燃气工程涡轮流量计的应用与管理
摘要:论述了涡轮流量计的工作原理及在燃气工程中的应用范围和选型、施工安装等内容, 并探讨了在使用管理中解决实际问题的途径。目前, 燃气工程中广泛应用的燃气表有皮膜表、涡轮流量计、孔板流量计、涡接流量计、旋进旋涡流量计等, 它们分别适用于不同的用户。 应根据用户的燃气压力、使用情况、***大和***小流量等参数和安装环境作出合理的选择。 笔者对燃气涡轮流量计的应用与管理进行一些探讨。
1、涡轮变送器的工作原理：
涡轮流量计由涡轮、轴承、前置放大器 、显示仪表组成,如图 1 所示。
图 1 涡轮流量计变送器结构
涡轮变送器的工作原理是:当流体沿着管道的轴线方向流动, 并冲击涡轮叶片时, 便有与流量 qv、流速V 和流体密度ρ乘积成比例的力作用在叶片上, 推动涡轮旋转。 在涡轮旋转的同时, 叶片周期性地切割电磁铁产生的磁力线, 改变线圈的磁通量。 根据电磁感应原理, 在线圈内将感应出脉动的电势信号, 此脉动信号的频率与被测流体的流量成正比, 即N =Q·ξ其中,ξ为流量系数。涡轮变送器输出的脉冲信号经前置放大器放大后, 送入显示仪表, 就可以实现流量的测量。
2、涡轮流量计的应用范围和选型：
燃气流量计的选型可按五个方面比较进行:
(1)仪表性能方面:度、范围度 、压力损失、上下限流量、信号输出特性、响应时间等;
(2)流体特性方面:流体压力、温度、密度、黏度、化学性质、磨损、腐蚀、结垢、脏污、气体压缩系数、等熵指数、比热容、电导率、声速、混相流、脉动流等;
(3)安装条件方面:管道布置方向、流动方向、上下游管道长度、管道口径、维护空间、管道振动、接地、电源、附属设备(过滤、排污)、防爆等;
(4)环境条件方面:温度、湿度、安全性、电磁干扰等;
(5)经济因素方面:购置费、安装费、维修费 、校验费、使用寿命、运行费(能耗)、备品备件等。
涡轮流量计是继孔板流量计之后的第二个法定燃气流量计, 城市用燃气流量计需要解决的测量对象大致为中压(1.6MPa 以下)、中小流量(DN200 以下)、安装条件差(直管段长度不足)、管理维护力量薄弱、功能简明易懂、操作方便、免维护、价格适中等。
选择涡轮流量计时, 应按以下几点进行考虑:
(1)流量计本体***好选用 316 不锈钢材料以防腐, 如是防爆区还必须是防爆设计。
(2)轴承一般有炭化钨、聚四氟乙烯、碳石墨三种规格。
碳化钨的精度***高, 可应用于燃气工程;聚四氟乙烯、碳石墨能防腐, 一般在化工场所优先考虑。
(3)感应探头是检测转动体的运动并把它转化为脉冲数字电信号, 电磁线圈电压输出值接近正弦曲线, 脉冲信号的频率范围随测量的流量大小成线性变化, 典型的范围有 10∶1 、25∶1 和 100∶1 三种规 格 。 电磁 线圈的电阻 一般小 于2000Ψ。
3、涡轮流量计的安装：
涡轮流量计的安装如图 2 所示。
(1)安装涡轮流量计前, 管道要清扫。 被测介质不洁净时, 管道上游要加过滤器, 否则涡轮、轴承易被卡住, 测不出流量来。
(2)变送器的电源线采用金属屏蔽线, 接地要良好可靠。电源为直流 24V, 650Ψ阻抗。
(3)变送器应水平安装, 避免垂直安装, 并保证其前、后有适应的直管段, 一般前 10D, 后 5D。
(4)保证流体的流动方向与仪表外壳的箭头方向一致,不得装反。
(5)被测介质对涡轮不能有腐蚀作用, 特别是轴承处, 否则应采取措施。
(6)投运前先进行仪表系数的设定。 仔细检查, 确定仪表接线无误, 接地良好, 方可送电。
(7)安装涡轮流量计时, 前后管道法兰要水平, 否则管道应力对流量计影响很大。
(8)拆装流量计时, 注意对磁感应部分不能碰撞。
图 2 涡轮流量计安装示意图
4、涡轮流量计的组态与校正 、显示仪表：
涡轮流量计的组态与校正, 标准的标定方法是十点水标定法, 黏度不同, 标定值就不同, 故通常要做黏度标定曲线。显示仪表的任务是将单位时间输出脉冲数和输出脉冲总数转换成瞬流量和总流量, 并显示出来。 由前放大器输出的脉冲信号, 其幅值、波形都是不规则的, 在进入显示仪表后, 先需经整形电路整形成为有规则的具有一定幅值的矩形电脉冲信号, 再经过频率/ 电流转换电路, 将频率信号变为相应的电流信号(4m A ～ 20m A), 再转换成瞬时流量值 , 总量由转换及积算电路得到。 有的显示仪表就地显示, 有的送 DCS显示。
5、涡轮流量计的管理计量仪表:
既是供需双方贸易结算的依据, 亦是生产部门用气效率的主要技术指标。 对燃气公司, 燃气供销差的控制是管理中的工作重点。 造成供销差的主要因素是:主观上有用户设备配置、抄表、失效表更换及时率等因素, 客观上有燃气表质量、用户窃气等因素。 有效地控制上述因素, 才能减少供销差产生。 涡轮计量表的使用管理应从以下几方面考虑:(1)做好计量表的设计、选型与现场调查。 设计中严格按委托书提供设备数据选用计量表流量范围, 保证计量精度, 对仪表性能质量和测量对象特性须确切了解, 许多选型的失败就是因为提供参数不准确所致。 通气前, 对用气设备现场确认, 如有不符, 确保在通气前更换计量表。(2)进行技术改进, 提高计量管理。 采用一种高效整流作用的整流器与涡轮流量传感器耦合成结构一体化的气体涡轮流量计, 在上游侧阻流件为弯头或有半开截止阀条件下, 只需要 2D 直管段长度, 对于城市用安装空间窄小的, 它具有很突出的特点。(3)严把燃气表首检质量关, 定期展开计量表巡检及检定工作。燃气涡轮表应为首检合格、限期使用、到期更换的计量表, 首次检定一定要质量过关。 派专人定期抄表和维护, 定期对其进行巡检和检定。