摘要:本文通過對渦輪流量計(jì)的工作原理、構(gòu)造、特點(diǎn)與安裝使用等介紹，充分說明渦輪流童計(jì)適用于輕質(zhì)油、液化氣等計(jì)全，并針對我公司輕質(zhì)油、液化氣等進(jìn)出裝里物料計(jì)童使用渦輪流量計(jì)計(jì)蚤情況進(jìn)行分析，通過各生產(chǎn)裝置物料平衡情況及各生產(chǎn)裝里動(dòng)態(tài)標(biāo)定情況，充分說明渦輪流童計(jì)適用于輕質(zhì)油、液化氣等計(jì)量。

    測試公司各生產(chǎn)裝置158個(gè)物料計(jì)量點(diǎn)，用于物料計(jì)量的計(jì)量儀表主要有:容積式流量計(jì)、渦輪流量計(jì)，其中渦輪流量計(jì)使用比例較大共53臺，占物料計(jì)量表的34%，因此，掌握和了解渦輪流量計(jì)的原理、特點(diǎn)、安裝、使用注意事項(xiàng)以及公司物料計(jì)量儀表使用現(xiàn)狀，有利于解決公司生產(chǎn)裝置物料計(jì)量平衡存在的各種計(jì)量問題以及物料計(jì)量儀表維護(hù)保養(yǎng)。

   一、渦輪流量計(jì)的工作原理、構(gòu)造、渦輪流量計(jì)的特點(diǎn)與安裝使用：
   (一)渦輪流量計(jì)的工作原理    渦輪流量計(jì)的原理示意圖如圖1. 1-1所示。在管道中心安放一個(gè)渦輪，兩端由軸承支撐。當(dāng)流體通過管道時(shí)，沖擊渦輪葉片，對渦輪產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力矩，使渦輪克服摩擦力矩和流體阻力矩而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)。在一定的流量范圍內(nèi)，對一定的流體介質(zhì)粘度，渦輪的旋轉(zhuǎn)角速度與流體流速成正比。由此，流體流速可通過渦輪的旋轉(zhuǎn)角速度得到，從而可以計(jì)算得到通過管道的流體流量。

圖1. 1-1渦輪流量計(jì)原理示意圖圖1. 1-2渦輪流量計(jì)總體原理框圖
    渦輪的轉(zhuǎn)速通過裝在機(jī)殼外的傳感線圈來檢測。當(dāng)渦輪葉片切割由殼體內(nèi)磁鐵產(chǎn)生的磁力線時(shí)，就會引起傳感線圈中的磁通變化。傳感線圈將檢測到的磁通周期變化信號送入前置放大器，對信號進(jìn)行放大、整形，產(chǎn)生與流速成正比的脈沖信號，送入單位換算與流量積算電路得到并顯示累積流量值:同時(shí)亦將脈沖信號送入頻率電流轉(zhuǎn)換電路，將脈沖信號轉(zhuǎn)換成模擬電流量，進(jìn)而指示瞬時(shí)流量值。渦輪流量計(jì)總體原理框圖見圖1. 1-2所示。    (二)渦輪流量計(jì)的構(gòu)造    流體從機(jī)殼的進(jìn)口流入，通過支架將一對軸承固定在管中心軸線上，渦輪安裝在軸承上。在渦輪上下游的支架上裝有呈輻射形的整流板，以對流體起導(dǎo)向作用，以避免流體自旋而改變對渦輪葉片的作用角度。在渦輪上方機(jī)殼外部裝有傳感線圈，接收磁通變化信號。下面介紹主要部件。
     1.渦輪：渦輪由導(dǎo)磁不銹鋼材料制成，裝有螺旋狀葉片。葉片數(shù)量根據(jù)直徑變化而不同，2-24片不等。為了使渦輪對流速有很好的響應(yīng)，要求質(zhì)量盡可能小。
    對渦輪葉片結(jié)構(gòu)參數(shù)的一般要求為:葉片傾角10。-150(氣體)，300 -450(液體);葉片重疊度P為1-1. 2:葉片與內(nèi)殼間的間隙為0. 5-1mm.
    2.軸承：
   渦輪的軸承一般采用滑動(dòng)配合的硬質(zhì)合金軸承，要求耐磨性能好。    由于流體通過渦輪時(shí)會對渦輪產(chǎn)生一個(gè)軸向推力，使軸承的摩擦轉(zhuǎn)矩增大，加速軸承磨損，為了消除軸向力，需在結(jié)構(gòu)上采取水力平衡措施，這方法的原理見圖1. 2-1所示。由于渦輪處直徑D。略小于前后支架處直徑Ds,所以，在渦輪段流通截面擴(kuò)大，流速降低，使流體靜壓上升△P，這個(gè)△P的靜壓將起到抵消部分軸向推力的作用。
    3.前置放大器：
    前置放大器由磁電感應(yīng)轉(zhuǎn)換器與放大整形電路兩部分組成，示意圖見圖1. 2-2所示。
   磁電轉(zhuǎn)換器國內(nèi)一般采用磁阻式，它由磁鐵及外部纏繞的感應(yīng)線圈組成。當(dāng)流體通過使葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，葉片在磁鐵正下方時(shí)磁阻***小，兩葉片空隙在磁鐵下方時(shí)磁阻***大，渦輪旋轉(zhuǎn)，不斷地改變磁路的磁通量，使線圈中產(chǎn)生變化的感應(yīng)電勢，送入放大整形電路，變成脈沖信號。
   輸出脈沖的頻率與通過流量計(jì)的流量成正比，其比例系數(shù)K為:

式中f一渦輪流量計(jì)輸出脈沖頻率;    4，一通過流量計(jì)的流量;該比例系數(shù)亦稱為渦輪流量計(jì)的儀表系數(shù)。

圖1. 2-2渦輪流量計(jì)前置放大器原理圖

    4.信號接收與顯示：
  信號接收與顯示由系數(shù)校正器、加法器和頻電轉(zhuǎn)換器等組成，其作用是將從前置放大器送來的脈沖信號變換成累積流量和瞬時(shí)流量并顯示。
   (3)渦輪流量計(jì)的特點(diǎn)與安裝使用
   1.渦輪流f計(jì)的特點(diǎn)    從前面的討論中可知，渦輪流量計(jì)是一種有很多優(yōu)點(diǎn)的流t儀表。
   歸納起來，它有如下特點(diǎn):
   (1)準(zhǔn)確度高:渦輪流量計(jì)的準(zhǔn)確度在(0. 5-0. 1)%左右。在線性流t范圍內(nèi)，即使流f發(fā)生變化，累積流t準(zhǔn)確度也不會降低，并且在短時(shí)間內(nèi)，渦輪流量計(jì)的再現(xiàn)性可達(dá)0. 0596。
   (2)量程比寬:渦輪流t計(jì)的量程比可達(dá)8-10。在同樣口徑下，渦輪流t計(jì)的***大流t值大于很多其它流量計(jì)。
   (3)適應(yīng)性強(qiáng):渦輪流量計(jì)可以做成封閉結(jié)構(gòu)，其轉(zhuǎn)速信號是非接觸測t，所以容易實(shí)現(xiàn)耐高壓設(shè)計(jì)。    如果流量計(jì)的渦輪和軸承選擇耐高溫、熱膨脹系數(shù)小的材料，就可以在較寬的溫度范圍內(nèi)使用。這時(shí)，應(yīng)注意對它的儀表系數(shù)進(jìn)行修正(主要是其流通截面的變化):

    式中:K, K一使用時(shí)和校驗(yàn)時(shí)的儀表系數(shù);          t,  to—使用時(shí)和校驗(yàn)時(shí)的流體溫度;          Y H—分別為渦輪和機(jī)殼的材料膨脹系數(shù)。
     (4)數(shù)字信號輸出:渦輪流量計(jì)輸出為與流量成正比的脈沖數(shù)字信號。它具有在傳輸過程中準(zhǔn)確度不降低、易于累積、易于送入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)。
   2.渦輪流f計(jì)的安裝使用：
    要想充分發(fā)揮渦輪流量計(jì)的特點(diǎn)，在流量計(jì)的安裝使用上還必須加以充分注意.下面概要討論一下這方面的問題。
   (1)被測介質(zhì):渦輪流量計(jì)所測得的液體，一般是低粘度的(一般應(yīng)小于15 X 10-6m2 / s)、低腐蝕性的液體。雖然目前己經(jīng)有用于各種介質(zhì)測量的渦輪流量計(jì)，但對高溫、高粘度、強(qiáng)腐蝕介質(zhì)的測量仍需仔細(xì)考慮，采取相應(yīng)的措施。當(dāng)介質(zhì)粘度大于15 X 10-6m2/s時(shí)，流量計(jì)的儀表系數(shù)必須進(jìn)行實(shí)液標(biāo)定，否則會產(chǎn)生較大的誤差.    汽一液兩相流、氣一固兩相流、濃一固兩相流均不能用渦輪流量計(jì)進(jìn)行測量。
   (2)安裝配管要求:流量計(jì)的安裝情況對流量計(jì)的測量準(zhǔn)確度影響很大.流速分布不均和管內(nèi)二次流的存在是影響渦輪流量計(jì)測量準(zhǔn)確度的重要因素。所以，渦輪流量計(jì)對上、下游直管段有一定要求.對于工業(yè)測量，一般要求上游10D，下游5D的直管長度。為消除二次流動(dòng)，***好在上游端加裝整流器，若上游端能保證有10D左右的直管段，并加裝整流器，可使流量計(jì)的測t準(zhǔn)確度達(dá)到標(biāo)定時(shí)的準(zhǔn)確度等級，見圖1. 3-1。
    渦輪流量計(jì)對流體的清潔度有較高要求，在流量計(jì)前須安裝過濾器來保證流體的清潔。過濾器可采用漏斗型的，其本身清潔度，可測其兩端的差壓變化得到。    為保證通過流量計(jì)的液體是單相的，即不能讓空氣或蒸氣進(jìn)入流t計(jì)，在流量計(jì)上游必要時(shí)應(yīng)裝消氣器。對于易氣化的液體，在流t計(jì)下游必須保證一定背壓。該背壓的大小可取***大流量下流t傳感器壓降的二倍加上***高溫度下被測液體蒸氣壓的1. 2倍。

圖1. 3-1渦輪流量計(jì)的安裝示意圖
    (3)信號傳輸線：
   為了保證顯示儀表對渦輪傳感器輸出的脈沖信號有足夠的靈敏度，就要提高信噪比。為此，在安裝時(shí)應(yīng)防止各種電干擾現(xiàn)象，即電磁感應(yīng)，靜電及電容禍合。所以，在配置信號傳輸線時(shí)，必須注意如下幾點(diǎn):    限制信號線的***大長度，信號線的***大長度為，L=dY;其中，V為在***小流量時(shí)傳感線圈的輸出電壓有效值，mV; d為系數(shù)，m/mV，其值可取:V< 1000mV時(shí)，d二1. 0 ;  1000 mV < V < 5000 mV時(shí)，d=1. 5: V> 5000mV時(shí)，d=2. 0o    信號傳輸線應(yīng)采用屏蔽電纜，以防來自外部的感應(yīng)噪聲，要求傳輸電纜在顯示儀表端屏蔽接地，傳輸電纜不能靠近強(qiáng)電磁設(shè)備，不允許與動(dòng)力線平行布置。      (4)運(yùn)轉(zhuǎn)維護(hù)    當(dāng)渦輪流量計(jì)的管道需要清洗時(shí)，必須開旁路，清洗液體不能通過流量計(jì)。管道系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)必須先開旁路，以防止流速突然增加，引起渦輪轉(zhuǎn)速過大而損壞。渦輪流量計(jì)軸承應(yīng)定期更換，一般可根據(jù)小流量特性變化來觀察其軸承的磨損情況。
    二、渦輪流量計(jì)在我公司各生產(chǎn)裝置的使用情況：
   (一)渦輪流量計(jì)在各生產(chǎn)裝置的分布情況    目前，公司一、二、三、四聯(lián)合車間，四催化車間、加氫車間、有機(jī)合成廠共13套生產(chǎn)裝置安裝了渦輪流量計(jì)53臺，這些流量計(jì)主要是***近幾年由于生產(chǎn)裝置改造或檢維修而安裝的，公司計(jì)量主管部門由于提高了對流量計(jì)量儀表的設(shè)計(jì)選型、安裝調(diào)試、使用維護(hù)保養(yǎng)等技術(shù)工作重視程度，因此，從幾年的使用情況來看，渦輪流量計(jì)的故障率較低，在53臺渦輪流量計(jì)中只有80萬加氫原料表、一氣分原料表發(fā)生過故障，其余一直運(yùn)轉(zhuǎn)良好，未發(fā)生計(jì)量不準(zhǔn)和故障現(xiàn)象。渦輪流量計(jì)的分布情況如表2. 1-1、表2. 1-2。

表2. 1-1渦輪流量計(jì)各車間分布情況統(tǒng)計(jì)表

表2. 1-2渦輪流量計(jì)各裝置所測介質(zhì)及安裝日期統(tǒng)計(jì)表

渦輪流量計(jì)在我公司物料計(jì)量中的應(yīng)用

    (二)渦輪流量計(jì)在公司各生產(chǎn)裝置的使用情況    1.通過對各生產(chǎn)裝里的動(dòng)態(tài)標(biāo)定來驗(yàn)證渦輪流顯計(jì)的使用精度    我公司進(jìn)出裝置物料計(jì)量表的配備精度一般為0. 5%(原油為0. 2% )，以岸罐為標(biāo)準(zhǔn)，在動(dòng)態(tài)情況下對餾出口計(jì)量表量與收、發(fā)的岸罐量進(jìn)行比對來驗(yàn)證渦輪流量計(jì)在實(shí)液及現(xiàn)場工況下的使用精度能否達(dá)到要求。具體比對數(shù)據(jù)見表2. 2-1、表2. 2-2、表2. 2-3、表2. 2-3。其中:表罐差為流量計(jì)計(jì)量的表量與岸罐計(jì)量的重量之差，差率為表罐差與罐量之比，不論是表量，還是罐量的計(jì)算方法均嚴(yán)格執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。    通過下表可以看出，渦輪流量計(jì)應(yīng)用于汽油、柴油的測量時(shí)，排除系統(tǒng)誤差的影響，精度均能達(dá)到0. 5%的要求;應(yīng)用于液化氣的測量由于球罐計(jì)量設(shè)施精度偏低，拿球罐做標(biāo)準(zhǔn)對表進(jìn)行比對要有一定的差異。

表2. 2-1介質(zhì)為汽油的動(dòng)態(tài)標(biāo)定數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表

渦輪流量計(jì)在我公司物料計(jì)中的應(yīng)用

表2. 2-3其它品種的動(dòng)態(tài)標(biāo)定數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表

表2. 2-4介質(zhì)為液化氣

    2.通過對生產(chǎn)裝t物料平衡情況來驗(yàn)證渦輪流量計(jì)的使用精度新建二氣分裝置進(jìn)出物料計(jì)量均為渦輪流量計(jì)，從2004年11月22日10: 00至23日10: 00裝置動(dòng)態(tài)標(biāo)定的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)可以看出，該流量計(jì)用于液化氣測量效果較好。從下表可以看出，進(jìn)出物料相差1. 207噸，測量的準(zhǔn)確性可想而知。

表2. 2-5 三氣分24小時(shí)物料平衡統(tǒng)計(jì)表

    三、結(jié)束語：
  通過以上的論述可以看出，渦輪流量計(jì)測量準(zhǔn)確度高、量程比寬，適用于輕質(zhì)油、液化氣的測量，使用精度及其計(jì)量性能完全滿足公司物料計(jì)量要求。隨著公司十五的發(fā)展，原油加工量的增加，新增加的各套生產(chǎn)裝置中，輕質(zhì)油和液化氣計(jì)量仍可以繼續(xù)采用渦輪流量計(jì)進(jìn)行計(jì)量，為生產(chǎn)裝置物料平衡提供準(zhǔn)確可靠的計(jì)量數(shù)據(jù)。