涡轮流量计在物料计量中的应用及计量准确度
摘要:本文通过对涡轮流量计的工作原理、构造、特点与安装使用等介绍，充分说明涡轮流童计适用于轻质油、液化气等计全，并针对我公司轻质油、液化气等进出装里物料计童使用涡轮流量计计蚤情况进行分析，通过各生产装置物料平衡情况及各生产装里动态标定情况，充分说明涡轮流童计适用于轻质油、液化气等计量。
测试公司各生产装置158个物料计量点，用于物料计量的计量仪表主要有:容积式流量计、涡轮流量计，其中涡轮流量计使用比例较大共53台，占物料计量表的34%，因此，掌握和了解涡轮流量计的原理、特点、安装、使用注意事项以及公司物料计量仪表使用现状，有利于解决公司生产装置物料计量平衡存在的各种计量问题以及物料计量仪表维护保养。
一、涡轮流量计的工作原理、构造、涡轮流量计的特点与安装使用：
(一)涡轮流量计的工作原理 涡轮流量计的原理示意图如图1. 1-1所示。在管道中心安放一个涡轮，两端由轴承支撑。当流体通过管道时，冲击涡轮叶片，对涡轮产生驱动力矩，使涡轮克服摩擦力矩和流体阻力矩而产生旋转。在一定的流量范围内，对一定的流体介质粘度，涡轮的旋转角速度与流体流速成正比。由此，流体流速可通过涡轮的旋转角速度得到，从而可以计算得到通过管道的流体流量。
图1. 1-1涡轮流量计原理示意图图1. 1-2涡轮流量计总体原理框图
涡轮的转速通过装在机壳外的传感线圈来检测。当涡轮叶片切割由壳体内磁铁产生的磁力线时，就会引起传感线圈中的磁通变化。传感线圈将检测到的磁通周期变化信号送入前置放大器，对信号进行放大、整形，产生与流速成正比的脉冲信号，送入单位换算与流量积算电路得到并显示累积流量值:同时亦将脉冲信号送入频率电流转换电路，将脉冲信号转换成模拟电流量，进而指示瞬时流量值。涡轮流量计总体原理框图见图1. 1-2所示。 (二)涡轮流量计的构造 流体从机壳的进口流入，通过支架将一对轴承固定在管中心轴线上，涡轮安装在轴承上。在涡轮上下游的支架上装有呈辐射形的整流板，以对流体起导向作用，以避免流体自旋而改变对涡轮叶片的作用角度。在涡轮上方机壳外部装有传感线圈，接收磁通变化信号。下面介绍主要部件。
1.涡轮：涡轮由导磁不锈钢材料制成，装有螺旋状叶片。叶片数量根据直径变化而不同，2-24片不等。为了使涡轮对流速有很好的响应，要求质量尽可能小。
对涡轮叶片结构参数的一般要求为:叶片倾角10。-150(气体)，300 -450(液体);叶片重叠度P为1-1. 2:叶片与内壳间的间隙为0. 5-1mm.
2.轴承：
涡轮的轴承一般采用滑动配合的硬质合金轴承，要求耐磨性能好。 由于流体通过涡轮时会对涡轮产生一个轴向推力，使轴承的摩擦转矩增大，加速轴承磨损，为了消除轴向力，需在结构上采取水力平衡措施，这方法的原理见图1. 2-1所示。由于涡轮处直径D。略小于前后支架处直径Ds,所以，在涡轮段流通截面扩大，流速降低，使流体静压上升△P，这个△P的静压将起到抵消部分轴向推力的作用。
3.前置放大器：
前置放大器由磁电感应转换器与放大整形电路两部分组成，示意图见图1. 2-2所示。
磁电转换器国内一般采用磁阻式，它由磁铁及外部缠绕的感应线圈组成。当流体通过使叶轮旋转时，叶片在磁铁正下方时磁阻***小，两叶片空隙在磁铁下方时磁阻***大，涡轮旋转，不断地改变磁路的磁通量，使线圈中产生变化的感应电势，送入放大整形电路，变成脉冲信号。
输出脉冲的频率与通过流量计的流量成正比，其比例系数K为:
式中f一涡轮流量计输出脉冲频率; 4，一通过流量计的流量;该比例系数亦称为涡轮流量计的仪表系数。
图1. 2-2涡轮流量计前置放大器原理图
4.信号接收与显示：
信号接收与显示由系数校正器、加法器和频电转换器等组成，其作用是将从前置放大器送来的脉冲信号变换成累积流量和瞬时流量并显示。
(3)涡轮流量计的特点与安装使用
1.涡轮流f计的特点 从前面的讨论中可知，涡轮流量计是一种有很多优点的流t仪表。
归纳起来，它有如下特点:
(1)准确度高:涡轮流量计的准确度在(0. 5-0. 1)%左右。在线性流t范围内，即使流f发生变化，累积流t准确度也不会降低，并且在短时间内，涡轮流量计的再现性可达0. 0596。
(2)量程比宽:涡轮流t计的量程比可达8-10。在同样口径下，涡轮流t计的***大流t值大于很多其它流量计。
(3)适应性强:涡轮流量计可以做成封闭结构，其转速信号是非接触测t，所以容易实现耐高压设计。 如果流量计的涡轮和轴承选择耐高温、热膨胀系数小的材料，就可以在较宽的温度范围内使用。这时，应注意对它的仪表系数进行修正(主要是其流通截面的变化):
式中:K, K一使用时和校验时的仪表系数; t, to—使用时和校验时的流体温度; Y H—分别为涡轮和机壳的材料膨胀系数。
(4)数字信号输出:涡轮流量计输出为与流量成正比的脉冲数字信号。它具有在传输过程中准确度不降低、易于累积、易于送入计算机系统的优点。
2.涡轮流f计的安装使用：
要想充分发挥涡轮流量计的特点，在流量计的安装使用上还必须加以充分注意.下面概要讨论一下这方面的问题。
(1)被测介质:涡轮流量计所测得的液体，一般是低粘度的(一般应小于15 X 10-6m2 / s)、低腐蚀性的液体。虽然目前己经有用于各种介质测量的涡轮流量计，但对高温、高粘度、强腐蚀介质的测量仍需仔细考虑，采取相应的措施。当介质粘度大于15 X 10-6m2/s时，流量计的仪表系数必须进行实液标定，否则会产生较大的误差. 汽一液两相流、气一固两相流、浓一固两相流均不能用涡轮流量计进行测量。
(2)安装配管要求:流量计的安装情况对流量计的测量准确度影响很大.流速分布不均和管内二次流的存在是影响涡轮流量计测量准确度的重要因素。所以，涡轮流量计对上、下游直管段有一定要求.对于工业测量，一般要求上游10D，下游5D的直管长度。为消除二次流动，***好在上游端加装整流器，若上游端能保证有10D左右的直管段，并加装整流器，可使流量计的测t准确度达到标定时的准确度等级，见图1. 3-1。
涡轮流量计对流体的清洁度有较高要求，在流量计前须安装过滤器来保证流体的清洁。过滤器可采用漏斗型的，其本身清洁度，可测其两端的差压变化得到。 为保证通过流量计的液体是单相的，即不能让空气或蒸气进入流t计，在流量计上游必要时应装消气器。对于易气化的液体，在流t计下游必须保证一定背压。该背压的大小可取***大流量下流t传感器压降的二倍加上***高温度下被测液体蒸气压的1. 2倍。
图1. 3-1涡轮流量计的安装示意图
(3)信号传输线：
为了保证显示仪表对涡轮传感器输出的脉冲信号有足够的灵敏度，就要提高信噪比。为此，在安装时应防止各种电干扰现象，即电磁感应，静电及电容祸合。所以，在配置信号传输线时，必须注意如下几点: 限制信号线的***大长度，信号线的***大长度为，L=dY;其中，V为在***小流量时传感线圈的输出电压有效值，mV; d为系数，m/mV，其值可取:V< 1000mV时，d二1. 0 ; 1000 mV < V < 5000 mV时，d=1. 5: V> 5000mV时，d=2. 0o 信号传输线应采用屏蔽电缆，以防来自外部的感应噪声，要求传输电缆在显示仪表端屏蔽接地，传输电缆不能靠近强电磁设备，不允许与动力线平行布置。 (4)运转维护 当涡轮流量计的管道需要清洗时，必须开旁路，清洗液体不能通过流量计。管道系统启动时必须先开旁路，以防止流速突然增加，引起涡轮转速过大而损坏。涡轮流量计轴承应定期更换，一般可根据小流量特性变化来观察其轴承的磨损情况。
二、涡轮流量计在我公司各生产装置的使用情况：
(一)涡轮流量计在各生产装置的分布情况 目前，公司一、二、三、四联合车间，四催化车间、加氢车间、有机合成厂共13套生产装置安装了涡轮流量计53台，这些流量计主要是***近几年由于生产装置改造或检维修而安装的，公司计量主管部门由于提高了对流量计量仪表的设计选型、安装调试、使用维护保养等技术工作重视程度，因此，从几年的使用情况来看，涡轮流量计的故障率较低，在53台涡轮流量计中只有80万加氢原料表、一气分原料表发生过故障，其余一直运转良好，未发生计量不准和故障现象。涡轮流量计的分布情况如表2. 1-1、表2. 1-2。
表2. 1-1涡轮流量计各车间分布情况统计表
表2. 1-2涡轮流量计各装置所测介质及安装日期统计表
涡轮流量计在我公司物料计量中的应用
(二)涡轮流量计在公司各生产装置的使用情况 1.通过对各生产装里的动态标定来验证涡轮流显计的使用精度 我公司进出装置物料计量表的配备精度一般为0. 5%(原油为0. 2% )，以岸罐为标准，在动态情况下对馏出口计量表量与收、发的岸罐量进行比对来验证涡轮流量计在实液及现场工况下的使用精度能否达到要求。具体比对数据见表2. 2-1、表2. 2-2、表2. 2-3、表2. 2-3。其中:表罐差为流量计计量的表量与岸罐计量的重量之差，差率为表罐差与罐量之比，不论是表量，还是罐量的计算方法均严格执行标准和行业标准。 通过下表可以看出，涡轮流量计应用于汽油、柴油的测量时，排除系统误差的影响，精度均能达到0. 5%的要求;应用于液化气的测量由于球罐计量设施精度偏低，拿球罐做标准对表进行比对要有一定的差异。
表2. 2-1介质为汽油的动态标定数据统计表
涡轮流量计在我公司物料计中的应用
表2. 2-3其它品种的动态标定数据统计表
表2. 2-4介质为液化气
2.通过对生产装t物料平衡情况来验证涡轮流量计的使用精度新建二气分装置进出物料计量均为涡轮流量计，从2004年11月22日10: 00至23日10: 00装置动态标定的数据统计可以看出，该流量计用于液化气测量效果较好。从下表可以看出，进出物料相差1. 207吨，测量的准确性可想而知。
表2. 2-5 三气分24小时物料平衡统计表
三、结束语：
通过以上的论述可以看出，涡轮流量计测量准确度高、量程比宽，适用于轻质油、液化气的测量，使用精度及其计量性能完全满足公司物料计量要求。随着公司十五的发展，原油加工量的增加，新增加的各套生产装置中，轻质油和液化气计量仍可以继续采用涡轮流量计进行计量，为生产装置物料平衡提供准确可靠的计量数据。