主要品種，葉輪式流量計(jì)還有風(fēng)速計(jì)、水表等。原油流量計(jì)由傳感器和轉(zhuǎn)換顯示儀組成，傳感器采用多葉片的轉(zhuǎn)子感受流體的平均流速，從而推導(dǎo)出流量或總量。轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速（或轉(zhuǎn)數(shù)）可用機(jī)械、磁感應(yīng)、光電方式檢出并由讀出裝置進(jìn)行顯示和傳送記錄。據(jù)稱美國早在1886年即發(fā)布過個(gè)原油流量計(jì)，1914年的認(rèn)為原油流量計(jì)的流量與頻率有關(guān)。美國的臺(tái)原油流量計(jì)是在1938年開發(fā)的，它用于飛機(jī)上燃油的流量測量，只是直至二戰(zhàn)后因噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)和液體噴氣燃料急需一種高精度、快速響應(yīng)的流量計(jì)才使它獲得真正的工業(yè)應(yīng)用。如今，它已在石油、化工、科研、國防、計(jì)量各部門中獲得廣泛應(yīng)用。

流量計(jì)中原油流量計(jì)、容積式流量計(jì)和科氏質(zhì)量流量計(jì)是三類重復(fù)性、精確度的產(chǎn)品，而原油流量計(jì)又具有自己的特點(diǎn)，如結(jié)構(gòu)簡單、加工零部件少、重量輕、維修方便、流通能力大和可適應(yīng)高參數(shù)等，是其他兩類流量計(jì)是難以達(dá)到的。

原油流量計(jì)是吸取了國內(nèi)外流量儀表*技術(shù)經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計(jì)，具有結(jié)構(gòu)簡單、輕巧、精度高、復(fù)現(xiàn)性好、反應(yīng)靈敏，安裝維護(hù)使用方便等特點(diǎn)的新一代原油流量計(jì)，廣泛用于測量封閉管道中與不銹鋼1Cr18Ni9Ti、2Cr13及剛玉Al2O3、硬質(zhì)合金不起腐蝕作用，且無纖維、顆粒等雜質(zhì)，工作溫度下運(yùn)動(dòng)粘度小于5×10-6m2/s的液體，對(duì)于運(yùn)動(dòng)粘度大于5×10-6m2/s的液體，可對(duì)流量計(jì)進(jìn)行實(shí)液標(biāo)定后使用。若與具有特殊功能的顯示儀表配套，還可以進(jìn)行定量控制、超量報(bào)警等，是流量計(jì)量和節(jié)能的理想儀表。

二、工作原理

圖1所示為渦輪流量傳感器結(jié)構(gòu)簡圖，由圖可見，當(dāng)被測流體流過傳感器時(shí)，在流體作用下，葉輪受力旋轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)速與管道平均流速成正比，葉輪的轉(zhuǎn)動(dòng)周期地改變磁電轉(zhuǎn)換器的磁阻值。檢測線圈中的磁通隨之發(fā)生周期性變化，產(chǎn)生周期性的感應(yīng)電勢(shì)，即電脈沖信號(hào)，經(jīng)放大器放大后，送至顯示儀表顯示。

原油流量計(jì)的流量方程可分為兩種：實(shí)用流量方程和理論流量方程。

（1）實(shí)用流量方程

qv=f/K公式1

qm=qvρ公式2

式中qv,qm……分別為體積流量，m3/s，質(zhì)量流量，kg/s;

f……流量計(jì)輸出信號(hào)的頻率，Hz;

K……流量計(jì)的儀表系數(shù)，P/m3。

流量計(jì)的系數(shù)與流量（或管道雷諾數(shù)）的關(guān)系曲線如圖2所示。由圖可見，儀表系數(shù)可分為二段，即線性段和非線性段。線性段約為其工作段的三分之二，其特性與傳感器結(jié)構(gòu)尺寸及流體粘性有關(guān)。在非線性段，特性受軸承摩擦力，流體粘性阻力影響較大。當(dāng)流量低于傳感器流量下，儀表系數(shù)隨著流量迅速變化。壓力損失與流量近似為平方關(guān)系。當(dāng)流量超過流量上要注意防止空穴現(xiàn)象。結(jié)構(gòu)相似的TUF特性曲線的形狀是相似的，它僅在系統(tǒng)誤差水平方面有所不同。

傳感器的儀表系數(shù)由流量校驗(yàn)裝置校驗(yàn)得出，它*不問傳感器內(nèi)部流體機(jī)理，把傳感器作為一個(gè)黑匣子，根據(jù)輸入（流量）和輸出（頻率脈沖信號(hào)）確定其轉(zhuǎn)換系數(shù)，它便于實(shí)際應(yīng)用。但要注意，此轉(zhuǎn)換系數(shù)（儀表系數(shù)）是有條件的，其校驗(yàn)條件是參考條件，如果使用時(shí)偏離此條件系數(shù)將發(fā)生變化，變化的情況視傳感器類型，管道安裝條件和流體物性參數(shù)的情況而定。

（2）理論流量方程

根據(jù)動(dòng)量矩定理可以列出葉輪的運(yùn)動(dòng)方程

式中J：葉輪的慣性矩；

dw/dt：葉輪的旋轉(zhuǎn)加速度；

M1：流體的驅(qū)動(dòng)力拒；

M2：粘性阻力矩；

M3：軸承摩擦阻力矩；

M4：磁阻力矩。

國內(nèi)外學(xué)者提出許多理論流量方程，它們適用于各種傳感器結(jié)構(gòu)及流體工作條件。至今渦輪儀表特性的水動(dòng)力學(xué)特性仍舊不很清楚，它與流體物性及流動(dòng)特性有復(fù)雜的關(guān)系。比如當(dāng)流場有旋渦和非對(duì)稱速度分布時(shí)水動(dòng)力學(xué)特性就非常復(fù)雜。不能用理論式推導(dǎo)儀表系數(shù)，儀表系數(shù)仍需由實(shí)流校驗(yàn)確定。但是理論流量方程有巨大的實(shí)用意義，它可用于指導(dǎo)傳感器結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)及現(xiàn)場使用條件變化時(shí)儀表系數(shù)變化規(guī)律的預(yù)測和估算。

三、產(chǎn)品特點(diǎn)

1.高精確度，一般可達(dá)±1%R、±0.5%R，高精度型可達(dá)±0.2%R；

2.重復(fù)性好，短期重復(fù)性可達(dá)0.05%~0.2%,正是由于具有良好的重復(fù)性，如經(jīng)常校準(zhǔn)或在線校準(zhǔn)可得到的精確度，在貿(mào)易結(jié)算中是優(yōu)先選用的流量計(jì)；

3.輸出脈沖頻率信號(hào)，適于總量計(jì)量及與計(jì)算機(jī)連接，無零點(diǎn)漂移，抗力強(qiáng)；

4.可獲得很高的頻率信號(hào)（3~4kHz），信號(hào)分辨力強(qiáng)；

5.范圍度寬，中大口徑可達(dá)1:20，小口徑為1:10；

6.結(jié)構(gòu)緊湊輕巧，安裝維護(hù)方便，流通能力大；

7.適用高壓測量，儀表表體上不必開孔，易制成高壓型儀表；

8.專用型傳感器類型多，可根據(jù)用戶特殊需要設(shè)計(jì)為各類專用型傳感器，例如低溫型、雙向型、井下型、混砂專用型等；

9.可制成插入型，適用于大口徑測量，壓力損失小，價(jià)格低，可不斷流取出，安裝維護(hù)方便。

技術(shù)參數(shù)

儀表口徑及連接方式：4、6、10、15、20、25、32、40采用螺紋連接

（15、20、25、32、40）50、65、80、100、125、150、200采用法蘭連接

精度等級(jí)：±1%R、±0.5%R、±0.2%R（需特制）

量程比：1:10；1:15；1:20

儀表材質(zhì)：304不銹鋼、316（L）不銹鋼等

被測介質(zhì)溫度：（℃）-20～＋120℃

環(huán)境條件溫度：－10～+55℃，相對(duì)濕度5％～90％，大氣壓力86～106Kpa

輸出信號(hào)：

傳感器：脈沖頻率信號(hào)，低電平≤0.8V高電平≥8V

變送器：兩線制4~20mADC電流信號(hào)

供電電源：

傳感器：+12VDC、+24VDC（可選）

變送器：+24VDC

現(xiàn)場顯示型：儀表自帶3.2V鋰電池

信號(hào)傳輸線STVPV3×0.3（三線制），2×0.3（二線制）

傳輸距離≤1000m

信號(hào)線接口基本型：豪斯曼接頭，防爆型：內(nèi)螺紋M20×1.5

防爆等級(jí)基本型：非防爆產(chǎn)品，防爆型：ExdIIBT6

防護(hù)等級(jí)：IP65

原油流量計(jì)安裝注意事項(xiàng)

（1）安裝場所

傳感器應(yīng)安裝在便于維修，管道無振動(dòng)、無強(qiáng)電磁干擾與熱輻射影響的場所。原油流量計(jì)的典型安裝管路系統(tǒng)如圖9所示。圖中各部分的配置可視被測對(duì)象情況而定，并不一定全部都需要。原油流量計(jì)對(duì)管道內(nèi)流速分布畸變及旋轉(zhuǎn)流是敏感的，進(jìn)入傳感器應(yīng)為充分發(fā)展管流，因此要根據(jù)傳感器上游側(cè)阻流件類型配備必要的直管段或流動(dòng)調(diào)整器，如表5所示。若上游側(cè)阻流件情況不明確，一般推薦上游直管段長度不小于20D，下游直管段長度不小于5D，如安裝空間不能滿足上述要求，可在阻流件與傳感器之間安裝流動(dòng)調(diào)整器。傳感器安裝在室外時(shí)，應(yīng)有避直射陽光和防雨淋的措施。

（2）連接管道的安裝要求

水平安裝的傳感器要求管道不應(yīng)有目測可覺察的傾斜（一般在5°以內(nèi)），垂直安裝的傳感器管道垂直度偏差亦應(yīng)小于5°。

需連續(xù)運(yùn)行不能停流的場所，應(yīng)裝旁通管和可靠的截止閥（見圖9），測量時(shí)要確保旁通管無泄漏。

在新鋪設(shè)管道裝傳感器的位置先介入一段短管代替?zhèn)鞲衅鳎?ldquo;掃線”工作完畢確認(rèn)管道內(nèi)清掃干凈后，再正式接入傳感器。由于忽視此項(xiàng)工作，掃線損壞傳感器屢見不鮮。

若流體含雜質(zhì)，則應(yīng)在傳感器上游側(cè)裝過濾器，對(duì)于不能停流的，應(yīng)并聯(lián)安裝兩套過濾器輪流清除雜質(zhì)，或選用自動(dòng)清洗型過濾器。若被測液體含有氣體，則應(yīng)在傳感器上游側(cè)裝消氣器。過濾器和消氣器的排污口和消氣口要通向安全的場所。

若傳感器安裝位置處于管線的低點(diǎn)，為防止流體中雜質(zhì)沉淀滯留，應(yīng)在其后的管線裝排放閥，定期排放沉淀雜質(zhì)。

被測流體若為易氣化的液體，為防止發(fā)生氣穴，影響測量精確度和使用期限，傳感器的出口端壓力應(yīng)高于公式5計(jì)算的壓力pmin

pmin=2△p+1.25pvPa

式中pmin——壓力，Pa；

△p——傳感器流量時(shí)壓力損失，Pa；

pv——被測液體使用溫度時(shí)飽和蒸汽壓，Pa。

流量調(diào)節(jié)閥應(yīng)裝在傳感器下游，上游側(cè)的截止閥測量時(shí)應(yīng)全開，且這些閥門都不得產(chǎn)生振動(dòng)和向外泄漏。對(duì)于可能產(chǎn)生逆向流的流程應(yīng)加止回閥以防止流體反向流動(dòng)。

傳感器應(yīng)與管道同心，密封墊圈不得凸入管路。液體傳感器不應(yīng)裝在水平管線的點(diǎn)，以免管線內(nèi)聚集的氣體（如停流時(shí)混入空氣）停留在傳感器處，不易排出而影像測量。

傳感器前后管道應(yīng)支撐牢靠，不產(chǎn)生振動(dòng)。對(duì)易凝結(jié)流體要對(duì)傳感器及其前后管道采取保溫措施。

使用注意事項(xiàng)

（1）投入運(yùn)行的啟閉順序

未裝旁路管的流量傳感器，先以中等開度開啟流量傳感器上游閥，然后緩慢開啟下游閥。以較小流量運(yùn)行一段時(shí)間（如10分鐘），然后全開上游閥，再開大下游閥開度，調(diào)節(jié)到所需正常流量。

裝有旁路管的流量傳感器，先全開旁路管閥，以中等開度開啟上游閥，緩慢開啟下游閥，關(guān)小旁路閥開度，使儀表以較小流量運(yùn)行一段時(shí)間。然后全開上游閥，全關(guān)旁路閥（要保證無泄漏），最后調(diào)節(jié)下游閥開度到所需的流量。

（2）低溫和高溫流體的啟用

低溫流體管道在通流前要排凈管道中的水分，通流時(shí)先以很小流量運(yùn)行15分鐘，再漸漸升高至正常流量。

停流時(shí)也要緩慢進(jìn)行，使管道溫度和環(huán)境溫度逐漸接近。高溫流體運(yùn)行與此相類似。

（3）其他注意事項(xiàng)

啟閉閥應(yīng)盡可能平緩，如采用自動(dòng)控制啟閉，用“兩段開啟，兩段關(guān)閉”方式，防止流體突然沖擊葉輪甚至發(fā)生水錘現(xiàn)象損壞葉輪。

檢查流量傳感器下游壓力。當(dāng)管道壓力不高，在投入運(yùn)行初期觀察流量下傳感器下游壓力是否大于公式5計(jì)算的pmin，否則應(yīng)采取措施以防止產(chǎn)生氣穴。

流量傳感器的儀表系數(shù)是經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)裝置校驗(yàn)后，供給用戶校驗(yàn)單上寫明的，謹(jǐn)防丟失。傳感器長期使用因軸承磨損等原因，儀表系數(shù)會(huì)發(fā)生變化，應(yīng)定期進(jìn)行離線或在線校驗(yàn)。若流量超出允許范圍，應(yīng)更換傳感器。

有些測量對(duì)象，如輸送成品油管線更換油品或停用時(shí)，需定期進(jìn)行掃線清管工作。掃線清管所用流體的流向、流量、壓力和溫度等均應(yīng)符合原油流量計(jì)的規(guī)定，否則會(huì)引起精確度降低甚至損壞。

為保證流量計(jì)長期正常工作，要加強(qiáng)儀表的運(yùn)行檢查，一旦發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)采取措施排除。監(jiān)測葉輪旋轉(zhuǎn)情況，如聽到異常聲音，用示波器監(jiān)測檢測線圈輸出波形，如有異常波形，應(yīng)及時(shí)卸下檢查傳感器內(nèi)部零件。如懷疑有不正?，F(xiàn)象應(yīng)及時(shí)檢查。保持過濾器暢通，過濾器可從出入口壓力計(jì)的壓差來判斷是否堵塞。要定期排放消氣器中從液體逸出的氣體等等。