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對(duì)智能型旋進(jìn)旋渦流量計(jì)的認(rèn)識(shí)

來源：無錫市廣順石化儀表廠 2010年07月15日 09:50

近年來適用于不同介質(zhì)及工況條件的新型計(jì)量儀表相繼問世，智能型旋進(jìn)旋渦流量計(jì)即為其中之一。它是近年來開發(fā)并投放市場的一種速度式流量儀表，可適用于石油、蒸汽、天然氣、水等多種介質(zhì)的流量測(cè)量，并實(shí)現(xiàn)了壓力、溫度及壓縮系數(shù)等動(dòng)態(tài)參數(shù)的在線自動(dòng)補(bǔ)償。也正因?yàn)樵摫砭哂幸欢ㄌ厣珣?yīng)用歷史較短，同時(shí)考慮到有關(guān)使用者尚未對(duì)其進(jìn)行過較為系統(tǒng)的實(shí)踐總結(jié)，有鑒于此，筆者將本企業(yè)對(duì)該種儀表的運(yùn)用情況予以小結(jié)，作為有關(guān)部門在儀表選型及使用過程中的一個(gè)參考。

1 選用背景

①在某些特定場合下孔板流量計(jì)已不能滿足zui基本的測(cè)量要求。

在天然氣流量計(jì)量現(xiàn)場，往往都存在著一些特殊用戶，主要表現(xiàn)為：瞬時(shí)流量較小或流量波動(dòng)幅度較大。如果在這種情況下仍然使用傳統(tǒng)的孔板流量計(jì)進(jìn)行流量測(cè)量，那么就很有可能違背有關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定^[1，2]。比如，要求"管道內(nèi)的流量應(yīng)該不隨時(shí)間變化，或?qū)嶋H上只隨時(shí)間有微小和緩慢的變化"對(duì)于采用法蘭取壓的孔板流量計(jì)又要求“ReD≥1260 ²D”等，一旦超越這些基本的使用條件，孔板流量計(jì)的測(cè)量準(zhǔn)確性也就無從談起；另外，在這種特殊情況下，對(duì)顯示儀表的選配也是一件頗費(fèi)周折的事情，如果匹配不當(dāng)，那么指示或記錄示值超差也就在所難免。

②對(duì)生產(chǎn)管理成本的嚴(yán)格控制是現(xiàn)代企業(yè)生存發(fā)展的迫切要求。

如今，各個(gè)企業(yè)郡在經(jīng)歷著市場的嚴(yán)峻洗禮，生產(chǎn)成本就勢(shì)必悠關(guān)企業(yè)的生死存亡，因此，在滿足流量計(jì)基本要求的前提下，選用既能節(jié)省靜態(tài)投資又能降低動(dòng)態(tài)成本的新型計(jì)量儀表也就提上了有關(guān)決策者的議事日程。

2 儀表特點(diǎn)

與傳統(tǒng)的孔板流量計(jì)進(jìn)行比較，智能式旋進(jìn)旋渦流量計(jì)具有以下幾個(gè)主要特點(diǎn)：

①實(shí)現(xiàn)了機(jī)電一體化，日常的計(jì)量過程不需人工值守；

②工藝安裝條件不苛刻，儀表上、下游直管段可較孔板流量計(jì)大大縮短；

③系統(tǒng)的測(cè)量準(zhǔn)確度能夠滿足目前的貿(mào)易計(jì)量要求（≤2%）">；

④流量測(cè)量范圍較寬（q_max/q_min=15～20">），可在孔板流量計(jì)無法涉足的部分小流量區(qū)域進(jìn)行有效工作；

⑤體積小、重量輕，離線標(biāo)定較為方便；

⑥測(cè)量信號(hào)既可就地顯示，也可按需遠(yuǎn)傳；

⑦無可動(dòng)部件，因此對(duì)于一般的測(cè)量就不存在儀表的機(jī)械磨損；

⑧儀表管理人員勿需專業(yè)培訓(xùn)，流量、壓力及溫度等測(cè)量參數(shù)可以從表頭直接讀取并且不必進(jìn)行折算轉(zhuǎn)換；

⑨只需定期更換電池（微功耗）">及被測(cè)介質(zhì)的參數(shù)。

3 工作原理

①組成結(jié)構(gòu)

智能型旋進(jìn)旋渦流量計(jì)主要由殼體（文丘利管）">、旋渦發(fā)生體、導(dǎo)流體、頻率感測(cè)件（壓電晶體）、微處理器、溫度及壓力傳感器等部件組成，其外型結(jié)構(gòu)如圖1所示。

②工作原理

l一旋渦發(fā)生體；2—殼體；3—">溫度傳感器輸入口；4壓力傳感器輸入口；5—信號(hào)輸出口；

6一壓電晶體；7一溫度傳感器；8一壓力傳感器；9一出口導(dǎo)流體

圖l">旋進(jìn)旋渦流量計(jì)結(jié)構(gòu)圖

當(dāng)被測(cè)介質(zhì)沿管道中軸到達(dá)儀表上游入口時(shí)，其固定于端部的扇型葉片首先迫使流體進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，然后再由旋渦發(fā)生體形成旋渦流。由于流體本身具有的動(dòng)能，旋渦流繼續(xù)在文丘利管中向前旋進(jìn)，在流體到達(dá)文氏管的收縮段時(shí)由于節(jié)流作用使得旋渦流動(dòng)能增加、流速加大，當(dāng)進(jìn)入擴(kuò)散段后，又因回流的作用流體就被迫進(jìn)行二次旋轉(zhuǎn)。產(chǎn)生的旋渦頻率再經(jīng)頻率感測(cè)元件（壓電晶體）檢測(cè)、轉(zhuǎn)換及前置放大器的放大、濾波和整形等一系列過程之后，旋渦頻率就被轉(zhuǎn)變成了與被測(cè)介質(zhì)流速大小成正比的脈沖信號(hào)，然后再與溫度、壓力等檢測(cè)信號(hào)一起被送往微處理器進(jìn)行積算處理，zui后在LCD上顯示出測(cè)量結(jié)果（標(biāo)準(zhǔn)狀況下的瞬時(shí)流量、累計(jì)流量及溫度、壓力數(shù)據(jù)）。其工作原理框圖如圖2所示。

圖2">溫壓補(bǔ)償智能流量積算儀原理框圖

4 使用情況

①概況為了解決小城鎮(zhèn)的民用氣計(jì)量問題（日供氣量較小、流量波動(dòng)幅度較大），從1997年8">月到現(xiàn)在，我們一共使用了浙江天信儀表有限公司生產(chǎn)的智能型旋進(jìn)旋渦流量計(jì)50余臺(tái)，使用點(diǎn)的流量測(cè)量范圍均在100～3000m³/d之間，供氣壓力≤l.0MPa，其中zui小規(guī)格為DN25；zui大規(guī)格為DN50。

②介質(zhì)條件被測(cè)介質(zhì)基本上都為凈化后的天然氣，其甲烷（CH₄）含量≥95%、二氧化碳（C0₂）及氮?dú)猓∟₂）含量均≤5%">、硫化氫（H₂S）含量≤30mg/m³、相對(duì)密度（Cr）為0.55～0.58">。

③使用效果只要儀表選型合理并且在流態(tài)穩(wěn)定及沒有明顯干擾的情況下，該表運(yùn)行較為穩(wěn)定、可靠。在某計(jì)量點(diǎn)，經(jīng)與孔板流量計(jì)串聯(lián)比對(duì)，二者測(cè)量結(jié)果吻合較好，如表1所示。

表1 某用戶智能型旋進(jìn)旋渦流量計(jì)與孔板流量計(jì)測(cè)量結(jié)果比對(duì)

日期	旋進(jìn)旋渦流量計(jì)/m³	孔板流量計(jì)/m³	差值
日期	旋進(jìn)旋渦流量計(jì)/m³	孔板流量計(jì)/m³	絕差/m³	相對(duì)（%">）
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 注意事項(xiàng)

任何一類計(jì)量儀表都具有其特殊性，智能式旋進(jìn)旋渦流量計(jì)也不例外。為了讓該種儀表能夠更好地服務(wù)于流量計(jì)量工作，來自于生產(chǎn)現(xiàn)場的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，以下幾個(gè)方面的注意事項(xiàng)應(yīng)當(dāng)引起有關(guān)管理及使用部門的足夠重視。

① 重視儀表選型在已經(jīng)選定了儀表種類（比如，智能式旋進(jìn)旋渦流量計(jì)）的情況下，緊接著就是對(duì)儀表規(guī)格及其配套元件的選擇至關(guān)重要。一句話，選好才能用好。為此，在選型過程中應(yīng)把握住兩條基本原則；即：一要保證使用精度，二要保證生產(chǎn)安全。要做到這一點(diǎn)，就必須落實(shí)三個(gè)選型參數(shù)，即近期和遠(yuǎn)期的zui大、zui小及常用瞬時(shí)流量（主要用于選定儀表的大小規(guī)格）、被測(cè)介質(zhì)的設(shè)計(jì)壓力（主要用于選定儀表的公稱壓力等級(jí)）、工作壓力（主要用于選定儀表壓力傳感器的壓力等級(jí)）。

② 進(jìn)行用前標(biāo)校一方面，考慮到目前對(duì)這類儀表的現(xiàn)場檢定還存在這樣那樣的困難。另外，如果購置的意圖又是準(zhǔn)備將該這種儀表運(yùn)用于比較重要的計(jì)量場合，比如大流量的貿(mào)易計(jì)量或計(jì)量糾紛比較突出的測(cè)量點(diǎn)，并且運(yùn)用現(xiàn)場也不具備流量在線標(biāo)校條件，那么在這種情況下，僅憑購買時(shí)由生產(chǎn)廠家提供的一紙出廠合格證明就輕易判定該表全部性能合格，那就有些為時(shí)過早。因此，為了確保儀表在今后的工作過程中其測(cè)量結(jié)果的可靠與準(zhǔn)確，就有必要在正式安裝前將其送往具有這方面檢定能力及資質(zhì)的部門進(jìn)行一次全流量范圍內(nèi)的系統(tǒng)檢定。

③ 搞好工藝安裝雖然該種儀表對(duì)工藝安裝及使用環(huán)境沒有太多的特殊要求，但任何一類流量測(cè)量儀表都有這樣一種共性，即盡可能避免振動(dòng)及高溫環(huán)境隨離流態(tài)干擾元件（如壓縮機(jī)、分離器、調(diào)壓閥、大小頭及匯管、彎頭等）、保持儀表前后直管段內(nèi)壁光滑平直、保證被測(cè)介質(zhì)為潔凈的單相流體等。

④ 加強(qiáng)后期管理該種儀表雖然具有多種自動(dòng)處置功能和微功耗的特點(diǎn)，但投運(yùn)之后仍需加強(qiáng)管理。比如，為了保證儀表長期工作的準(zhǔn)確性、可靠性（避免意外停運(yùn)和數(shù)據(jù)丟失），就應(yīng)定期進(jìn)行系統(tǒng)標(biāo)校（每1">～2年）、抄錄表頭數(shù)據(jù)（每天或每周）、更換介質(zhì)參數(shù)（每月或每季）以及不定期查看電池狀況、檢查儀表系數(shù)及鉛封等。

⑤ 注意內(nèi)部維護(hù) 如果由于氣質(zhì)臟污或其它原因需要對(duì)儀表的測(cè)量腔體及其構(gòu)件進(jìn)行定期檢查或清洗，那么有一點(diǎn)則必須特別注意：對(duì)于同規(guī)格的旋進(jìn)旋渦流量計(jì)，其旋渦發(fā)生體、導(dǎo)流體等核心組件不能互換，否則，須重新標(biāo)定儀表計(jì)量系數(shù)并對(duì)其配帶的溫度及壓力傳感器進(jìn)行系統(tǒng)校正。

6 存在問題

① 截止頻率的設(shè)置具有隨意性設(shè)置截止頻率是由用戶根據(jù)計(jì)量現(xiàn)場的生產(chǎn)變化情況自行確定儀表的始動(dòng)流量。如果截止頻率設(shè)定得太高，那么儀表的始動(dòng)流量相應(yīng)增大，為此就可能造成流量的漏計(jì)現(xiàn)象發(fā)生；如果截止頻率設(shè)定得太低，那么儀表的敏感程度相應(yīng)提高，外界的一些微弱振動(dòng)或雜散信號(hào)就有可能導(dǎo)致在沒有被測(cè)介質(zhì)通過的情況下儀表開始動(dòng)作，于是流量的多計(jì)現(xiàn)象就不可避免。這兩種現(xiàn)象，在筆者所在的企業(yè)都曾遭遇，時(shí)至日前，尚末找到一種合適的解決辦法。

② 對(duì)噪聲或振動(dòng)等干擾信號(hào)較為敏感如果在靠近測(cè)量儀表的附近存在著較強(qiáng)的磁場或在儀表測(cè)量端的上游存在明顯的噪聲、擾動(dòng)（比如，由于節(jié)流或流向改變引起的嘯叫及其他機(jī)械振動(dòng)），那么儀表的運(yùn)行將受到一定程度的影響。也就是說，該種儀表抗干擾

的能力還有待于進(jìn)一步提高。

③ 無測(cè)量參數(shù)的歷史記錄由于流量測(cè)量是工藝控制、成本考核或貿(mào)易結(jié)算的重要依據(jù)，有時(shí)由于產(chǎn)品質(zhì)量下降、生產(chǎn)成本上升或輸差較大等原因，就難免要對(duì)不同歷史時(shí)期的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，這時(shí)就需要調(diào)用壓力、溫度、瞬時(shí)（累計(jì)）流量的歷史記錄，如果不采取人工定期錄取或?qū)@種儀表進(jìn)行二次開發(fā)（比如，對(duì)現(xiàn)場的適時(shí)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行遠(yuǎn)傳和自動(dòng)記錄），那么所需資料就不復(fù)存在。

另外，該儀表還存在著以下問題：由于投放市場的時(shí)間較短，儀表的可靠性和穩(wěn)定性還有待于各種復(fù)雜工況的檢驗(yàn)；測(cè)量精度對(duì)流態(tài)及介質(zhì)臟污的敏感程度還有待于實(shí)驗(yàn)研究；現(xiàn)場檢定方法還有待于進(jìn)一步探索等。從這個(gè)意義上講，該儀表目前還主要適用于那些不太重要的計(jì)量場合，比如，中小流量及內(nèi)部交接計(jì)量。

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