摘要:本文通過對渦輪流量計的工作原理、構(gòu)造、特點與安裝使用等介紹，充分說明渦輪流童計適用于輕質(zhì)油、液化氣等計全，并針對我公司輕質(zhì)油、液化氣等進(jìn)出裝里物料計童使用渦輪流量計計蚤情況進(jìn)行分析，通過各生產(chǎn)裝置物料平衡情況及各生產(chǎn)裝里動態(tài)標(biāo)定情況，充分說明渦輪流童計適用于輕質(zhì)油、液化氣等計量。

    測試公司各生產(chǎn)裝置158個物料計量點，用于物料計量的計量儀表主要有:容積式流量計、渦輪流量計，其中渦輪流量計使用比例較大共53臺，占物料計量表的34%，因此，掌握和了解渦輪流量計的原理、特點、安裝、使用注意事項以及公司物料計量儀表使用現(xiàn)狀，有利于解決公司生產(chǎn)裝置物料計量平衡存在的各種計量問題以及物料計量儀表維護(hù)保養(yǎng)。

   一、渦輪流量計的工作原理、構(gòu)造、渦輪流量計的特點與安裝使用：
   (一)渦輪流量計的工作原理    渦輪流量計的原理示意圖如圖1. 1-1所示。在管道中心安放一個渦輪，兩端由軸承支撐。當(dāng)流體通過管道時，沖擊渦輪葉片，對渦輪產(chǎn)生驅(qū)動力矩，使渦輪克服摩擦力矩和流體阻力矩而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)。在一定的流量范圍內(nèi)，對一定的流體介質(zhì)粘度，渦輪的旋轉(zhuǎn)角速度與流體流速成正比。由此，流體流速可通過渦輪的旋轉(zhuǎn)角速度得到，從而可以計算得到通過管道的流體流量。

圖1. 1-1渦輪流量計原理示意圖圖1. 1-2渦輪流量計總體原理框圖
    渦輪的轉(zhuǎn)速通過裝在機(jī)殼外的傳感線圈來檢測。當(dāng)渦輪葉片切割由殼體內(nèi)磁鐵產(chǎn)生的磁力線時，就會引起傳感線圈中的磁通變化。傳感線圈將檢測到的磁通周期變化信號送入前置放大器，對信號進(jìn)行放大、整形，產(chǎn)生與流速成正比的脈沖信號，送入單位換算與流量積算電路得到并顯示累積流量值:同時亦將脈沖信號送入頻率電流轉(zhuǎn)換電路，將脈沖信號轉(zhuǎn)換成模擬電流量，進(jìn)而指示瞬時流量值。渦輪流量計總體原理框圖見圖1. 1-2所示。    (二)渦輪流量計的構(gòu)造    流體從機(jī)殼的進(jìn)口流入，通過支架將一對軸承固定在管中心軸線上，渦輪安裝在軸承上。在渦輪上下游的支架上裝有呈輻射形的整流板，以對流體起導(dǎo)向作用，以避免流體自旋而改變對渦輪葉片的作用角度。在渦輪上方機(jī)殼外部裝有傳感線圈，接收磁通變化信號。下面介紹主要部件。
     1.渦輪：渦輪由導(dǎo)磁不銹鋼材料制成，裝有螺旋狀葉片。葉片數(shù)量根據(jù)直徑變化而不同，2-24片不等。為了使渦輪對流速有很好的響應(yīng)，要求質(zhì)量盡可能小。
    對渦輪葉片結(jié)構(gòu)參數(shù)的一般要求為:葉片傾角10。-150(氣體)，300 -450(液體);葉片重疊度P為1-1. 2:葉片與內(nèi)殼間的間隙為0. 5-1mm.
    2.軸承：
   渦輪的軸承一般采用滑動配合的硬質(zhì)合金軸承，要求耐磨性能好。    由于流體通過渦輪時會對渦輪產(chǎn)生一個軸向推力，使軸承的摩擦轉(zhuǎn)矩增大，加速軸承磨損，為了消除軸向力，需在結(jié)構(gòu)上采取水力平衡措施，這方法的原理見圖1. 2-1所示。由于渦輪處直徑D。略小于前后支架處直徑Ds,所以，在渦輪段流通截面擴(kuò)大，流速降低，使流體靜壓上升△P，這個△P的靜壓將起到抵消部分軸向推力的作用。
    3.前置放大器：
    前置放大器由磁電感應(yīng)轉(zhuǎn)換器與放大整形電路兩部分組成，示意圖見圖1. 2-2所示。
   磁電轉(zhuǎn)換器國內(nèi)一般采用磁阻式，它由磁鐵及外部纏繞的感應(yīng)線圈組成。當(dāng)流體通過使葉輪旋轉(zhuǎn)時，葉片在磁鐵正下方時磁阻***小，兩葉片空隙在磁鐵下方時磁阻***大，渦輪旋轉(zhuǎn)，不斷地改變磁路的磁通量，使線圈中產(chǎn)生變化的感應(yīng)電勢，送入放大整形電路，變成脈沖信號。
   輸出脈沖的頻率與通過流量計的流量成正比，其比例系數(shù)K為:

式中f一渦輪流量計輸出脈沖頻率;    4，一通過流量計的流量;該比例系數(shù)亦稱為渦輪流量計的儀表系數(shù)。

圖1. 2-2渦輪流量計前置放大器原理圖

    4.信號接收與顯示：
  信號接收與顯示由系數(shù)校正器、加法器和頻電轉(zhuǎn)換器等組成，其作用是將從前置放大器送來的脈沖信號變換成累積流量和瞬時流量并顯示。
   (3)渦輪流量計的特點與安裝使用
   1.渦輪流f計的特點    從前面的討論中可知，渦輪流量計是一種有很多優(yōu)點的流t儀表。
   歸納起來，它有如下特點:
   (1)準(zhǔn)確度高:渦輪流量計的準(zhǔn)確度在(0. 5-0. 1)%左右。在線性流t范圍內(nèi)，即使流f發(fā)生變化，累積流t準(zhǔn)確度也不會降低，并且在短時間內(nèi)，渦輪流量計的再現(xiàn)性可達(dá)0. 0596。
   (2)量程比寬:渦輪流t計的量程比可達(dá)8-10。在同樣口徑下，渦輪流t計的***大流t值大于很多其它流量計。
   (3)適應(yīng)性強(qiáng):渦輪流量計可以做成封閉結(jié)構(gòu)，其轉(zhuǎn)速信號是非接觸測t，所以容易實現(xiàn)耐高壓設(shè)計。    如果流量計的渦輪和軸承選擇耐高溫、熱膨脹系數(shù)小的材料，就可以在較寬的溫度范圍內(nèi)使用。這時，應(yīng)注意對它的儀表系數(shù)進(jìn)行修正(主要是其流通截面的變化):

    式中:K, K一使用時和校驗時的儀表系數(shù);          t,  to—使用時和校驗時的流體溫度;          Y H—分別為渦輪和機(jī)殼的材料膨脹系數(shù)。
     (4)數(shù)字信號輸出:渦輪流量計輸出為與流量成正比的脈沖數(shù)字信號。它具有在傳輸過程中準(zhǔn)確度不降低、易于累積、易于送入計算機(jī)系統(tǒng)的優(yōu)點。
   2.渦輪流f計的安裝使用：
    要想充分發(fā)揮渦輪流量計的特點，在流量計的安裝使用上還必須加以充分注意.下面概要討論一下這方面的問題。
   (1)被測介質(zhì):渦輪流量計所測得的液體，一般是低粘度的(一般應(yīng)小于15 X 10-6m2 / s)、低腐蝕性的液體。雖然目前己經(jīng)有用于各種介質(zhì)測量的渦輪流量計，但對高溫、高粘度、強(qiáng)腐蝕介質(zhì)的測量仍需仔細(xì)考慮，采取相應(yīng)的措施。當(dāng)介質(zhì)粘度大于15 X 10-6m2/s時，流量計的儀表系數(shù)必須進(jìn)行實液標(biāo)定，否則會產(chǎn)生較大的誤差.    汽一液兩相流、氣一固兩相流、濃一固兩相流均不能用渦輪流量計進(jìn)行測量。
   (2)安裝配管要求:流量計的安裝情況對流量計的測量準(zhǔn)確度影響很大.流速分布不均和管內(nèi)二次流的存在是影響渦輪流量計測量準(zhǔn)確度的重要因素。所以，渦輪流量計對上、下游直管段有一定要求.對于工業(yè)測量，一般要求上游10D，下游5D的直管長度。為消除二次流動，***好在上游端加裝整流器，若上游端能保證有10D左右的直管段，并加裝整流器，可使流量計的測t準(zhǔn)確度達(dá)到標(biāo)定時的準(zhǔn)確度等級，見圖1. 3-1。
    渦輪流量計對流體的清潔度有較高要求，在流量計前須安裝過濾器來保證流體的清潔。過濾器可采用漏斗型的，其本身清潔度，可測其兩端的差壓變化得到。    為保證通過流量計的液體是單相的，即不能讓空氣或蒸氣進(jìn)入流t計，在流量計上游必要時應(yīng)裝消氣器。對于易氣化的液體，在流t計下游必須保證一定背壓。該背壓的大小可取***大流量下流t傳感器壓降的二倍加上***高溫度下被測液體蒸氣壓的1. 2倍。

圖1. 3-1渦輪流量計的安裝示意圖
    (3)信號傳輸線：
   為了保證顯示儀表對渦輪傳感器輸出的脈沖信號有足夠的靈敏度，就要提高信噪比。為此，在安裝時應(yīng)防止各種電干擾現(xiàn)象，即電磁感應(yīng)，靜電及電容禍合。所以，在配置信號傳輸線時，必須注意如下幾點:    限制信號線的***大長度，信號線的***大長度為，L=dY;其中，V為在***小流量時傳感線圈的輸出電壓有效值，mV; d為系數(shù)，m/mV，其值可取:V< 1000mV時，d二1. 0 ;  1000 mV < V < 5000 mV時，d=1. 5: V> 5000mV時，d=2. 0o    信號傳輸線應(yīng)采用屏蔽電纜，以防來自外部的感應(yīng)噪聲，要求傳輸電纜在顯示儀表端屏蔽接地，傳輸電纜不能靠近強(qiáng)電磁設(shè)備，不允許與動力線平行布置。      (4)運轉(zhuǎn)維護(hù)    當(dāng)渦輪流量計的管道需要清洗時，必須開旁路，清洗液體不能通過流量計。管道系統(tǒng)啟動時必須先開旁路，以防止流速突然增加，引起渦輪轉(zhuǎn)速過大而損壞。渦輪流量計軸承應(yīng)定期更換，一般可根據(jù)小流量特性變化來觀察其軸承的磨損情況。
    二、渦輪流量計在我公司各生產(chǎn)裝置的使用情況：
   (一)渦輪流量計在各生產(chǎn)裝置的分布情況    目前，公司一、二、三、四聯(lián)合車間，四催化車間、加氫車間、有機(jī)合成廠共13套生產(chǎn)裝置安裝了渦輪流量計53臺，這些流量計主要是***近幾年由于生產(chǎn)裝置改造或檢維修而安裝的，公司計量主管部門由于提高了對流量計量儀表的設(shè)計選型、安裝調(diào)試、使用維護(hù)保養(yǎng)等技術(shù)工作重視程度，因此，從幾年的使用情況來看，渦輪流量計的故障率較低，在53臺渦輪流量計中只有80萬加氫原料表、一氣分原料表發(fā)生過故障，其余一直運轉(zhuǎn)良好，未發(fā)生計量不準(zhǔn)和故障現(xiàn)象。渦輪流量計的分布情況如表2. 1-1、表2. 1-2。

表2. 1-1渦輪流量計各車間分布情況統(tǒng)計表

表2. 1-2渦輪流量計各裝置所測介質(zhì)及安裝日期統(tǒng)計表

渦輪流量計在我公司物料計量中的應(yīng)用

    (二)渦輪流量計在公司各生產(chǎn)裝置的使用情況    1.通過對各生產(chǎn)裝里的動態(tài)標(biāo)定來驗證渦輪流顯計的使用精度    我公司進(jìn)出裝置物料計量表的配備精度一般為0. 5%(原油為0. 2% )，以岸罐為標(biāo)準(zhǔn)，在動態(tài)情況下對餾出口計量表量與收、發(fā)的岸罐量進(jìn)行比對來驗證渦輪流量計在實液及現(xiàn)場工況下的使用精度能否達(dá)到要求。具體比對數(shù)據(jù)見表2. 2-1、表2. 2-2、表2. 2-3、表2. 2-3。其中:表罐差為流量計計量的表量與岸罐計量的重量之差，差率為表罐差與罐量之比，不論是表量，還是罐量的計算方法均嚴(yán)格執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。    通過下表可以看出，渦輪流量計應(yīng)用于汽油、柴油的測量時，排除系統(tǒng)誤差的影響，精度均能達(dá)到0. 5%的要求;應(yīng)用于液化氣的測量由于球罐計量設(shè)施精度偏低，拿球罐做標(biāo)準(zhǔn)對表進(jìn)行比對要有一定的差異。

表2. 2-1介質(zhì)為汽油的動態(tài)標(biāo)定數(shù)據(jù)統(tǒng)計表

渦輪流量計在我公司物料計中的應(yīng)用

表2. 2-3其它品種的動態(tài)標(biāo)定數(shù)據(jù)統(tǒng)計表

表2. 2-4介質(zhì)為液化氣

    2.通過對生產(chǎn)裝t物料平衡情況來驗證渦輪流量計的使用精度新建二氣分裝置進(jìn)出物料計量均為渦輪流量計，從2004年11月22日10: 00至23日10: 00裝置動態(tài)標(biāo)定的數(shù)據(jù)統(tǒng)計可以看出，該流量計用于液化氣測量效果較好。從下表可以看出，進(jìn)出物料相差1. 207噸，測量的準(zhǔn)確性可想而知。

表2. 2-5 三氣分24小時物料平衡統(tǒng)計表

    三、結(jié)束語：
  通過以上的論述可以看出，渦輪流量計測量準(zhǔn)確度高、量程比寬，適用于輕質(zhì)油、液化氣的測量，使用精度及其計量性能完全滿足公司物料計量要求。隨著公司十五的發(fā)展，原油加工量的增加，新增加的各套生產(chǎn)裝置中，輕質(zhì)油和液化氣計量仍可以繼續(xù)采用渦輪流量計進(jìn)行計量，為生產(chǎn)裝置物料平衡提供準(zhǔn)確可靠的計量數(shù)據(jù)。