原油流量計

一、概述

  原油流量計是葉輪式流量（流速）計的主要品種，葉輪式流量計還有風(fēng)速計、水表等。原油流量計由傳感器和轉換顯示儀組成，傳感器采用多葉片的轉子感受流體的平均流速，從而推導出流量或總量。轉子的轉速（或轉數）可用機械、磁感應、光電方式檢出并由讀出裝置進(jìn)行顯示和傳送記錄。據稱(chēng)美國早在1886年即發(fā)布過(guò)個(gè)原油流量計，1914年的認為原油流量計的流量與頻率有關(guān)。美國的臺原油流量計是在1938年開(kāi)發(fā)的，它用于飛機上燃油的流量測量，只是直至二戰后因噴氣發(fā)動(dòng)機和液體噴氣燃料急需一種高精度、快速響應的流量計才使它獲得真正的工業(yè)應用。如今，它已在石油、化工、科研、國防、計量各部門(mén)中獲得廣泛應用。

流量計中原油流量計、容積式流量計和科氏質(zhì)量流量計是三類(lèi)重復性、精確度的產(chǎn)品，而原油流量計又具有自己的特點(diǎn)，如結構簡(jiǎn)單、加工零部件少、重量輕、維修方便、流通能力大和可適應高參數等，是其他兩類(lèi)流量計是難以達到的。

原油流量計是吸取了國內外流量?jì)x表技術(shù)經(jīng)過(guò)優(yōu)化設計，具有結構簡(jiǎn)單、輕巧、精度高、復現性好、反應靈敏，安裝維護使用方便等特點(diǎn)的新一代原油流量計，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(wú)纖維、顆粒等雜質(zhì)，工作溫度下運動(dòng)粘度小于5×10-6m2/s的液體，對于運動(dòng)粘度大于5×10-6m2/s的液體，可對流量計進(jìn)行實(shí)液標定后使用。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、超量報警等，是流量計量和節能的理想儀表。

二、工作原理

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

原油流量計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……流量計輸出信號的頻率，Hz;

K……流量計的儀表系數，P/m3。

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

傳感器的儀表系數由流量校驗裝置校驗得出，它不問(wèn)傳感器內部流體機理，把傳感器作為一個(gè)黑匣子，根據輸入（流量）和輸出（頻率脈沖信號）確定其轉換系數，它便于實(shí)際應用。但要注意，此轉換系數（儀表系數）是有條件的，其校驗條件是參考條件，如果使用時(shí)偏離此條件系數將發(fā)生變化，變化的情況視傳感器類(lèi)型，管道安裝條件和流體物性參數的情況而定。

（2）理論流量方程

根據動(dòng)量矩定理可以列出葉輪的運動(dòng)方程

式中J：葉輪的慣性矩；

dw/dt：葉輪的旋轉加速度；

M1：流體的驅動(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構及流體工作條件。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)特性有復雜的關(guān)系。比如當流場(chǎng)有旋渦和非對稱(chēng)速度分布時(shí)水動(dòng)力學(xué)特性就非常復雜。不能用理論式推導儀表系數，儀表系數仍需由實(shí)流校驗確定。但是理論流量方程有巨大的實(shí)用意義，它可用于指導傳感器結構參數設計及現場(chǎng)使用條件變化時(shí)儀表系數變化規律的預測和估算。

三、產(chǎn)品特點(diǎn)

1.高精確度，一般可達±1%R、±0.5%R，高精度型可達±0.2%R；

2.重復性好，短期重復性可達0.05%~0.2%,正是由于具有良好的重復性，如經(jīng)常校準或在線(xiàn)校準可得到的精確度，在貿易結算中是優(yōu)先選用的流量計；

3.輸出脈沖頻率信號，適于總量計量及與計算機連接，無(wú)零點(diǎn)漂移，抗干擾能力強；

4.可獲得很高的頻率信號（3~4kHz），信號分辨力強；

5.范圍度寬，中大口徑可達1:20，小口徑為1:10；

6.結構緊湊輕巧，安裝維護方便，流通能力大；

7.適用高壓測量，儀表表體上不必開(kāi)孔，易制成高壓型儀表；

8.專(zhuān)用型傳感器類(lèi)型多，可根據用戶(hù)特殊需要設計為各類(lèi)專(zhuān)用型傳感器，例如低溫型、雙向型、井下型、混砂專(zhuān)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，安裝維護方便。

技術(shù)參數

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：±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℃，相對濕度5％～90％，大氣壓力86～106Kpa

輸出信號：

傳感器：脈沖頻率信號，低電平≤0.8V高電平≥8V

變送器：兩線(xiàn)制4~20mADC電流信號

供電電源：

傳感器：+12VDC、+24VDC（可選）

變送器：+24VDC

現場(chǎng)顯示型：儀表自帶3.2V鋰電池

信號傳輸線(xiàn)STVPV3×0.3（三線(xiàn)制），2×0.3（二線(xiàn)制）

傳輸距離≤1000m

信號線(xiàn)接口基本型：豪斯曼接頭，防爆型：內螺紋M20×1.5

防爆等級基本型：非防爆產(chǎn)品，防爆型：ExdIIBT6

防護等級：IP65

原油流量計安裝注意事項

（1）安裝場(chǎng)所

傳感器應安裝在便于維修，管道無(wú)振動(dòng)、無(wú)強電磁干擾與熱輻射影響的場(chǎng)所。原油流量計的典型安裝管路系統如圖9所示。圖中各部分的配置可視被測對象情況而定，并不一定全部都需要。原油流量計對管道內流速分布畸變及旋轉流是敏感的，進(jìn)入傳感器應為充分發(fā)展管流，因此要根據傳感器上游側阻流件類(lèi)型配備必要的直管段或流動(dòng)調整器，如表5所示。若上游側阻流件情況不明確，一般推薦上游直管段長(cháng)度不小于20D，下游直管段長(cháng)度不小于5D，如安裝空間不能滿(mǎn)足上述要求，可在阻流件與傳感器之間安裝流動(dòng)調整器。傳感器安裝在室外時(shí)，應有避直射陽(yáng)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有目測可覺(jué)察的傾斜（一般在5°以?xún)龋?，垂直安裝的傳感器管道垂直度偏差亦應小于5°。

需連續運行不能停流的場(chǎng)所，應裝旁通管和可靠的截止閥（見(jiàn)圖9），測量時(shí)要確保旁通管無(wú)泄漏。

在新鋪設管道裝傳感器的位置先介入一段短管代替傳感器，待：“掃線(xiàn)”工作完畢確認管道內清掃干凈后，再正式接入傳感器。由于忽視此項工作，掃線(xiàn)損壞傳感器屢見(jiàn)不鮮。

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

若傳感器安裝位置處于管線(xiàn)的低點(diǎn)，為防止流體中雜質(zhì)沉淀滯留，應在其后的管線(xiàn)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高于公式5計算的壓力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。

流量調節閥應裝在傳感器下游，上游側的截止閥測量時(shí)應全開(kāi)，且這些閥門(mén)都不得產(chǎn)生振動(dòng)和向外泄漏。對于可能產(chǎn)生逆向流的流程應加止回閥以防止流體反向流動(dòng)。

傳感器應與管道同心，密封墊圈不得凸入管路。液體傳感器不應裝在水平管線(xiàn)的點(diǎn)，以免管線(xiàn)內聚集的氣體（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。

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

使用注意事項

（1）投入運行的啟閉順序

未裝旁路管的流量傳感器，先以中等開(kāi)度開(kāi)啟流量傳感器上游閥，然后緩慢開(kāi)啟下游閥。以較小流量運行一段時(shí)間（如10分鐘），然后全開(kāi)上游閥，再開(kāi)大下游閥開(kāi)度，調節到所需正常流量。

裝有旁路管的流量傳感器，先全開(kāi)旁路管閥，以中等開(kāi)度開(kāi)啟上游閥，緩慢開(kāi)啟下游閥，關(guān)小旁路閥開(kāi)度，使儀表以較小流量運行一段時(shí)間。然后全開(kāi)上游閥，全關(guān)旁路閥（要保證無(wú)泄漏），最后調節下游閥開(kāi)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。高溫流體運行與此相類(lèi)似。

（3）其他注意事項

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

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

流量傳感器的儀表系數是經(jīng)過(guò)標準裝置校驗后，供給用戶(hù)校驗單上寫(xiě)明的，謹防丟失。傳感器長(cháng)期使用因軸承磨損等原因，儀表系數會(huì )發(fā)生變化，應定期進(jìn)行離線(xiàn)或在線(xiàn)校驗。若流量超出允許范圍，應更換傳感器。

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

為保證流量計長(cháng)期正常工作，要加強儀表的運行檢查，一旦發(fā)現異常及時(shí)采取措施排除。監測葉輪旋轉情況，如聽(tīng)到異常聲音，用示波器監測檢測線(xiàn)圈輸出波形，如有異常波形，應及時(shí)卸下檢查傳感器內部零件。如懷疑有不正?，F象應及時(shí)檢查。保持過(guò)濾器暢通，過(guò)濾器可從出入口壓力計的壓差來(lái)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。