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新型螺旋式渦輪流量計在液体测量领域的应用

作者:江蘇創輝自動化儀表有限公司
渦輪流量計的原理,影响一台渦輪流量計特性的因素如下:
流體的溫度和壓力;流體的密度和粘度;流體的清潔度;流量變化的程度;流動狀態和流量計的狀態;
能量通过流体流过时产生的安装在颈形或球形轴承上的多叶片转子的移动被提取。在理想条件下角速度只与叶片的角度有关并直接比例于液体的线速度。传统型渦輪流量計局限于对低粘度液体的测量。
正位移流量計的原理
很多正位移流量計的設計是從正位移泵(可滑動的葉片或雙轉子)演變而來的。能量通過流體流經時克服克服內部摩擦産生的測量腔的移動提取的。所有正位移流量計在可移動部件和固定部件問有機械性間隔。這些機槭性間隔允許流體繞過測量腔。滑動的量影響流量計的工作情況,其影響表現爲:
流體粘度(低粘度使移動增加);溫度和壓力(引起測量腔的膨脹);流量(壓降隨流量增大而增大);氣蝕(低操作壓力引起);湍流(快速的流量變化對內部質量);流體中的沈澱物和蠟(堵塞和沖蝕內部部件);
軸承摩擦(沖蝕,腐蝕,流體不穩)。
 
螺旋式渦輪流量計
螺旋式渦輪流量計是渦輪流量計的新型发展。其转子的外型是长的螺旋叶片,在颈型轴承上转动并利用刺型轴承来支持反向流动。设计包括一个可拆装的测量腔(“套筒”),检测附件(磁探头)和一个焊接的或一次成型的机体带机械连接。
实际应用中,重力,摩擦力,扰流,温度,等等都会对流量計的使用造成影响。所有类型的流量計都或多或少对流体性质,操作条件及其变化有一定的敏感度。螺旋式流量計也并非不受这些参数的影响。所有这些影响造成的饿干扰可以通过误差和流量测量的不稳定度来表示,但其中一些影响是可以解决,减少或修正的。现在我们介绍由福尔赫曼( FAURE HERMAN)发明的避免或使这些实际应用中条件的影响ZUI小化的解决方法。

流體壓力的影響
流体压力的变化会导致相关液体的体积因压缩影响发生改变。由于在检定时与操作时流体压力的改变,传统型渦輪流量計的集合特性会被改变,这样就会造成测量的不准确。螺旋式渦輪流量計采用双容器设计,从而可以使任何流体压力变化的影响降为零。实际上,测量段的压力与内外表面的压力是相同的,因此这一测量段不受流體壓力的影響而改变。
溫度的影響
流体温度的变化会通过改变流体性质(粘度,密度,膨胀)和流量計的几何特性(膨胀)而使流量計的工作情况产生多种改变。同压力对液体的影响一样,被导致的粘度和密度的变化,但是因为对这些变化的敏感度很低,可以仅考虑流量計的几何特性来修正流体温度变化的影响。实际上,通过一些理论发展和实验室测试, 螺旋式渦輪流量計可以被温度补偿。当流体温度升高时,测量段増长两倍于所用材料的热膨胀系数。另外,当流体温度升高时,转子叶片倾斜度増加一倍于所用材料的热膨胀系数。流量計的修正因数随以下系数改变而改变。
粘度的影響
渦輪流量計对流体的粘度很敏感。在一些实例中,粘度的影響可能通过工作情况(误差,校正流量計系数,流量計精度或K系数)被表现。但是,由于叶片外型,流量計尺寸,粘度范围,及叶片的数量都是决定实际工作状况的影响因素,而 螺旋式渦輪流量計与传统型渦輪流量計是不同的。
爲了解轉子在流體中的物理行爲,特別是當性質改變時,了解葉片周圍的流動是非常重要的如果我們考慮到一個葉片上的不同的相關半徑。
半徑(R/R0=0.2)靠近轉子輪軸
半徑在葉片的中間
ZUI後一個半徑在外部直徑上
螺旋式渦輪流量計对与粘度变化的敏感度比正位移流量計和传统型渦輪流量計要小。流量計都需要通过标定来确认流量計系数和一般工作特性如压降。渦輪流量計都用ZUI终使用粘度的产品来标定。如果应用的是高粘度流体,而用诸如水的流体标定来确认流量計系数,来推断工作性能是不现实的螺旋式渦輪流量計在限定量程比范围内,对一种粘度流体的应用,其线性精度为±0.15%。这一量程比对于低粘度产品,如LFG或汽油,为大于等于10:1,当粘度增大时逐步减小。根据不同的应用,我们可以设置和改变量程比,使线性精度达到0.15%,0.25%,0.5%and 1%。
 
安裝條件
渦輪流量計都在某种程度上受上游安装的影响,下游安装的影响较小。影响的量值,既可为正也可为负,因设计和安装的不同而不同。不仅要考虑到***近的上游的安装,还要考虑远于它的邻近的其它安装。安装可能会导致管道中的流速的剖面图不同于流量計在实验室标定时的。在实验室标定时,很长的直管段可使流动稳定没有旋涡。
标准建议在流量計上游5D处安裝使用一个10长,带直型涡轮叶的稳流器。 螺旋式液体渦輪流量計允许将5D减小为2D,且不会对流量計的工作性能造成任何改变。当然,根据要求,仍可使用API设计。特殊设计(TLM驱动系列流量計)使稳流器与表体一体化,从而缩短安装长度,可以取代例如正位移流量計的应用。
螺旋式渦輪流量計在标定时水平安装。当应用时需要以其它形式安装时,如装车架是垂直的,流量計也可以在标定时垂直安装。从我们的经验看,当流体自下而上流动时,安装形式对流量計的性能的影响不大
對于自上而下的流動,壓降要加上轉子的重量,沖擊摩擦會加大。這種情況下,工作性能會被輕度影響,可靠性降低。
維護
流量計的維護很重要。在修理过程中停产或将流量計送回制造厂修理或标定是比较耗时间和费用的,流量計套筒的设计可以使整个套筒做为一个整体配件在线迅速更换。这样可以在不间断生产的情况下对有问题的套筒进行修理和标定。而且,这一设计显著地降低了维修成本,特别是与正位移流量計的維護成本相比。
 
空間考慮
在原油生产中的另一方面是可用空间问题,特别是海上钻井平台,要求有紧密的设计。新的稳流设备的发展,证明了传统的上游直管段的长度可以显著地被缩短,从而限定整个测量线的长度。新的对带有一体化稳流设备的新型流量計的品质试验证明即使该流量計被安装在90°弯管的下游,或飞机的两个90°弯管出口,或半堵塞盘,也可以在安全不用上游直管段情况下,达到±0.15%精度和±0.02%重复性.
 
結論
螺旋型渦輪流量計优于传统型的渦輪流量計,兼具 API MPMS中规定的正位移流量計和传统型渦輪流量計的使用范围。可以用来测量高粘度的液体及多产品/多粘度情况的测量当应用于不洁液体时不易产生漂移流量計坚实耐用,可以吸收掉较小的破坏而不改变工作性能。即使流体中含冇颗粒,纤维或废料时也可保持良好的重复性。其高稳定性和重复性适用于小体积管或活塞式体检管结合双计时法或脉冲插入法的标定,
 
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