对智能型旋进旋涡流量计的认识

近年来适用于不同介质及工况条件的新型计量仪表相继问世，智能型旋进旋涡流量计即为其中之一。它是近年来开发并投放市场的一种速度式流量仪表，可适用于石油、蒸汽、天然气、水等多种介质的流量测量，并实现了压力、温度及压缩系数等动态参数的在线自动补偿。也正因为该表具有一定特色但应用历史较短，同时考虑到有关使用者尚未对其进行过较为系统的实践总结，有鉴于此，笔者将本企业对该种仪表的运用情况予以小结，作为有关部门在仪表选型及使用过程中的一个参考。

1  选用背景

①在某些特定场合下孔板流量计已不能满足最基本的测量要求。

在天然气流量计量现场，往往都存在着一些特殊用户，主要表现为：瞬时流量较小或流量波动幅度较大。如果在这种情况下仍然使用传统的孔板流量计进行流量测量，那么就很有可能违背有关技术标准的规定^[1，2]。比如，要求"管道内的流量应该不随时间变化，或实际上只随时间有微小和缓慢的变化"对于采用法兰取压的孔板流量计又要求“ReD≥1260 ²D”等，一旦超越这些基本的使用条件，孔板流量计的测量准确性也就无从谈起；另外，在这种特殊情况下，对显示仪表的选配也是一件颇费周折的事情，如果匹配不当，那么指示或记录示值超差也就在所难免。

②对生产管理成本的严格控制是现代企业生存发展的迫切要求。

如今，各个企业郡在经历着市场的严峻洗礼，生产成本就势必悠关企业的生死存亡，因此，在满足流量计基本要求的前提下，选用既能节省静态投资又能降低动态成本的新型计量仪表也就提上了有关决策者的议事日程。

 

2  仪表特点

与传统的孔板流量计进行比较，智能式旋进旋涡流量计具有以下几个主要特点：

    ①实现了机电一体化，日常的计量过程不需人工值守；

    ②工艺安装条件不苛刻，仪表上、下游直管段可较孔板流量计大大缩短；

    ③系统的测量准确度能够满足目前的贸易计量要求(≤2%)">；

    ④流量测量范围较宽（q_max/q_min=15～20">），可在孔板流量计无法涉足的部分小流量区域进行有效工作；

    ⑤体积小、重量轻，离线标定较为方便；

    ⑥测量信号既可就地显示，也可按需远传；

    ⑦无可动部件，因此对于一般的测量就不存在仪表的机械磨损；

    ⑧仪表管理人员勿需专业培训，流量、压力及温度等测量参数可以从表头直接读取并且不必进行折算转换；

    ⑨只需定期更换电池(微功耗)">及被测介质的参数。

 

3  工作原理

    ①组成结构

    智能型旋进旋涡流量计主要由壳体(文丘利管)">、旋涡发生体、导流体、频率感测件(压电晶体)、微处理器、温度及压力传感器等部件组成，其外型结构如图1所示。

    ②工作原理

l一旋涡发生体；2—壳体；3—">温度传感器输入口；4压力传感器输入口；5—信号输出口；

6一压电晶体；7一温度传感器；8一压力传感器；9一出口导流体

图l">旋进旋涡流量计结构图

当被测介质沿管道中轴到达仪表上游入口时，其固定于端部的扇型叶片首先迫使流体进行旋转运动，然后再由旋涡发生体形成旋涡流。由于流体本身具有的动能，旋涡流继续在文丘利管中向前旋进，在流体到达文氏管的收缩段时由于节流作用使得旋涡流动能增加、流速加大，当进入扩散段后，又因回流的作用流体就被迫进行二次旋转。产生的旋涡频率再经频率感测元件(压电晶体)检测、转换及前置放大器的放大、滤波和整形等一系列过程之后，旋涡频率就被转变成了与被测介质流速大小成正比的脉冲信号，然后再与温度、压力等检测信号一起被送往微处理器进行积算处理，最后在LCD上显示出测量结果(标准状况下的瞬时流量、累计流量及温度、压力数据)。其工作原理框图如图2所示。

图2">温压补偿智能流量积算仪原理框图

4  使用情况

    ①概况  为了解决小城镇的民用气计量问题(日供气量较小、流量波动幅度较大)，从1997年8">月到现在，我们一共使用了浙江天信仪表有限公司生产的智能型旋进旋涡流量计50余台，使用点的流量测量范围均在100～3000m³/d之间，供气压力≤l.0MPa，其中最小规格为DN25；最大规格为DN50。

    ②介质条件  被测介质基本上都为净化后的天然气，其甲烷(CH₄)含量≥95%、二氧化碳(C0₂)及氮气(N₂)含量均≤5%">、硫化氢(H₂S)含量≤30mg/m³、相对密度(Cr)为0.55～0.58">。

③使用效果  只要仪表选型合理并且在流态稳定及没有明显干扰的情况下，该表运行较为稳定、可靠。在某计量点，经与孔板流量计串联比对，二者测量结果吻合较好，如表1所示。

表1  某用户智能型旋进旋涡流量计与孔板流量计测量结果比对

日期	旋进旋涡 流量计/m3	孔板 流量计/m3	差值
			绝差/m3	相对（%">）
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  注意事项

    任何一类计量仪表都具有其特殊性，智能式旋进旋涡流量计也不例外。为了让该种仪表能够更好地服务于流量计量工作，来自于生产现场的实践经验表明，以下几个方面的注意事项应当引起有关管理及使用部门的足够重视。

    ① 重视仪表选型  在已经选定了仪表种类(比如，智能式旋进旋涡流量计)的情况下，紧接着就是对仪表规格及其配套元件的选择至关重要。一句话，选好才能用好。为此，在选型过程中应把握住两条基本原则；即：一要保证使用精度，二要保证生产安全。要做到这一点，就必须落实三个选型参数，即近期和远期的最大、最小及常用瞬时流量(主要用于选定仪表的大小规格)、被测介质的设计压力(主要用于选定仪表的公称压力等级)、工作压力(主要用于选定仪表压力传感器的压力等级)。

    ② 进行用前标校  一方面，考虑到目前对这类仪表的现场检定还存在这样那样的困难。另外，如果购置的意图又是准备将该这种仪表运用于比较重要的计量场合，比如大流量的贸易计量或计量纠纷比较突出的测量点，并且运用现场也不具备流量在线标校条件，那么在这种情况下，仅凭购买时由生产厂家提供的一纸出厂合格证明就轻易判定该表全部性能合格，那就有些为时过早。因此，为了确保仪表在今后的工作过程中其测量结果的可靠与准确，就有必要在正式安装前将其送往具有这方面检定能力及资质的部门进行一次全流量范围内的系统检定。

    ③ 搞好工艺安装  虽然该种仪表对工艺安装及使用环境没有太多的特殊要求，但任何一类流量测量仪表都有这样一种共性，即尽可能避免振动及高温环境随离流态干扰元件(如压缩机、分离器、调压阀、大小头及汇管、弯头等)、保持仪表前后直管段内壁光滑平直、保证被测介质为洁净的单相流体等。

    ④ 加强后期管理  该种仪表虽然具有多种自动处置功能和微功耗的特点，但投运之后仍需加强管理。比如，为了保证仪表长期工作的准确性、可靠性(避免意外停运和数据丢失)，就应定期进行系统标校(每1">～2年)、抄录表头数据（每天或每周）、更换介质参数（每月或每季）以及不定期查看电池状况、检查仪表系数及铅封等。

    ⑤ 注意内部维护  如果由于气质脏污或其它原因需要对仪表的测量腔体及其构件进行定期检查或清洗，那么有一点则必须特别注意：对于同规格的旋进旋涡流量计，其旋涡发生体、导流体等核心组件不能互换，否则，须重新标定仪表计量系数并对其配带的温度及压力传感器进行系统校正。

 

6  存在问题

    ① 截止频率的设置具有随意性  设置截止频率是由用户根据计量现场的生产变化情况自行确定仪表的始动流量。如果截止频率设定得太高，那么仪表的始动流量相应增大，为此就可能造成流量的漏计现象发生；如果截止频率设定得太低，那么仪表的敏感程度相应提高，外界的一些微弱振动或杂散信号就有可能导致在没有被测介质通过的情况下仪表开始动作，于是流量的多计现象就不可避免。这两种现象，在笔者所在的企业都曾遭遇，时至日前，尚末找到一种合适的解决办法。

    ② 对噪声或振动等干扰信号较为敏感  如果在靠近测量仪表的附近存在着较强的磁场或在仪表测量端的上游存在明显的噪声、扰动(比如，由于节流或流向改变引起的啸叫及其他机械振动)，那么仪表的运行将受到一定程度的影响。也就是说，该种仪表抗干扰

的能力还有待于进一步提高。

    ③ 无测量参数的历史记录  由于流量测量是工艺控制、成本考核或贸易结算的重要依据，有时由于产品质量下降、生产成本上升或输差较大等原因，就难免要对不同历史时期的测量数据进行对比分析，这时就需要调用压力、温度、瞬时(累计)流量的历史记录，如果不采取人工定期录取或对这种仪表进行二次开发(比如，对现场的适时测量数据进行远传和自动记录)，那么所需资料就不复存在。

    另外，该仪表还存在着以下问题：由于投放市场的时间较短，仪表的可靠性和稳定性还有待于各种复杂工况的检验；测量精度对流态及介质脏污的敏感程度还有待于实验研究；现场检定方法还有待于进一步探索等。从这个意义上讲，该仪表目前还主要适用于那些不太重要的计量场合，比如，中小流量及内部交接计量。

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