智能旋進旋渦流量計技術(shù)參考概述

是我公司開發(fā)研制的具有國內(nèi)*水平的新型氣體流量儀表。該流量計集流量、溫度、壓力檢測功能于一體，并能進行溫度、壓力、壓縮因子自動補償，是石油、化工、電力、冶金等行業(yè)用于氣體計量的理想儀表。

智能旋進旋渦流量計技術(shù)參考產(chǎn)品主要特點

• 無機械可動部件，不易腐蝕，穩(wěn)定可靠，壽命長，長期運行無須特殊維護；

• 采用16位電腦芯片，集成度高，體積小，性能好，整機功能強；

• 智能型流量計集流量探頭、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，可直接測量流體的流量、壓力和溫度，并自動實時跟蹤補償和壓縮因子修正；

• 采用雙檢測技術(shù)可有效地提高檢測信號強度，并抑制由管線振動引起的干擾；

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

• 采用漢字點陣顯示屏，顯示位數(shù)多，讀數(shù)直觀方便，可直接顯示工作狀態(tài)下的體積流量、標準狀態(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，并可保存長達一年的歷史數(shù)據(jù)；

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

• 多物理量參數(shù)報警輸出，可由用戶任選其中

• 流量計表頭可360度旋轉(zhuǎn)，安裝使用簡單方便；

• 配合本公司的FM型數(shù)據(jù)采集器，可通過因特網(wǎng)或者 網(wǎng)絡進行遠程數(shù)據(jù)傳輸

• 壓力、溫度信號為傳感器輸入方式，互換性強；

• 整機功耗低，可用內(nèi)電池供電，也可外接電源。

1.2山東旋進旋渦流量計主要用途

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

二、 結(jié)構(gòu)與工作原理

流量計結(jié)構(gòu)

流量計由以下七個基本部件組成（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，強迫流體產(chǎn)生強烈的漩渦流。

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 智能流量計積算儀

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

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應關(guān)系。

5. 壓力傳感器

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

6. 壓電晶體傳感器

安裝在靠近殼體擴張段的喉部，可檢測出漩渦進動的頻率信號。

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似文丘利管的型線（圖2）。在入口側(cè)安放一組螺旋型導流葉片，當流體進入流量傳感器時，導流葉片迫使流體產(chǎn)生劇烈的旋渦流。當流體進入擴散段時，旋渦流受到回流的作用，開始作二次旋轉(zhuǎn)，形成陀螺式的渦流進動現(xiàn)象。該進動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，檢測元件測得流體二次旋轉(zhuǎn)進動頻率就能在較寬的流量范圍內(nèi)獲得良好的線性度。信號經(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，然后再與溫度、壓力等檢測信號一起被送往微處理器進行積算處理，后在液晶顯示屏上顯示出測量結(jié)果(瞬時流量、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，并配有外輸出信號接口，輸出各種信號。流量計中的微處理器按照氣態(tài)方程進行溫壓補償，并自動進行壓縮因子修正

式中：

Q_N ——標況下的體積流量(m³/h)；

Q_V ——工況下的體積流量(m³/h；

Pa ——當?shù)卮髿鈮毫Γ↘Pa）；

P ——流量計取壓孔測量的表壓（KPa）；

P_N ——標準狀態(tài)下的大氣壓力（101.325 KPa）；

T_N ——標準狀態(tài)下的溫度（293.15K）；

T ——被測流體的溫度（K）；

Z_N ——氣體在標況下的壓縮系數(shù)；

Z ——氣體在工況下的壓縮系數(shù)；

注：當用鐘罩或負壓標定時取Z_N/Z=1，對天然氣(Z_N/Z)^1/2=F_Z為超壓縮因子。按中國石油天然氣總公司的標準SY／T6143－1996中的公式計算。

三、主要技術(shù)參數(shù)與功能

3.1流量計規(guī)格、基本參數(shù)和性能指標（見表1）

（表1）

注：1.準確度：為溫度、壓力修正后的系統(tǒng)精度；

3.2標準狀態(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

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、報警輸出、RS-485等；

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

3.4.2整機功耗：

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

B． 定標脈沖信號，與IC卡閥門控制器配套，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。單選擇該值時必須注意：定標脈 沖信號頻率應≤1000Hz。

C． 定標脈沖信號，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），可實現(xiàn)以下功能：

A．采用RS－485接口，可直接與上位機或二次表聯(lián)網(wǎng)，遠傳顯示介質(zhì)的溫度、壓力和經(jīng)溫度、壓力補償后的標準體積流量和標準體積總量；

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

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)絡通信系統(tǒng)，由INTERNET傳輸數(shù)據(jù)，一臺數(shù)據(jù)采集器可帶8臺流量計。

3.4.5  4～20mA標準電流信號（光電隔離）

與標準體積流量成正比，4mA對應0 m³/h， 20 mA對應大標準體積流量（該值可在一級菜單中進行設(shè)置），制式：兩線制或三線制，流量計可根據(jù)所插電流模塊自動識別，并正確輸出。

3.4.6控制信號輸出：

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

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

3.5 防爆標志：ExdIIBT4;ExiaIICT4

3.6 防護等級：IP65

3.7 壓力損失

ΔP₁——流量計實際壓力損失（KPa）；

ρ  ——被測介質(zhì)密度（kg/m³）

ΔP ——介質(zhì)為干空氣時流量計的壓力損失(KPa),其特性曲線見下圖

四、選型與安裝

4.1流量計選型

在選型過程中應把握兩條原則；即：一要保證生產(chǎn)安全，二要保證使用精度。為此必須落實三個選型參數(shù)，即近期和遠期的大、小及常用流量(主要用于選定儀表公稱通徑)、被測介質(zhì)的設(shè)計壓力(主要用于選定儀表的公稱壓力等級)、實際工作壓力(主要用于選定儀表壓力傳感器的壓力等級)。

a. 當已知被測流量為工況體積流量時，可直接按表中的流量范圍選取適配的公稱通徑；

b. 當已知被測流量為標況條件下的體積流量時，應先將標況體積流量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的公稱通徑；

c. 當兩種口徑流量計均能覆蓋低和 體積流量時，在壓損允許下，應盡量選小口徑；

d.勿使實際小流量Qmin低于所選公稱通徑流量計的流量下限；

e.流量范圍、公稱壓力有特殊要求時可協(xié)議訂貨。

式中：T、P、Pa含義同上，Q為體積流量，Qn為標準體積流量，Z/Zn數(shù)值列于表2.因計算步長較大，表內(nèi)數(shù)據(jù)僅供參考，表中數(shù)據(jù)按天然氣真實相對密度Gr=0.600，氮氣和二氧化碳摩爾分數(shù)均為0.00計算。當介質(zhì)壓力低于0.1MPa，均可按Z/Zn＝1估算。

4.2選型實例：

已知某一供氣管線實際工作壓力范圍為表0.80MPa－1.2MPa，介質(zhì)溫度范圍為－10℃～＋40℃，供氣峰值為標準體積流量2500，供氣谷值為標準體積流量5600，天然氣之真實相對密度Gr＝0.591，氮氣摩爾百分含量為Mn＝1.6％，二氧化碳摩爾百分含量為Mc=0.8％,當?shù)卮髿鈮毫?01.3KPa，要求確定流量計之口徑。

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

當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流量計安裝

4.4.1流量計的安裝

流量計安裝時，嚴禁在其進出口法蘭處直接進行電焊，以免燒壞流量計內(nèi)部零件。

對于新安裝或檢修后的管道務必進行清掃，去除管道中的雜物后方能安裝流量計。

流量計應安裝在便于維修、無強電磁場干擾、無強烈機械振動以及熱輻射影響的場所；

流量計不宜用在流量頻繁中斷和有強烈脈動流或壓力脈動的場合；

流量計室外安裝時，上部應有遮蓋物，以防雨水浸入和烈日曝曬影響流量計使用壽命；

• 流量計可任意角度安裝，流體的流向應與流量計上標識；

• 在管道施工中，應考慮安裝伸縮管或波紋管，以免對流量計造成嚴重的拉伸或斷裂；

• 流量計應與管道同軸安裝，并防止密封片和黃油進入管道內(nèi)腔；

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

• 為了不影響流體正常輸送和便于維護，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)旋進旋渦流量計的工作原理和流量計對上、下游直管段要求，對各種上游阻力件，

建議采用如下圖所列的前后直管段長度，且保持直管段內(nèi)壁光滑平直。

4.4.3安裝注意事項

• 傳感器按流向標志可在垂直、水平或任意傾斜位置上安裝；

• 當管線較長或距離振動源較近時，應在流量計的上、下游安裝支撐，以消除管線振動的影響；

• 傳感器的安裝地點應有足夠的空間，以便于流量計的檢查和維修，并應滿足流量計的環(huán)境要求；

• 應避免外界強磁場的干擾；

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

• 管線試壓時，應注意智能型流量計所配置壓力傳感器的壓力測量范圍,以免過壓損壞壓力傳感器。

• 應注意安裝應力的影響，安裝流量計上游和下游管道應同軸，否則會產(chǎn)生剪切應力。安裝流量計的位置應考慮密封墊片的厚度，或在下游側(cè)安裝一個彈性伸縮節(jié)。

• 安裝流量計之前應先清除管道中的焊渣等雜物。

• 投入運行時，應緩慢開啟流量計上、下游閥門，以免瞬間氣流過急而沖壞起旋器。

• 當流量計需要有信號遠傳時，應嚴格按“電氣性能指標”要求接入外電源（8～24）VDC，嚴禁在信號輸出口直接接入220VAC或380VAC電源；

• 用戶不得自行更改防爆系統(tǒng)的接線方式和任意擰動各個輸出引線接頭；

• 流量計運行時，不允許隨意打開后蓋改動儀表參數(shù)，否則影響流量計的正常工作；

• 定時檢查流量計法蘭處的泄漏情況。

4.4.4內(nèi)置電池的使用及更換

電池電量顯示

當電池顯示僅剩一格時，要求用戶在一個月內(nèi)更換電池；只顯示電池外形符號時，則電池電量已耗盡，必須立即更換電池。

電池的更換方法

打開智能流量積算儀的后蓋，松開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防爆場所安裝要求

• 流量計應有可靠的接地，防爆接地不應與強電系統(tǒng)的保護接地共用。

• 現(xiàn)場測試電源時，不允許使用交流電源接地。

• 在任何情況下，用戶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轉(zhuǎn)換器蓋子。