涡轮流量计在直管段长度测量中性能的影响
摘要:利用恒定水压作为流动介质，以流出系数平均相时误差、线性度为评价指标，通过实流实验，研究上游组合管件时涡轮流量计测童性能的影响。根据不同的上游阻流件对涡轮流量计测童精度的影响进行了实流实验研究。根据实验结果，为保证相对误差在可接受范围，给出对于不同形式的上游组合管件涡轮流童计对前直管段长度的建议。
0、引言：
在海洋石油平台上，涡轮流量计常用于对淡水系统和柴油系统的测量，对流量计精度要求不大于0.5%，重复性不超过1. 0%。为了保证涡轮流量计的测量精度，厂家使用的安装条件大都要求直管段长度为前10D后5D。然而海洋平台空间非常紧凑，通常情况下无法满足真正意义上的前10D后5D的要求。在实际平台常用的阻流件之后，需要提供多长的直管段就可以满足工艺精度的要求，这已成为流量计应用到海洋平台的一项重要议题。本文分别对2006年以后投产的9个新建海洋平台JZ2s-1 CEP, JZ2s-1S CEP, JZ2s一1 S WHPB、BZ26-3WHPA、BZ26-3 WHPB、SZ36-1 CEPK、JX1-1 CEPA、BZ19-4 WHPB,LD32-2 PSP的三维模型进行了流量计安装上游的管件形式的整理，总结出3种常见的组合阻流件形式，主要包括球阀+900弯头、球阀+90“弯头+渐缩管、球阀+渐缩管，并开展上游组合管件对涡轮流量计性能影响的研究。
1、实验平台的设计研究：
1. 1、实验装置介绍：
实验所需液体流量标准装置如图1所示。其中包括DN100涡轮流量计(被检表)、电磁流量计(标准表)、温度传感器、三种不同类型阻流件、不同长度的直管段、水泵、实验操作仪器(计算机)以及一些配件等。
水泵连续的将水池里的水送人高位水塔，水塔通过溢流来保持水压的恒定。实验时，水从水塔的下水管引人到标准实验管道，依次流过标准表和被校表，***后回到水池，中间通过对各种调节阀的调节来进行流量大小的调节以及实验管线的选择。
(1) DN100涡轮流量计介绍
LWGY系列涡轮流量传感器基于力矩平衡原理，属于速度式流量仪表。传感器具有结构简单、轻巧、精度高、复现性好、反应灵敏、安装维护使用方便等特点，广泛应用于石油、化工、冶金、供水、造纸等行业，是流量计量和节能的理想仪表。本设计中选用的涡轮流量计如下:
型号:LMGY
精度等级:0. 5级
***大工作压力:2. 5 MPa
流量范围:10一200 m3/h
(2)电磁流量计介绍
本设计中选用的电磁流量计如下:
型号编号:MF-/E1014021100EH11
精度等级:0. 2级
仪表系数:K1=1. 138
电源:85一265 V AC
功耗:20 VA
图1实验液体流量标准装呈框图
1.2、涡轮流量计实验步骤：
1)做好实验前的准备工作
按照制定的实验流程注意事项，实验人员应在每次实验开始之前做好准备工作，其中包括更换管段长度或阻流件类型，打开水泵，检查液体流量标准装置管道上的阀门是否处于正确的状态等。
2)开始实验
(1)打开程序，进人到实验界面，选择DN1001 #标准表2号管道，确认后进人到控制面板，打开2号管道所需的阀门;
(2)将流量调到接近***大值，检查实验管段各处是否漏水，若无漏水现象，则调回流量点进行测量;若发现漏水现象，须及时关闭程序，解决漏水问题后重新打开程序，重复上述步骤;
(3)实验以仪表系数为主要实验结果，需测量的流量点为15 m³/h,20 m³/h,45 m³/h,70 m³/h,95 m³/h,120m³/h,145 m³/h ,170m³/h ,195 m³/h，由于管道口径的限制以及管道压力损失等因素的影响，实验当中可以做到的***大流量为145衬/h，以此测得的结果进行各工况实验结果间的比较与分析。适当调节调节阀的开度，保证每次调节到规定的流量点下，才能开始该流量点的测量;
(4)每量点检定3次，每次测量时间为30 s,在测量过程中，要实时分析数据，确保在同量点下至少有两组实验数据是可靠的;
(5)整个流量范围测量完毕后，保存数据到指定文件夹，进行实验数据处理与分析。
3)实验完毕后，打扫实验台，保持实验环境清洁。
1.3、涡轮实验数据处理中各评价指标介绍：
在涡轮流量实验中，每个流量点***少测量两次，***终要选择至少两组可靠数据，单次测量包括3次小循环，单次小循环测量时长30 s。
涡轮实验的评价指标:线性度8( %)、平均仪表系数相对误差△K(%)。
2、直管段长度对涡轮流量计测量精度影响的实验研究:
2. 1、阻流件类型-DN 100球阀+DN100单弯头:
阻流件类型为DN100球阀+DN100单弯头的流量-仪表系数曲线图如图2所示，图中每条曲线代表不同流量下仪表系数的变化情况。从图中可以看出，流量值小于20 m3/h时，仪表系数变化较大，而在20 m3/h之后，仪表系数变化比较平缓，并且各工况的仪表系数均小于基准实验的仪表系数;从流量为45 m'/h开始，随着前直管段长度的缩短，仪表系数呈递减趋势。
图2流量一仪表系数曲线
从表1中可以看出，各工况下的平均仪表系数相对误差均在0. 5%之内。在整个流量范围内，平均仪表系数相对误差没有明显的变化趋势，如图3所示。
表1阻流件为DN100球阀+ DN100单弯头
图3前直管段长度一平均仪表系数相对误差曲线
2. 2、阻流件类型一DN150球阀+DN 150变DN 100渐缩管:
阻流件类型为DN 150球阀+DN 150变DN100渐缩管的流量一仪表系数曲线图如图4所示，图中每条曲线代表不同流量下仪表系数的变化情况。从图中可以看出，流量值小于20 m3/h时，仪表系数变化较大，而在20 m³/h之后，仪表系数变化平缓，并且各工况的仪表系数均小于基准实验的仪表系数;流量为45 m3/h开始，随着前直管段的缩短，仪表系数基本呈递减趋势。
图4流童一仪表系数曲线
从表2中可以看出，各工况下的平均仪表系数相对误差均在0. 5%之内。从前10D开始，随着前直管段的缩短，平均仪表系数相对误差呈递增趋势，前20D平均仪表系数相对误差与前5D平均仪表系数相对误差极为接近，并且均为负值，如图5所示。
表2阻流件为DN150球阀+ DN150变DN100渐缩管
图5前直管段长度.平均仪表系数相对误差曲线
2. 3、阻流件类型一DN150球阀+900单弯头+DN 150变D100渐缩管：
阻流件类型为DN150球阀+900单弯头+DN150变D100渐缩管的流量一仪表系数曲线图如图6所示，图中每条曲线代表不同流量下仪表系数的变化情况。从图中可以看出，流量值小于20m³/h时，仪表系数变化较大，而在20 m'/h之后，前l OD的仪表系数随流量变化较大除外，其他工况的仪表系数变化平缓;四种工况下的仪表系数均低于基准实验的仪表系数，但是没有明显的变化趋势。
图6流童一仪表系数曲线
从表3中可以看出，前SD的平均仪表系数相对误差大于0. 5 %，不在允许的范围内，其他三种工况的平均仪表系数相对误差均在0. 5%之内。随着前直管段的缩短，平均仪表系数相对误差呈递增趋势，但到前2D时，平均仪表系数相对误差***小，并且均为负值，如图7所示。
表3阻流件为DN150球阀+90“单弯头+DN150变D100渐缩管
图7前直管段长度一平均仪表系数相对误差曲线
3、总结：
1)在前直管段长度为10D时，三种工况对流量计的测量性能影响较小，在允许(0. 5 %)的范围内，并且这些工况的线性度均保持在1%之内。
2)在前直管段长度为5D时，DN 150球阀+90单弯头+DN 150变DN 100渐缩管工况对流量计测量性能影响稍大一点，为0. 56%，其他两种工况对流量计的测量性能影响较小，都在允许(0. 5%)的范围内，并且这些工况的线性度均保持在1%之内。
3)在前直管段长度为2D时，三种工况对流量计的测量性能影响较小，在允许(0. 5%)的范围内，并且这些工况的线性度均保持在1%之内。
可见如果在海洋平台空间受限非常严重的实际情况下，而工艺对过程计量精度的要求不是严格低于0. 5%的时候，可以考虑将前直管段长度从10D缩短为5D，也可以满足涡轮流量计测量精度。上述实流实验结果数据可提供后续设计者参考使用。