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智能渦輪流量計(jì)應(yīng)用于燃?xì)庥?jì)量領(lǐng)域中的應(yīng)用分析
點(diǎn)擊次數(shù)：3004 發(fā)布時(shí)間：2021-01-13 17:50:36
氣體的測量相比較于液體的測量有著更高的標(biāo)準(zhǔn)與要求，因?yàn)橐紤]到壓力和溫度對(duì)于燃?xì)獾葰怏w介質(zhì)密度的影響，要做到精確測量，要有更多的方面的因素需要照顧到。目前對(duì)于氣體精確計(jì)量的儀表種類中，有一種智能渦輪流量計(jì)應(yīng)用較為廣泛，所以在當(dāng)前的燃?xì)庥?jì)量領(lǐng)域倍受青睞，已成為主流的燃?xì)庥?jì)量方法。由于智能渦輪流量計(jì)具有高精度、高靈活性、占地面積小、操作簡單、故障率低等多種優(yōu)勢，隨著認(rèn)識(shí)程度的不斷加深，該流量計(jì)的應(yīng)用逐漸延伸至油田、化工企業(yè)、城市燃?xì)庖约按笮腿細(xì)夤こ坍?dāng)中，具有客觀的發(fā)展前景，是迄今為止*為理想的氣體介質(zhì)計(jì)量儀表。
智能渦輪流量計(jì)實(shí)際上就是一種檢測封閉狀態(tài)下輸氣管道內(nèi)部氣體流速與流量的裝置，表現(xiàn)為速度型儀表。智能渦輪流量計(jì)具有精度高、操作簡便等多種顯著特點(diǎn)，在當(dāng)前的燃?xì)庥?jì)量領(lǐng)域中的應(yīng)用十分廣泛，為確保智能渦輪流量計(jì)能夠發(fā)揮出*佳的性能，還需對(duì)其實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行針對(duì)性的分析和研究。本文細(xì)致的分析了氣體渦流量計(jì)在使用過程中的基本原理，并對(duì)該流量計(jì)在燃?xì)庥?jì)量中的實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行闡述，旨在提高智能渦輪流量計(jì)的使用水平。
一、智能渦輪流量計(jì)的工作原理
該流量計(jì)將內(nèi)部渦輪安置在全封閉管道中，在管道中氣體介質(zhì)經(jīng)過流量計(jì)以后，渦輪在受到一定的動(dòng)能以后會(huì)進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，因此渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)的速度通過換算就可以得到管道中氣體的實(shí)際流量與流速，智能渦輪流量計(jì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。
1.導(dǎo)流裝置；2.旋轉(zhuǎn)軸承；3.氣體渦輪；4.裝置殼體；5.前端放大器；
6.總流量計(jì)算裝置；7.氣體流量顯示儀表（瞬時(shí)）
圖1 智能渦輪流量計(jì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖
使渦輪葉片與其軸線保持一定的夾角，夾角的大小為α，將渦輪的轉(zhuǎn)速定義為n；被測氣體的流量為qv ；渦輪葉片直徑（平均值）為r0；葉柵位置的氣體流通截面面積為S0，則可得到公式：
該公式說明，如果氣體渦輪的內(nèi)部結(jié)構(gòu)保持穩(wěn)定，也就是夾角的大小α、渦輪葉片直徑（平均值）r0以及葉柵位置的氣體流通截面面積S0都不會(huì)發(fā)生變化，則此時(shí)該裝置的被測氣體的流量qv會(huì)與渦輪轉(zhuǎn)速n呈正比關(guān)系，換言之就是此時(shí)的渦輪轉(zhuǎn)速n就是被測氣體的實(shí)際流速，通過計(jì)算可以進(jìn)一步得出氣體的流量。
然而，上述公式的提出是在忽略一切摩擦等外界客觀影響條件下進(jìn)行的。在實(shí)際情況中，被測氣體在不斷沖擊渦輪葉皮時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定旋轉(zhuǎn)力矩，需要克服多種力矩，包括粘滯摩擦、軸承之間的摩擦以及反作用等。由于氣體渦輪自身存在的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與結(jié)構(gòu)方面具有相應(yīng)的誤差，加之多種力矩的作用，使得實(shí)際的轉(zhuǎn)速n與流量是無法維持理想狀態(tài)下的線性關(guān)系的。只是在某種程度上，上述力矩可以不加以考慮，才能達(dá)到公式（1）所提出的線性關(guān)系。
在實(shí)際情況中使用廣泛的渦輪流量計(jì)通常都使用磁電轉(zhuǎn)換設(shè)備，以此方式將轉(zhuǎn)速情況轉(zhuǎn)化為電磁脈沖。在被測氣體經(jīng)過渦輪葉片以后，會(huì)使傳感裝置中的周期出現(xiàn)某種程度的變化。在固定的范圍之內(nèi)，葉片的轉(zhuǎn)速會(huì)與被測氣體的流速保持正比關(guān)系，進(jìn)而生成同種類型的脈沖信號(hào)，由流量計(jì)前端放大裝置進(jìn)行處理，然后到達(dá)單片機(jī)中的測量系統(tǒng)。通過復(fù)雜的計(jì)算與修正，*后得出被測氣體的實(shí)際流量瞬時(shí)值，并在顯示屏幕上顯示。
二、智能渦輪流量計(jì)在燃?xì)庥?jì)量中的應(yīng)用
（一）智能渦輪流量計(jì)是一種高精度測量儀器，所以在運(yùn)輸、裝卸以及存放等環(huán)節(jié)都要格外的小心，一個(gè)細(xì)小的失誤都有可能導(dǎo)致儀器癱瘓或者是影響到儀器測量的準(zhǔn)確度。
（二）在實(shí)際應(yīng)用之前，應(yīng)徹底拆封，除去商標(biāo)貼條，并使用吹起等簡單的方法檢查其氣體渦輪葉片的轉(zhuǎn)動(dòng)是否流暢、靈活。
（三）在實(shí)施安裝以前，尤其是在那些新建成的輸氣線路中使用時(shí)，應(yīng)事先對(duì)線路進(jìn)行徹底的清潔和打掃，除掉金屬管路安裝、連接所留下的殘?jiān)c銹跡等，如果線路中存在雜質(zhì)，不僅會(huì)影響到流量測量，還有可能損壞葉片。
（四）管道清掃完成之后，需對(duì)其進(jìn)行液壓靜力實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)結(jié)束之后，應(yīng)將管道中的液體清理干凈，決不允許有任何殘留，否則會(huì)對(duì)智能渦輪流量計(jì)造成嚴(yán)重的破壞。如果該實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)不可省略，則應(yīng)使用一個(gè)其他管段替換智能渦輪流量計(jì)，并在完成實(shí)驗(yàn)以后認(rèn)真檢查，確保管道中無液體殘留。
（五）智能渦輪流量計(jì)的安裝應(yīng)保持水平，如果應(yīng)用要求流量計(jì)需自帶潤滑系統(tǒng)，則在應(yīng)用安裝的過程中應(yīng)確保潤滑油系統(tǒng)的送油口向上。此外，在應(yīng)用之前應(yīng)檢查流量計(jì)一側(cè)的氣流方向是否為由上至下。
（六）在所有情況中，在管道氣流方向相對(duì)于智能渦輪流量計(jì)的上方，需要設(shè)置一個(gè)直管段，該管段長度應(yīng)切實(shí)小于等于2DN。此外，在管道下游與上述管段對(duì)稱的位置同樣需要設(shè)置一個(gè)直管段或者是彎管，長度也需小于或等于2DN。
（七）智能渦輪流量計(jì)沿管道向上設(shè)置的氣體漸縮管與漸擴(kuò)管需張開小于30°的開口，為確保燃?xì)饽軌蝽樌倪M(jìn)行輸送，方便日常維護(hù)，則需在該流量計(jì)安裝的輸氣管道上設(shè)置一個(gè)旁通管。
在啟動(dòng)智能渦輪流量計(jì)時(shí)，應(yīng)保持相對(duì)較慢的加壓速度，如果過快的加壓將有可能損壞氣體渦輪的葉片，智能渦輪流量計(jì)啟動(dòng)的各項(xiàng)指標(biāo)要求如表2所示。
（八）如果智能渦輪流量計(jì)的安裝管道上需要進(jìn)行焊接處理，則在焊接之前必須將智能渦輪流量計(jì)完全拆除。如果為拆除就進(jìn)行管道焊接，焊接過程產(chǎn)生的高溫將有可能使智能渦輪流量計(jì)受損，導(dǎo)致無法使用等嚴(yán)重后果。
（九）在應(yīng)用安裝的過程中，應(yīng)留意管道中燃?xì)獾牧鲃?dòng)方向是否與流量計(jì)外殼上標(biāo)注的方向相同，如不相同應(yīng)立即重新安裝，否則會(huì)使流量計(jì)渦輪葉片反轉(zhuǎn)，輕則失靈，重則損壞葉片等主要部件。
（十）燃?xì)廨斔凸艿佬璨淮嬖谌魏握饎?dòng)，而且氣體中不能參雜雜質(zhì)，確保氣體的清潔性，如果燃?xì)庵袏A雜雜物，將會(huì)對(duì)渦輪造成損害。如果燃?xì)獾倪\(yùn)輸不能控制清潔性，則需在燃?xì)馔ㄟ^流量計(jì)之前的位置設(shè)置氣體過濾裝置。
（十一）如果智能渦輪流量計(jì)需安裝應(yīng)用在室外的燃?xì)夤艿乐?，?yīng)結(jié)合實(shí)際條件設(shè)置對(duì)應(yīng)的防風(fēng)與防雨裝置。
（十二）在一般情況下，實(shí)際使用的范圍應(yīng)為*大限度的20～80%以內(nèi)。智能渦輪流量計(jì)在某種程度上可以進(jìn)行短時(shí)間的過載，但實(shí)際的過載量不能超過流量計(jì)*大限度的20%，過載的時(shí)間也應(yīng)在0.5h以內(nèi)。
（十三）應(yīng)用時(shí)必須保證流量計(jì)的氣體出口與入口連接準(zhǔn)確，并且每一個(gè)螺栓都應(yīng)受力勻稱，為了確保測量準(zhǔn)確度，需保障管線中不含任何形式的密封件，密封件的使用需根據(jù)設(shè)計(jì)要求，尺寸類型如表3所示。
三、本文小結(jié)
總而言之，智能渦輪流量計(jì)在我國油田領(lǐng)域中的應(yīng)用越來越廣泛，然而由于該流量計(jì)的應(yīng)用時(shí)間還比較短，仍有許多地方需要不斷學(xué)習(xí)和借鑒國外的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)與技術(shù)，從而做到少走彎路推動(dòng)油田事業(yè)快速發(fā)展。
智能渦輪流量計(jì)實(shí)際上就是一種檢測封閉狀態(tài)下輸氣管道內(nèi)部氣體流速與流量的裝置，表現(xiàn)為速度型儀表。智能渦輪流量計(jì)具有精度高、操作簡便等多種顯著特點(diǎn)，在當(dāng)前的燃?xì)庥?jì)量領(lǐng)域中的應(yīng)用十分廣泛，為確保智能渦輪流量計(jì)能夠發(fā)揮出*佳的性能，還需對(duì)其實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行針對(duì)性的分析和研究。本文細(xì)致的分析了氣體渦流量計(jì)在使用過程中的基本原理，并對(duì)該流量計(jì)在燃?xì)庥?jì)量中的實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行闡述，旨在提高智能渦輪流量計(jì)的使用水平。
一、智能渦輪流量計(jì)的工作原理
該流量計(jì)將內(nèi)部渦輪安置在全封閉管道中，在管道中氣體介質(zhì)經(jīng)過流量計(jì)以后，渦輪在受到一定的動(dòng)能以后會(huì)進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，因此渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)的速度通過換算就可以得到管道中氣體的實(shí)際流量與流速，智能渦輪流量計(jì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。
1.導(dǎo)流裝置；2.旋轉(zhuǎn)軸承；3.氣體渦輪；4.裝置殼體；5.前端放大器；
6.總流量計(jì)算裝置；7.氣體流量顯示儀表（瞬時(shí)）
圖1 智能渦輪流量計(jì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖
使渦輪葉片與其軸線保持一定的夾角，夾角的大小為α，將渦輪的轉(zhuǎn)速定義為n；被測氣體的流量為qv ；渦輪葉片直徑（平均值）為r0；葉柵位置的氣體流通截面面積為S0，則可得到公式：
該公式說明，如果氣體渦輪的內(nèi)部結(jié)構(gòu)保持穩(wěn)定，也就是夾角的大小α、渦輪葉片直徑（平均值）r0以及葉柵位置的氣體流通截面面積S0都不會(huì)發(fā)生變化，則此時(shí)該裝置的被測氣體的流量qv會(huì)與渦輪轉(zhuǎn)速n呈正比關(guān)系，換言之就是此時(shí)的渦輪轉(zhuǎn)速n就是被測氣體的實(shí)際流速，通過計(jì)算可以進(jìn)一步得出氣體的流量。
然而，上述公式的提出是在忽略一切摩擦等外界客觀影響條件下進(jìn)行的。在實(shí)際情況中，被測氣體在不斷沖擊渦輪葉皮時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定旋轉(zhuǎn)力矩，需要克服多種力矩，包括粘滯摩擦、軸承之間的摩擦以及反作用等。由于氣體渦輪自身存在的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與結(jié)構(gòu)方面具有相應(yīng)的誤差，加之多種力矩的作用，使得實(shí)際的轉(zhuǎn)速n與流量是無法維持理想狀態(tài)下的線性關(guān)系的。只是在某種程度上，上述力矩可以不加以考慮，才能達(dá)到公式（1）所提出的線性關(guān)系。
在實(shí)際情況中使用廣泛的渦輪流量計(jì)通常都使用磁電轉(zhuǎn)換設(shè)備，以此方式將轉(zhuǎn)速情況轉(zhuǎn)化為電磁脈沖。在被測氣體經(jīng)過渦輪葉片以后，會(huì)使傳感裝置中的周期出現(xiàn)某種程度的變化。在固定的范圍之內(nèi)，葉片的轉(zhuǎn)速會(huì)與被測氣體的流速保持正比關(guān)系，進(jìn)而生成同種類型的脈沖信號(hào)，由流量計(jì)前端放大裝置進(jìn)行處理，然后到達(dá)單片機(jī)中的測量系統(tǒng)。通過復(fù)雜的計(jì)算與修正，*后得出被測氣體的實(shí)際流量瞬時(shí)值，并在顯示屏幕上顯示。
二、智能渦輪流量計(jì)在燃?xì)庥?jì)量中的應(yīng)用
（一）智能渦輪流量計(jì)是一種高精度測量儀器，所以在運(yùn)輸、裝卸以及存放等環(huán)節(jié)都要格外的小心，一個(gè)細(xì)小的失誤都有可能導(dǎo)致儀器癱瘓或者是影響到儀器測量的準(zhǔn)確度。
（二）在實(shí)際應(yīng)用之前，應(yīng)徹底拆封，除去商標(biāo)貼條，并使用吹起等簡單的方法檢查其氣體渦輪葉片的轉(zhuǎn)動(dòng)是否流暢、靈活。
（三）在實(shí)施安裝以前，尤其是在那些新建成的輸氣線路中使用時(shí)，應(yīng)事先對(duì)線路進(jìn)行徹底的清潔和打掃，除掉金屬管路安裝、連接所留下的殘?jiān)c銹跡等，如果線路中存在雜質(zhì)，不僅會(huì)影響到流量測量，還有可能損壞葉片。
（四）管道清掃完成之后，需對(duì)其進(jìn)行液壓靜力實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)結(jié)束之后，應(yīng)將管道中的液體清理干凈，決不允許有任何殘留，否則會(huì)對(duì)智能渦輪流量計(jì)造成嚴(yán)重的破壞。如果該實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)不可省略，則應(yīng)使用一個(gè)其他管段替換智能渦輪流量計(jì)，并在完成實(shí)驗(yàn)以后認(rèn)真檢查，確保管道中無液體殘留。
（五）智能渦輪流量計(jì)的安裝應(yīng)保持水平，如果應(yīng)用要求流量計(jì)需自帶潤滑系統(tǒng)，則在應(yīng)用安裝的過程中應(yīng)確保潤滑油系統(tǒng)的送油口向上。此外，在應(yīng)用之前應(yīng)檢查流量計(jì)一側(cè)的氣流方向是否為由上至下。
（六）在所有情況中，在管道氣流方向相對(duì)于智能渦輪流量計(jì)的上方，需要設(shè)置一個(gè)直管段，該管段長度應(yīng)切實(shí)小于等于2DN。此外，在管道下游與上述管段對(duì)稱的位置同樣需要設(shè)置一個(gè)直管段或者是彎管，長度也需小于或等于2DN。
（七）智能渦輪流量計(jì)沿管道向上設(shè)置的氣體漸縮管與漸擴(kuò)管需張開小于30°的開口，為確保燃?xì)饽軌蝽樌倪M(jìn)行輸送，方便日常維護(hù)，則需在該流量計(jì)安裝的輸氣管道上設(shè)置一個(gè)旁通管。
在啟動(dòng)智能渦輪流量計(jì)時(shí)，應(yīng)保持相對(duì)較慢的加壓速度，如果過快的加壓將有可能損壞氣體渦輪的葉片，智能渦輪流量計(jì)啟動(dòng)的各項(xiàng)指標(biāo)要求如表2所示。
（八）如果智能渦輪流量計(jì)的安裝管道上需要進(jìn)行焊接處理，則在焊接之前必須將智能渦輪流量計(jì)完全拆除。如果為拆除就進(jìn)行管道焊接，焊接過程產(chǎn)生的高溫將有可能使智能渦輪流量計(jì)受損，導(dǎo)致無法使用等嚴(yán)重后果。
（九）在應(yīng)用安裝的過程中，應(yīng)留意管道中燃?xì)獾牧鲃?dòng)方向是否與流量計(jì)外殼上標(biāo)注的方向相同，如不相同應(yīng)立即重新安裝，否則會(huì)使流量計(jì)渦輪葉片反轉(zhuǎn)，輕則失靈，重則損壞葉片等主要部件。
（十）燃?xì)廨斔凸艿佬璨淮嬖谌魏握饎?dòng)，而且氣體中不能參雜雜質(zhì)，確保氣體的清潔性，如果燃?xì)庵袏A雜雜物，將會(huì)對(duì)渦輪造成損害。如果燃?xì)獾倪\(yùn)輸不能控制清潔性，則需在燃?xì)馔ㄟ^流量計(jì)之前的位置設(shè)置氣體過濾裝置。
（十一）如果智能渦輪流量計(jì)需安裝應(yīng)用在室外的燃?xì)夤艿乐?，?yīng)結(jié)合實(shí)際條件設(shè)置對(duì)應(yīng)的防風(fēng)與防雨裝置。
（十二）在一般情況下，實(shí)際使用的范圍應(yīng)為*大限度的20～80%以內(nèi)。智能渦輪流量計(jì)在某種程度上可以進(jìn)行短時(shí)間的過載，但實(shí)際的過載量不能超過流量計(jì)*大限度的20%，過載的時(shí)間也應(yīng)在0.5h以內(nèi)。
（十三）應(yīng)用時(shí)必須保證流量計(jì)的氣體出口與入口連接準(zhǔn)確，并且每一個(gè)螺栓都應(yīng)受力勻稱，為了確保測量準(zhǔn)確度，需保障管線中不含任何形式的密封件，密封件的使用需根據(jù)設(shè)計(jì)要求，尺寸類型如表3所示。
三、本文小結(jié)
總而言之，智能渦輪流量計(jì)在我國油田領(lǐng)域中的應(yīng)用越來越廣泛，然而由于該流量計(jì)的應(yīng)用時(shí)間還比較短，仍有許多地方需要不斷學(xué)習(xí)和借鑒國外的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)與技術(shù)，從而做到少走彎路推動(dòng)油田事業(yè)快速發(fā)展。