摘要:渦輪流量計是一種利用渦輪感受流體平均流速來導出流量的流量計,常應用于昂貴介質(油品、天然氣等)的總量測量。就如何實現(xiàn)流量計的高效利用,節(jié)約使用單位的使用成本,實現(xiàn)儀器儀表利用效益的最大化問題,介紹了渦輪流量計的選型依據(jù),并以實例計算分析了渦輪流量計的選型,為今后渦輪流量:計的合理選型提供了一定的理論依據(jù)。
0引言
渦輪流量計是現(xiàn)今使用比較廣泛的流量計種類之。它具有測量精度高、安裝方便、使用性能的穩(wěn)定性高等優(yōu)點,廣泛應用于石化、冶金、城市燃氣等行業(yè)，以及燃氣調壓站等場所。渦輪流量計一般由流量變送器、前置放大器和顯示計算儀組成。它具體的工作原理是:當被測流體介質通過管內的渦輪葉片時,渦輪因為感受到流體的沖擊而做旋轉運動,在流量計量程的范圍內渦輪的轉速和流量成正比。渦輪流量計的轉數(shù)是通過磁電轉換器轉換成電脈沖信號,再被前置放大器放大，山顯示計算儀顯示流量的大小。這樣根據(jù)單位時間的脈沖數(shù)和累計的脈沖數(shù)就可以反映出單位時間的瞬時流量和累計流量。
通過流量計的流體體積示值是以渦輪葉輪轉數(shù)為基準的,即通過測量葉輪的轉速來反映通過管道的體積流量大小。渦輪流量計結構如圖1-所示。
整流器通常也叫導流器，主要作用是消除和誠少流體流動中的漩渦流、偏心流等各種不是中心軸對稱的流體。
軸承用來固定轉子使其很好地安裝在管道的中心線處。
葉輪是轉子式渦輪流量計的主要組成部分,一般主要由螺旋形的葉片組成。一般葉片的直徑剛好充滿管道,葉片的軸向長度近似為葉片的高度。
一般所說的儀表管段是指流量計的管段部分，里面包含了整流器、軸承、轉子傳感器等部分,有時候也包括上游和下游的直管部分。
傳感器的主要作用是把轉子轉動的信號轉換為電信號。通常將渦輪流量計中感知流體流速的渦輪及其組合(包括前后導流架、軸承、殼體及前置放大器)統(tǒng)稱為渦輪流量傳感器。
前置放大器是為了傳送傳感器的電信號而對其放大，整型從而得到輸出型號,再將信號處理轉換為二次儀表顯示的信號。
顯示器為渦輪流量計接受輸出輸出信號的裝置。在流量計運行的過程中，瞬時流量、累計流量、儀表系數(shù)都可以在顯示器上顯示出來。
每個規(guī)格的流量計,均有其流量范圍。也即說,當介質流量低于下限流量時，介質流速太低,以致無法檢測流速，或無法保證精度;而當流量高于流量上限時，產(chǎn)生壓力損失過大，會產(chǎn)生丟脈沖、漏計等現(xiàn)象,即使不漏計,流量計也無法保證精度。
由于流量計的使用環(huán)境條件一般較為惡劣,有振動、脈動等干擾存在,因此,若流量計經(jīng)常處于下限流量工作時,就很難保證計量精度叫。一般應使流量計的工作流量范圍處于最大工況流量的20%-90%。當使用環(huán)境很理想時，流量計可工作于最小流量和最大海量之間，但這僅考慮到流量計的流量范圍。若在低壓介質使用,還應考慮壓力損失的影響。壓力損失大是流量計選型必須考慮的--個重要因素,在有壓力損失要求時,應考慮此因素。
1渦輪流量計的選型數(shù)學依據(jù)
用戶在實際的流量計選擇應用中,要盡量選擇合適的流量計，既要避免資源浪費造成的過度花費，又要避免選擇不合適的流量計影響測量的精度,造成用戶雙方的貿(mào)易糾紛。用戶在選擇流量計之前應首先估計管線輸送介質的量和介質可能達到的溫度和壓力范圍，估算出輸送介質的最高和最低的工況流量,正確選擇規(guī)格合適的流量計。選擇渦輪流量計的總體原則是:盡量使流量計在最大流量的20%-90%的范圍內運行，這樣流量計的最佳計量性能及測量精度也是最高的。渦輪流量計選型流程如圖二所示。
2選型的數(shù)學計算依據(jù)
已知介質的最低壓力、最高溫度和所需的最大標準狀況下的流量,計算最大工況下的流量:
已知介質的最高壓力、最低溫度和所需要最小標準狀況下的流量,計算最小工況流量:
式(1)、(2)中,Qgmx、Qgnn為最大和最小的工況體積流量(m/h),
為流量計在工作狀態(tài)下的壓縮Zn系數(shù)與標準狀態(tài)下的壓縮系數(shù)之比,Pgmx、Pgxi為介質的最高和最低的壓力值(kPa)，Pa為當?shù)氐拇髿鈮毫χ?kPa),tmx、thin為介質的最高溫和最低溫，Qnmx.Qnan為最大和最小標準狀況體積流量(kPa)。Zn
如果測量的介質是天然氣
的比值,可以參考表--數(shù)值。其中,天然氣的密度K=0.63Kg/m',二氧化碳的摩爾分數(shù)Xc=0.00%，氮氣的摩爾分數(shù)Xn=0.00%。
3選型的實例分析
已知一用戶在輸氣時實際的工作壓力范圍是0.5-1.5MPa,介質的溫度為10--50度,供氣時最小.的流量為2500m3/h;經(jīng)過分析知道,天然氣的實際密度為ρ=0.55Kg/m3,供氣最大流量為6000m3/h,氮氣的摩爾分數(shù)為Mn=1.5%,二氧化碳的摩爾分數(shù)為Mc=0.6%;經(jīng)測得知道,當?shù)氐拇髿鈮褐禐?01.3kPa,試確定所選用流量計的口徑和流量范圍。
由剛才的流量計流量范圍計算模型公式知道，當介質壓力為0.5MPa、溫度為50度時天然氣壓縮因子影響最小，此時供氣量最小，具有最大的工況體積流量;而當介質壓力為1.5MPa、溫度為15度時,壓縮因子影響最大,此時的供氣量最大,具有最.小工況體積流量。
在工作狀態(tài)下它的流量范圍為147.6--1107.78m3/h，所以選擇流量范圍為100--1500m3/h的渦輪流量計。
4結束語
渦輪流量計選型模型和計算實例為今后渦輪流量計在實際中的應用和選型提供了一定的理論借鑒依據(jù)。
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