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如何保證在DN150輸油管線系統中使用的渦輪流量計計量準確
來源：上海自動化儀表有限公司作者：發表時間：2018-04-10 09:27:25【小中大】
1、概述：
輸油管線作為大型骨干輸油裝備，各國十分重視其現代化，隨著信息化大發展，對輸油管線提出了更高的要求，但是輸油管線與油庫輸油管道有明顯的區別，其工作條件比較特殊:
(1)要求所有的設備便于安裝和拆卸;
(2)系統壓力較高，而且要求在耐高壓的同時便于拆卸和安裝;
(3)輸送介質易燃、易爆，而且容易攜帶雜質;
(4)輸送的流量范圍廣，要求流量計的量程比寬;
(5)要求的環境適應范圍廣。
輸油管線系統主要包括泵站，它是系統的心臟，各種便于連接和拆卸的管子、管件，則相當于系統的血管，其他部件包括各種閥門相當于執行機構，而流量和壓力測量系統就相當于眼睛，他們的功能是將系統的工作情況傳達給控制系統。隨著信息化的發展。對流量和壓力測量系統提出了更高的要求。而且，長期以來，如何保證輸油管線系統中使用的流量計量值的準確度是管線系統一直探討的課題。
我們上海自動化儀表股份有限公司主要介紹為DN150輸油管線系統研制的"DN150液體渦輪流量計”，該流量計主要承擔管線系統流量的計量工作，并將數據遠傳到控制中心，為輸油調度提供依據，同時還可以作為泄漏監測的輔助設備。該流量計具有準確度高、重復性好、線性度優、適應性強、工作壓力高及成本低等特點。上自儀公司結合目前國內石化行業用流量計的現況、裝置的工作特點和實際標定流量計所做的測試數據.對裝置的設計依據和工作原理，以及主要技術參數、檢定和使用性能等方面進行全面介紹，使裝置在基礎上進一步完善。
2、設計依據：
目前石化系統常用的流量計主要是容積式流量計和速度式流量計。容積式流量計測量的是體積流量，它不受流體密度和勃度的影響，對流動狀態和速度分布無特殊要求，但是它對流體的潔凈度要求較高，由于它是用具有標準體積的計量空間來測量流量的，因此體積比較龐大。
常用的速度式流量計種類較多，其中渦輪流量計是最常用的一種，具有體積小、質量輕、量程比寬、適應性強、價格便宜的特點。 我們研制的流量計主要用于輸油管線系統，輸送的介質一般為柴油、汽油和航空煤油等輕質油品，綜合考慮各種因素采用渦輪流量計作為輸油管線系統的配套設備，但對其性能提出了更高的要求:
(1)流量計額定壓力為4.OMPa，流量計長度為600mm，流量范圍50一250m3 /h，在最大流量下壓力損失小于40kPa(以水為測試介質時)，總質量小于40kg;
(2)防爆等級為d13"t5，能在-41一46℃環境下正常工作;
(3)要求表頭同時顯示瞬時流量和累積流量，并可切換顯示總累積流量、批累積量、瞬時流量及介質溫度，且讀數方便，清晰直觀;
(4)配備RS - 485通訊接口，傳輸距離不小于900m;
(5)儀表系數應用多段非線性修正，不同流量時采用所對應的流量計儀表系數;
(6)溫度補償功能，基準溫度20℃，不同的油品采用不同溫度體積系數進行補償;
(7)計量精度要求0.2級。
3、渦輪流量計的設計：
液體渦輪流量計結構由傳感器和智能流量顯示儀兩部分組成，結構圖如圖1所示。
3. 1、渦輪流量傳感器：
渦輪流量傳感器是渦輪流量計的基本單元，它基于動力矩平衡原理，當流體流經傳感器時，在特殊結構整流器導流體作用下得到整流并加速。由于渦輪葉片與流體流向成一定角度，在加速流體作用下，葉輪產生轉動力矩，克服摩擦力矩和流體阻力矩后，渦輪開始旋轉。在一定流量范圍內，渦輪轉速與流體體積流量成正比。葉輪旋轉切割磁力線，周期地改變線圈中的磁通量，使線圈兩端感應出與流體體積流量成正比的脈沖信號，該信號經放大、濾波、整形后送人流量積算儀進行運算處理，并顯示于顯示窗口上。
渦輪由導磁不銹鋼材料制成，裝有螺旋葉片，葉片數為8片，葉片傾角為350，葉片重疊度為1. 1，葉片與內殼間的間隙為0. 8mm。
3. 2、整流器：
渦輪流量計特性與管線內的速度分布有很大的關系，因此保證進人流量計的流體具有均勻的速度分布，是提高計量準確性的一個重要前提條件。因此研制的渦輪流量計內置了整流器。其結構圖如圖2所示。通過增加整流器，可以減少流量計前后直管段的長度，提高計量精度，減小體積和質量。 整流器是由一束細不銹鋼管組成，整流束的長度B=100mm，整流束管子的數目n=42。
3. 3、溫度補償：
流體的體積隨溫度的變化而變化，一般來說，溫度升高，體積膨脹，流體的這種屬性稱為熱膨脹性，用熱膨脹率表示，不同流體霎擎育不同的熱膨脹率。對于汽油，當相對密度為0. 710-}-0. 730時，溫度體積系數為0.00123。0.0115，計算時可取平均值0. 00119;對于噴氣燃料，當相對密度為0.775一0.790時，溫度體積系數為0. 00099 -0.00095，計算時可取平均值0. 00097;對于柴油，當相對密度為0.800~0.830時，溫度體積系數為0.00089 -0.00084，計算時可取平均值0.0008650 以20℃為基準進行換算，計算見式(1>和式(2)。
下面通過示例，計算不同介質當溫度每升高1℃時的體積變化率。對于柴油，當相對密度為0.83時，溫度體積系數為0.00084，當溫度升高1℃時，體積變化率為0.84編，若溫度變化10℃的話，將會引起0. 84%的計量誤差。對于噴氣燃料，當相對密度為0.780時，溫度體積系數為0.00098;當溫度升高1℃時，體積變化率為0.981%0;若溫度變化10℃的話，將會引起0. 981%的計量誤差。對于汽油，當相對密度為0.710時，溫度體積系數為0.00123;當溫度升高1℃時，體積變化尊為1.232練;若溫度變化10℃的話，將會引走. 232%的計量誤差。
從計算結果可看出，輸送汽油時，溫度對體移的影響很大。當溫度變化10℃時，會引起1. 232的計量誤差，而一般流量計的計量精確都可達至!0.500，只從提高儀表的精度出發，而不考慮被澳介質溫度的變化是不準確的，不能滿足計量交接爾要求。溫度補償的目的就是將實測油品的流量值轉換成可代計量交接的標準溫度條件(以20℃為基準:下的流量值。我們通過在渦輪流量計內置高精度的Pt 100C熱電偶，可精確測量輸送介質的溫度，通過智能流量積算儀可以根據測得的溫度進行(每間隔4s)振度補償，從而提高計量精度。
3. 4、智能流且積算儀：智能流量積算儀作為流量計的計算顯示部分，為適應上述渦流流量傳感器的要求采用最先進的微功耗單片機技術，其操作簡單，使用方便，其主要特點如下:(1)采用高性能微功耗的集成芯片，整機多功能，功耗低;(2)可切換顯示總累積流量、批累積量、瞬時流量及介質溫度，清晰直觀，讀數方便;(3)配有脈沖輸出，可選裝4-,-20mA模擬信號輸出，RS - 485通訊接口; (4)內置高容量3. 6 V銼電池供電，壽命長，更換方便，電池壽命可達兩年以上;(S)軟件中采用了多段非線性修正，把儀表在生產過程中由于加工精度造成的誤差通過軟件計算修正到標準值以內;(6)內置式溫度傳感器，可以在線補償由于溫度引起的變化量;(7)在軟件包中內置了汽油、噴氣燃料和柴油的體積膨脹率，通過設置的切換開關，可在輸送不同油品時進行溫度補償;(8)為滿足野外作業場合和保護顯示儀表.增加了金屬保護罩。
4、渦輪流量計的標定，確定流量計儀表系數及精確度分析：
渦輪流量計屬于速度式流量計，在一定的流量范圍內，對一定的流體介質勃度，渦輪的旋轉角速度與流體的流速成正比。渦輪流量計輸出的脈沖頻率與通過流量計的流量成正比，其比例系數K稱為流量計的儀表系數。用公式表示為K= f/qv，式中f為渦輪流量計的脈沖頻率，qv為通過流量計的流量。
該流量計采用活塞式液體體積管對樣機進行檢定。體積管型號為JHYG一150，流量范圍為0.56一560m/h，精度為0.0300。壓力采用壓力變送器測量，溫度采用溫度變送器測量，試驗介質為輕柴油。根據規程要求，對樣機在流量25~250m3/ h的范圍內進行檢定，對每個檢定點進行9次檢定，檢定時記錄每個檢定點的條件。
從不同流量工況下的檢定結果看，流量計的線性度、重復性、精度分別為0.152%, 0.031%, 0.158%。
5、結論：
設計完成后的DN150渦輪流量計參加了管線的高低溫適應性試驗和定型試驗，該流量計共計使用140h，輸送介質18800m3，其中輸送清水16000m3 ,輸送柴油約2800m3。試驗表明，該流量計具有工作可靠、性能穩定，展開撤收方便，操作簡單，讀數清晰、直觀的特點，并且與DN150輸油管線系統具有良好的匹配性。其主要特點在于:
(1) DN150渦輪流量計將整流器與流量計集成在一起，消除了流量計上游管件對流動狀態的影響，提高了計量精度，而且結構緊湊，體積小、質量輕，與同流量、同額定壓力的容積流量計相比，其質量只相當于容積式流量計的1/20;
(2) DN150渦輪流量計采用了多段非線性修正，對非檢定點的儀表系數進行插值運算，運算時對不同工況采用不同的儀表系數，提高了計量的準確性;
(3) DN150渦輪流量計內置溫度傳感器，可以在線補償由于溫度引起的變化量，提高計量要求。總之，研制的DN150渦輪流量計完全滿足輸油管線系統的要求，同時也為以后管線的信息化提供了支持。
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