智能旋進(jìn)旋渦流量計(jì)技術(shù)參考概述

是我公司開(kāi)發(fā)研制的具有國(guó)內(nèi)*水平的新型氣體流量?jī)x表。該流量計(jì)集流量、溫度、壓力檢測(cè)功能于一體，并能進(jìn)行溫度、壓力、壓縮因子自動(dòng)補(bǔ)償，是石油、化工、電力、冶金等行業(yè)用于氣體計(jì)量的理想儀表。

智能旋進(jìn)旋渦流量計(jì)技術(shù)參考產(chǎn)品主要特點(diǎn)

• 無(wú)機(jī)械可動(dòng)部件，不易腐蝕，穩(wěn)定可靠，壽命長(zhǎng)，長(zhǎng)期運(yùn)行無(wú)須特殊維護(hù)；

• 采用16位電腦芯片，集成度高，體積小，性能好，整機(jī)功能強(qiáng)；

• 智能型流量計(jì)集流量探頭、微處理器、壓力、溫度傳感器于一體, 采取內(nèi)置式組合,使結(jié)構(gòu)更加緊湊，可直接測(cè)量流體的流量、壓力和溫度，并自動(dòng)實(shí)時(shí)跟蹤補(bǔ)償和壓縮因子修正；

• 采用雙檢測(cè)技術(shù)可有效地提高檢測(cè)信號(hào)強(qiáng)度，并抑制由管線(xiàn)振動(dòng)引起的干擾；

• 采用國(guó)內(nèi)*的智能抗震技術(shù)，有效的抑制了震動(dòng)和壓力波動(dòng)造成的干擾信號(hào)；

• 采用漢字點(diǎn)陣顯示屏，顯示位數(shù)多，讀數(shù)直觀(guān)方便，可直接顯示工作狀態(tài)下的體積流量、標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積流量、總量，以及介質(zhì)壓力、溫度等參數(shù)；

• 采用EEPROM技術(shù)，參數(shù)設(shè)置方便，可*保存，并可保存長(zhǎng)達(dá)一年的歷史數(shù)據(jù)；

• 轉(zhuǎn)換器可輸出頻率脈沖、4～20mA模擬信號(hào)，并具有RS485接口，可直接與微機(jī)聯(lián)網(wǎng)，傳輸距離可達(dá)1.2km；

• 多物理量參數(shù)報(bào)警輸出，可由用戶(hù)任選其中

• 流量計(jì)表頭可360度旋轉(zhuǎn)，安裝使用簡(jiǎn)單方便；

• 配合本公司的FM型數(shù)據(jù)采集器，可通過(guò)因特網(wǎng)或者 網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸

• 壓力、溫度信號(hào)為傳感器輸入方式，互換性強(qiáng)；

• 整機(jī)功耗低，可用內(nèi)電池供電，也可外接電源。

1.2山東旋進(jìn)旋渦流量計(jì)主要用途

可廣泛應(yīng)用于石油、化工、電力、冶金、城市供氣等行業(yè)測(cè)量各種氣體流量，是目前油田和城市天然氣輸配計(jì)量和貿(mào)易計(jì)量的 產(chǎn)品。

二、 結(jié)構(gòu)與工作原理

流量計(jì)結(jié)構(gòu)

流量計(jì)由以下七個(gè)基本部件組成（圖1）：

1.旋渦發(fā)生體

用鋁合金制成，具有一定角度的螺旋葉片，它固定在殼體收縮段前部，強(qiáng)迫流體產(chǎn)生強(qiáng)烈的漩渦流。

⒉ 殼體

本身帶有法蘭，并有一定形狀的流體通道，根據(jù)不同的工作壓力，殼體材料可采用鑄鋁合金或不銹鋼。

⒊ 智能流量計(jì)積算儀

由溫度、壓力檢測(cè)模擬通道、流量檢測(cè)數(shù)字通道以及 微處理單元、液晶驅(qū)動(dòng)電路和其它輔助電路組成，并配有外輸信號(hào)接口。          

4. 溫度傳感器

以Pt100鉑電阻為溫度敏感元件，在一定溫度范圍內(nèi)，其電阻值與溫度成對(duì)應(yīng)關(guān)系。

5. 壓力傳感器

以壓阻式擴(kuò)散硅橋路為敏感元件，其橋臂電阻在外界壓力作用下會(huì)發(fā)生預(yù)期變化，因此在一定激勵(lì)電流作用下，其兩個(gè)輸出端的電位差與外界壓力成正比。

6. 壓電晶體傳感器

安裝在靠近殼體擴(kuò)張段的喉部，可檢測(cè)出漩渦進(jìn)動(dòng)的頻率信號(hào)。

⒎ 消旋器

固定在殼體出口段，其作用是消除旋渦流，以減小對(duì)下游儀表性能的影響。

2.2工作原理

流量傳感器的流通剖面類(lèi)似文丘利管的型線(xiàn)（圖2）。在入口側(cè)安放一組螺旋型導(dǎo)流葉片，當(dāng)流體進(jìn)入流量傳感器時(shí)，導(dǎo)流葉片迫使流體產(chǎn)生劇烈的旋渦流。當(dāng)流體進(jìn)入擴(kuò)散段時(shí)，旋渦流受到回流的作用，開(kāi)始作二次旋轉(zhuǎn)，形成陀螺式的渦流進(jìn)動(dòng)現(xiàn)象。該進(jìn)動(dòng)頻率與流量大小成正比，不受流體物理性質(zhì)和密度的影響，檢測(cè)元件測(cè)得流體二次旋轉(zhuǎn)進(jìn)動(dòng)頻率就能在較寬的流量范圍內(nèi)獲得良好的線(xiàn)性度。信號(hào)經(jīng)前置放大器放大、濾波、整形轉(zhuǎn)換為與流速成正比的脈沖信號(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，后在液晶顯示屏上顯示出測(cè)量結(jié)果(瞬時(shí)流量、累積流量及溫度、壓力數(shù)據(jù))

2.3流量積算儀工作原

流量積算儀由溫度和壓力檢測(cè)模擬通道、流量傳感器通道以及微處理器單元組成，并配有外輸出信號(hào)接口，輸出各種信號(hào)。流量計(jì)中的微處理器按照氣態(tài)方程進(jìn)行溫壓補(bǔ)償，并自動(dòng)進(jìn)行壓縮因子修正

式中：

Q_N ——標(biāo)況下的體積流量(m³/h)；

Q_V ——工況下的體積流量(m³/h；

Pa ——當(dāng)?shù)卮髿鈮毫Γ↘Pa）；

P ——流量計(jì)取壓孔測(cè)量的表壓（KPa）；

P_N ——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的大氣壓力（101.325 KPa）；

T_N ——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的溫度（293.15K）；

T ——被測(cè)流體的溫度（K）；

Z_N ——?dú)怏w在標(biāo)況下的壓縮系數(shù)；

Z ——?dú)怏w在工況下的壓縮系數(shù)；

注：當(dāng)用鐘罩或負(fù)壓標(biāo)定時(shí)取Z_N/Z=1，對(duì)天然氣(Z_N/Z)^1/2=F_Z為超壓縮因子。按中國(guó)石油天然氣總公司的標(biāo)準(zhǔn)SY／T6143－1996中的公式計(jì)算。

三、主要技術(shù)參數(shù)與功能

3.1流量計(jì)規(guī)格、基本參數(shù)和性能指標(biāo)（見(jiàn)表1）

（表1）

注：1.準(zhǔn)確度：為溫度、壓力修正后的系統(tǒng)精度；

3.2標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)條件：

P=101.325KPa，T=293.15K

3.3使用條件：

環(huán)境溫度：-30℃～+65℃

相對(duì)濕度：5%～95%

介質(zhì)溫度：-20℃～+80℃

大氣壓力：86KPa～106KPa

3.4電氣性能指標(biāo)

3.4.1工作電源：

A．外電源：＋24VDC±15%，紋波＜5％，

適用于4～20mA輸出、脈沖輸出、報(bào)警輸出、RS-485等；

B．內(nèi)電源：1組3.6V鋰電池（ER26500），當(dāng)電壓低于3.0V時(shí)，出現(xiàn)欠壓指示。

3.4.2整機(jī)功耗：

A．外電源：<2W;

B．內(nèi)電源：平均功耗1mW。

3.4.3脈沖輸出方式：

A． 工況脈沖信號(hào)，直接將流量傳感器檢測(cè)的工況脈沖信號(hào)經(jīng)光耦隔離放大輸出，高電平≥20V，低電平≤1V；

B． 定標(biāo)脈沖信號(hào)，與IC卡閥門(mén)控制器配套，高電平幅度≥2.8V，低電平幅度≤0.2V，                 單位脈沖代表體積量可設(shè)定范圍：0.001m³~100m³。單選擇該值時(shí)必須注意：定標(biāo)脈 沖信號(hào)頻率應(yīng)≤1000Hz。

C． 定標(biāo)脈沖信號(hào)，經(jīng)光耦隔離放大輸出，高電平≥20V，低電平≤1V。

3.4.4  RS－485通信（光電隔離），可實(shí)現(xiàn)以下功能：

A．采用RS－485接口，可直接與上位機(jī)或二次表聯(lián)網(wǎng)，遠(yuǎn)傳顯示介質(zhì)的溫度、壓力和經(jīng)溫度、壓力補(bǔ)償后的標(biāo)準(zhǔn)體積流量和標(biāo)準(zhǔn)體積總量；

B．由RS－485接口與HW－Ⅰ數(shù)據(jù)采集器配套，可組成 網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)，一臺(tái)數(shù)據(jù)采集器可帶15臺(tái)流量計(jì)；

C．由RS－485接口與HW－Ⅱ數(shù)據(jù)采集器配套，可組成寬帶網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)，由INTERNET傳輸數(shù)據(jù)，一臺(tái)數(shù)據(jù)采集器可帶8臺(tái)流量計(jì)。

3.4.5  4～20mA標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)（光電隔離）

與標(biāo)準(zhǔn)體積流量成正比，4mA對(duì)應(yīng)0 m³/h， 20 mA對(duì)應(yīng)大標(biāo)準(zhǔn)體積流量（該值可在一級(jí)菜單中進(jìn)行設(shè)置），制式：兩線(xiàn)制或三線(xiàn)制，流量計(jì)可根據(jù)所插電流模塊自動(dòng)識(shí)別，并正確輸出。

3.4.6控制信號(hào)輸出：

A．下限報(bào)警信號(hào)（LP）：光電隔離，高低電平報(bào)警，報(bào)警電平可設(shè)定，工作電壓＋12V~+24V，大負(fù)載電流50mA；

B．上限報(bào)警信號(hào)（UP）：光電隔離，高低電平報(bào)警，報(bào)警電平可設(shè)定，工作電壓＋12V~+24V，大負(fù)載電流50mA；

3.5 防爆標(biāo)志：ExdIIBT4;ExiaIICT4

3.6 防護(hù)等級(jí)：IP65

3.7 壓力損失

ΔP₁——流量計(jì)實(shí)際壓力損失（KPa）；

ρ  ——被測(cè)介質(zhì)密度（kg/m³）

ΔP ——介質(zhì)為干空氣時(shí)流量計(jì)的壓力損失(KPa),其特性曲線(xiàn)見(jiàn)下圖

四、選型與安裝

4.1流量計(jì)選型

在選型過(guò)程中應(yīng)把握兩條原則；即：一要保證生產(chǎn)安全，二要保證使用精度。為此必須落實(shí)三個(gè)選型參數(shù)，即近期和遠(yuǎn)期的大、小及常用流量(主要用于選定儀表公稱(chēng)通徑)、被測(cè)介質(zhì)的設(shè)計(jì)壓力(主要用于選定儀表的公稱(chēng)壓力等級(jí))、實(shí)際工作壓力(主要用于選定儀表壓力傳感器的壓力等級(jí))。

a. 當(dāng)已知被測(cè)流量為工況體積流量時(shí)，可直接按表中的流量范圍選取適配的公稱(chēng)通徑；

b. 當(dāng)已知被測(cè)流量為標(biāo)況條件下的體積流量時(shí)，應(yīng)先將標(biāo)況體積流量Q_N換算為工況體積流量Qv，再按技術(shù)參數(shù)表中的流量范圍選取相應(yīng)的公稱(chēng)通徑；

c. 當(dāng)兩種口徑流量計(jì)均能覆蓋低和 體積流量時(shí)，在壓損允許下，應(yīng)盡量選小口徑；

d.勿使實(shí)際小流量Qmin低于所選公稱(chēng)通徑流量計(jì)的流量下限；

e.流量范圍、公稱(chēng)壓力有特殊要求時(shí)可協(xié)議訂貨。

式中：T、P、Pa含義同上，Q為體積流量，Qn為標(biāo)準(zhǔn)體積流量，Z/Zn數(shù)值列于表2.因計(jì)算步長(zhǎng)較大，表內(nèi)數(shù)據(jù)僅供參考，表中數(shù)據(jù)按天然氣真實(shí)相對(duì)密度Gr=0.600，氮?dú)夂投趸寄柗謹(jǐn)?shù)均為0.00計(jì)算。當(dāng)介質(zhì)壓力低于0.1MPa，均可按Z/Zn＝1估算。

4.2選型實(shí)例：

已知某一供氣管線(xiàn)實(shí)際工作壓力范圍為表0.80MPa－1.2MPa，介質(zhì)溫度范圍為－10℃～＋40℃，供氣峰值為標(biāo)準(zhǔn)體積流量2500，供氣谷值為標(biāo)準(zhǔn)體積流量5600，天然氣之真實(shí)相對(duì)密度Gr＝0.591，氮?dú)饽柊俜趾繛镸n＝1.6％，二氧化碳摩爾百分含量為Mc=0.8％,當(dāng)?shù)卮髿鈮毫?01.3KPa，要求確定流量計(jì)之口徑。

當(dāng)介質(zhì)壓力為0.8MPa，溫度為40℃，天然氣的壓縮因子影響小，此時(shí)當(dāng)處于供氣峰期時(shí)，具有大體積流量；而當(dāng)介質(zhì)壓力為1.2MPa，溫度為－10℃，壓縮因子影響大，此時(shí)當(dāng)處于供氣谷期時(shí)，具有小體積流量。

當(dāng)Gr＝0.591， Mn＝1.6％，Mc=0.8％，表壓P=0.8MPa,溫度T＝40℃,按SY／T6143之公式，可求得Zn/Z＝1.0127，故 體積流量為

表3                                                                    單位：mm

注：※為特殊規(guī)格要求。

4.4流量計(jì)安裝

4.4.1流量計(jì)的安裝

流量計(jì)安裝時(shí)，嚴(yán)禁在其進(jìn)出口法蘭處直接進(jìn)行電焊，以免燒壞流量計(jì)內(nèi)部零件。

對(duì)于新安裝或檢修后的管道務(wù)必進(jìn)行清掃，去除管道中的雜物后方能安裝流量計(jì)。

流量計(jì)應(yīng)安裝在便于維修、無(wú)強(qiáng)電磁場(chǎng)干擾、無(wú)強(qiáng)烈機(jī)械振動(dòng)以及熱輻射影響的場(chǎng)所；

流量計(jì)不宜用在流量頻繁中斷和有強(qiáng)烈脈動(dòng)流或壓力脈動(dòng)的場(chǎng)合；

流量計(jì)室外安裝時(shí)，上部應(yīng)有遮蓋物，以防雨水浸入和烈日曝曬影響流量計(jì)使用壽命；

• 流量計(jì)可任意角度安裝，流體的流向應(yīng)與流量計(jì)上標(biāo)識(shí)；

• 在管道施工中，應(yīng)考慮安裝伸縮管或波紋管，以免對(duì)流量計(jì)造成嚴(yán)重的拉伸或斷裂；

• 流量計(jì)應(yīng)與管道同軸安裝，并防止密封片和黃油進(jìn)入管道內(nèi)腔；

• 采用外電源時(shí)，流量計(jì)必須有可靠接地，不得與強(qiáng)電系統(tǒng)共用地線(xiàn)，在管道安裝或檢修時(shí)，不得把電焊系統(tǒng)的地線(xiàn)與流量計(jì)搭接。

• 為了不影響流體正常輸送和便于維護(hù)，要求按圖4 所示安裝旁通管道，并保證前≥3DN、后≥1DN的直管段；

4.4.2直管段要求

根據(jù)旋進(jìn)旋渦流量計(jì)的工作原理和流量計(jì)對(duì)上、下游直管段要求，對(duì)各種上游阻力件，

建議采用如下圖所列的前后直管段長(zhǎng)度，且保持直管段內(nèi)壁光滑平直。

4.4.3安裝注意事項(xiàng)

• 傳感器按流向標(biāo)志可在垂直、水平或任意傾斜位置上安裝；

• 當(dāng)管線(xiàn)較長(zhǎng)或距離振動(dòng)源較近時(shí)，應(yīng)在流量計(jì)的上、下游安裝支撐，以消除管線(xiàn)振動(dòng)的影響；

• 傳感器的安裝地點(diǎn)應(yīng)有足夠的空間，以便于流量計(jì)的檢查和維修，并應(yīng)滿(mǎn)足流量計(jì)的環(huán)境要求；

• 應(yīng)避免外界強(qiáng)磁場(chǎng)的干擾；

• 在室外安裝使用時(shí)，應(yīng)有遮蓋物，避免烈日曝曬與雨水浸蝕，影響儀表使用壽命；

• 管線(xiàn)試壓時(shí)，應(yīng)注意智能型流量計(jì)所配置壓力傳感器的壓力測(cè)量范圍,以免過(guò)壓損壞壓力傳感器。

• 應(yīng)注意安裝應(yīng)力的影響，安裝流量計(jì)上游和下游管道應(yīng)同軸，否則會(huì)產(chǎn)生剪切應(yīng)力。安裝流量計(jì)的位置應(yīng)考慮密封墊片的厚度，或在下游側(cè)安裝一個(gè)彈性伸縮節(jié)。

• 安裝流量計(jì)之前應(yīng)先清除管道中的焊渣等雜物。

• 投入運(yùn)行時(shí)，應(yīng)緩慢開(kāi)啟流量計(jì)上、下游閥門(mén)，以免瞬間氣流過(guò)急而沖壞起旋器。

• 當(dāng)流量計(jì)需要有信號(hào)遠(yuǎn)傳時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格按“電氣性能指標(biāo)"要求接入外電源（8～24）VDC，嚴(yán)禁在信號(hào)輸出口直接接入220VAC或380VAC電源；

• 用戶(hù)不得自行更改防爆系統(tǒng)的接線(xiàn)方式和任意擰動(dòng)各個(gè)輸出引線(xiàn)接頭；

• 流量計(jì)運(yùn)行時(shí)，不允許隨意打開(kāi)后蓋改動(dòng)儀表參數(shù)，否則影響流量計(jì)的正常工作；

• 定時(shí)檢查流量計(jì)法蘭處的泄漏情況。

4.4.4內(nèi)置電池的使用及更換

電池電量顯示

當(dāng)電池顯示僅剩一格時(shí)，要求用戶(hù)在一個(gè)月內(nèi)更換電池；只顯示電池外形符號(hào)時(shí)，則電池電量已耗盡，必須立即更換電池。

電池的更換方法

打開(kāi)智能流量積算儀的后蓋，松開(kāi)電池蓋板上的三顆螺釘，拔下電池插座，取出電池，換好新電池后重新安裝。

4.4.5防爆場(chǎng)所安裝要求

• 流量計(jì)應(yīng)有可靠的接地，防爆接地不應(yīng)與強(qiáng)電系統(tǒng)的保護(hù)接地共用。

• 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試電源時(shí)，不允許使用交流電源接地。

• 在任何情況下，用戶(hù)不得自行更改防爆電路、元器件和防爆型式。

• 必須先切斷外接電源再打開(kāi)轉(zhuǎn)換器蓋子。