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        氣體渦流量計的原理與在燃氣計量中的應用

        發布時間:2021-01-17 15:35:24??點擊次數:452次
        氣體的測量相比較于液體的測量有著更高的標準與要求,因為要考慮到壓力和溫度對于燃氣等氣體介質密度的影響,要做到精確測量,要有更多的方面的因素需要照顧到。目前對于氣體精確計量的儀表種類中,有一種氣體渦輪流量計應用較為廣泛,所以在當前的燃氣計量領域倍受青睞,已成為主流的燃氣計量方法。由于氣體渦輪流量計具有高精度、高靈活性、占地面積小、操作簡單、故障率低等多種優勢,隨著認識程度的不斷加深,該流量計的應用逐漸延伸至油田、化工企業、城市燃氣以及大型燃氣工程當中,具有客觀的發展前景,是迄今為止最為理想的氣體介質計量儀表。
        氣體渦輪流量計實際上就是一種檢測封閉狀態下輸氣管道內部氣體流速與流量的裝置,表現為速度型儀表。氣體渦輪流量計具有精度高、操作簡便等多種顯著特點,在當前的燃氣計量領域中的應用十分廣泛,為確保氣體渦輪流量計能夠發揮出最佳的性能,還需對其實際應用進行針對性的分析和研究。本文細致的分析了氣體渦流量計在使用過程中的基本原理,并對該流量計在燃氣計量中的實際應用進行闡述,旨在提高氣體渦輪流量計的使用水平。
        一、氣體渦輪流量計的工作原理
        該流量計將內部渦輪安置在全封閉管道中,在管道中氣體介質經過流量計以后,渦輪在受到一定的動能以后會進行轉動,因此渦輪轉動的速度通過換算就可以得到管道中氣體的實際流量與流速,氣體渦輪流量計內部結構如圖1所示。
        1.導流裝置;2.旋轉軸承;3.氣體渦輪;4.裝置殼體;5.前端放大器;
        6.總流量計算裝置;7.氣體流量顯示儀表(瞬時)
        圖1 氣體渦輪流量計內部結構示意圖
        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,如果氣體渦輪的內部結構保持穩定,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都不會發生變化,則此時該裝置的被測氣體的流量qv會與渦輪轉速n呈正比關系,換言之就是此時的渦輪轉速n就是被測氣體的實際流速,通過計算可以進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行的。在實際情況中,被測氣體在不斷沖擊渦輪葉皮時會產生一定旋轉力矩,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動慣量與結構方面具有相應的誤差,加之多種力矩的作用,使得實際的轉速n與流量是無法維持理想狀態下的線性關系的。只是在某種程度上,上述力矩可以不加以考慮,才能達到公式(1)所提出的線性關系。
        在實際情況中使用廣泛的渦輪流量計通常都使用磁電轉換設備,以此方式將轉速情況轉化為電磁脈沖。在被測氣體經過渦輪葉片以后,會使傳感裝置中的周期出現某種程度的變化。在固定的范圍之內,葉片的轉速會與被測氣體的流速保持正比關系,進而生成同種類型的脈沖信號,由流量計前端放大裝置進行處理,然后到達單片機中的測量系統。通過復雜的計算與修正,最后得出被測氣體的實際流量瞬時值,并在顯示屏幕上顯示。
        二、氣體渦輪流量計在燃氣計量中的應用
        (一)氣體渦輪流量計是一種高精度測量儀器,所以在運輸、裝卸以及存放等環節都要格外的小心,一個細小的失誤都有可能導致儀器癱瘓或者是影響到儀器測量的準確度。
        (二)在實際應用之前,應徹底拆封,除去商標貼條,并使用吹起等簡單的方法檢查其氣體渦輪葉片的轉動是否流暢、靈活。
        (三)在實施安裝以前,尤其是在那些新建成的輸氣線路中使用時,應事先對線路進行徹底的清潔和打掃,除掉金屬管路安裝、連接所留下的殘渣與銹跡等,如果線路中存在雜質,不僅會影響到流量測量,還有可能損壞葉片。
        (四)管道清掃完成之后,需對其進行液壓靜力實驗,在實驗結束之后,應將管道中的液體清理干凈,決不允許有任何殘留,否則會對氣體渦輪流量計造成嚴重的破壞。如果該實驗環節不可省略,則應使用一個其他管段替換氣體渦輪流量計,并在完成實驗以后認真檢查,確保管道中無液體殘留。
        (五)氣體渦輪流量計的安裝應保持水平,如果應用要求流量計需自帶潤滑系統,則在應用安裝的過程中應確保潤滑油系統的送油口向上。此外,在應用之前應檢查流量計一側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于氣體渦輪流量計的上方,需要設置一個直管段,該管段長度應切實小于等于2DN。此外,在管道下游與上述管段對稱的位置同樣需要設置一個直管段或者是彎管,長度也需小于或等于2DN。
        (七)氣體渦輪流量計沿管道向上設置的氣體漸縮管與漸擴管需張開小于30°的開口,為確保燃氣能夠順利的進行輸送,方便日常維護,則需在該流量計安裝的輸氣管道上設置一個旁通管。
        在啟動氣體渦輪流量計時,應保持相對較慢的加壓速度,如果過快的加壓將有可能損壞氣體渦輪的葉片,氣體渦輪流量計啟動的各項指標要求如表2所示。
        (八)如果氣體渦輪流量計的安裝管道上需要進行焊接處理,則在焊接之前必須將氣體渦輪流量計完全拆除。如果為拆除就進行管道焊接,焊接過程產生的高溫將有可能使氣體渦輪流量計受損,導致無法使用等嚴重后果。
        (九)在應用安裝的過程中,應留意管道中燃氣的流動方向是否與流量計外殼上標注的方向相同,如不相同應立即重新安裝,否則會使流量計渦輪葉片反轉,輕則失靈,重則損壞葉片等主要部件。
        (十)燃氣輸送管道需不存在任何震動,而且氣體中不能參雜雜質,確保氣體的清潔性,如果燃氣中夾雜雜物,將會對渦輪造成損害。如果燃氣的運輸不能控制清潔性,則需在燃氣通過流量計之前的位置設置氣體過濾裝置。
        (十一)如果氣體渦輪流量計需安裝應用在室外的燃氣管道中,應結合實際條件設置對應的防風與防雨裝置。
        (十二)在一般情況下,實際使用的范圍應為最大限度的20~80%以內。氣體渦輪流量計在某種程度上可以進行短時間的過載,但實際的過載量不能超過流量計最大限度的20%,過載的時間也應在0.5h以內。
        (十三)應用時必須保證流量計的氣體出口與入口連接準確,并且每一個螺栓都應受力勻稱,為了確保測量準確度,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設計要求,尺寸類型如表3所示。
        三、本文小結
        總而言之,氣體渦輪流量計在我國油田領域中的應用越來越廣泛,然而由于該流量計的應用時間還比較短,仍有許多地方需要不斷學習和借鑒國外的先進經驗與技術,從而做到少走彎路推動油田事業快速發展。
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