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新型螺旋式渦輪流量計在液體測量領域的應用

作者:江蘇創輝自動化儀表有限公司
渦輪流量計的原理,影響一臺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;
能量通過流體流過時產生的安裝在頸形或球形軸承上的多葉片轉子的移動被提取。在理想條件下角速度只與葉片的角度有關并直接比例于液體的線速度。傳統型渦輪流量計局限于對低粘度液體的測量。
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產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?;瑒拥牧坑绊懥髁坑嫷墓ぷ髑闆r,其影響表現為:
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);流體中的沉淀物和蠟(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發展。其轉子的外型是長的螺旋葉片,在頸型軸承上轉動并利用刺型軸承來支持反向流動。設計包括一個可拆裝的測量腔(“套筒”),檢測附件(磁探頭)和一個焊接的或一次成型的機體帶機械連接。
實際應用中,重力,摩擦力,擾流,溫度,等等都會對流量計的使用造成影響。所有類型的流量計都或多或少對流體性質,操作條件及其變化有一定的敏感度。螺旋式流量計也并非不受這些參數的影響。所有這些影響造成的餓干擾可以通過誤差和流量測量的不穩定度來表示,但其中一些影響是可以解決,減少或修正的?,F在我們介紹由福爾赫曼( FAURE HERMAN)發明的避免或使這些實際應用中條件的影響ZUI小化的解決方法。

流體壓力的影響
流體壓力的變化會導致相關液體的體積因壓縮影響發生改變。由于在檢定時與操作時流體壓力的改變,傳統型渦輪流量計的集合特性會被改變,這樣就會造成測量的不準確。螺旋式渦輪流量計采用雙容器設計,從而可以使任何流體壓力變化的影響降為零。實際上,測量段的壓力與內外表面的壓力是相同的,因此這一測量段不受流體壓力的影響而改變。
溫度的影響
流體溫度的變化會通過改變流體性質(粘度,密度,膨脹)和流量計的幾何特性(膨脹)而使流量計的工作情況產生多種改變。同壓力對液體的影響一樣,被導致的粘度和密度的變化,但是因為對這些變化的敏感度很低,可以僅考慮流量計的幾何特性來修正流體溫度變化的影響。實際上,通過一些理論發展和實驗室測試, 螺旋式渦輪流量計可以被溫度補償。當流體溫度升高時,測量段増長兩倍于所用材料的熱膨脹系數。另外,當流體溫度升高時,轉子葉片傾斜度増加一倍于所用材料的熱膨脹系數。流量計的修正因數隨以下系數改變而改變。
粘度的影響
渦輪流量計對流體的粘度很敏感。在一些實例中,粘度的影響可能通過工作情況(誤差,校正流量計系數,流量計精度或K系數)被表現。但是,由于葉片外型,流量計尺寸,粘度范圍,及葉片的數量都是決定實際工作狀況的影響因素,而 螺旋式渦輪流量計與傳統型渦輪流量計是不同的。
為了解轉子在流體中的物理行為,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后一個半徑在外部直徑上
螺旋式渦輪流量計對與粘度變化的敏感度比正位移流量計和傳統型渦輪流量計要小。流量計都需要通過標定來確認流量計系數和一般工作特性如壓降。渦輪流量計都用ZUI終使用粘度的產品來標定。如果應用的是高粘度流體,而用諸如水的流體標定來確認流量計系數,來推斷工作性能是不現實的螺旋式渦輪流量計在限定量程比范圍內,對一種粘度流體的應用,其線性精度為±0.15%。這一量程比對于低粘度產品,如LFG或汽油,為大于等于10:1,當粘度增大時逐步減小。根據不同的應用,我們可以設置和改變量程比,使線性精度達到0.15%,0.25%,0.5%and 1%。
 
安裝條件
渦輪流量計都在某種程度上受上游安裝的影響,下游安裝的影響較小。影響的量值,既可為正也可為負,因設計和安裝的不同而不同。不僅要考慮到***近的上游的安裝,還要考慮遠于它的鄰近的其它安裝。安裝可能會導致管道中的流速的剖面圖不同于流量計在實驗室標定時的。在實驗室標定時,很長的直管段可使流動穩定沒有旋渦。
標準建議在流量計上游5D處安裝使用一個10長,帶直型渦輪葉的穩流器。 螺旋式液體渦輪流量計允許將5D減小為2D,且不會對流量計的工作性能造成任何改變。當然,根據要求,仍可使用API設計。特殊設計(TLM驅動系列流量計)使穩流器與表體一體化,從而縮短安裝長度,可以取代例如正位移流量計的應用。
螺旋式渦輪流量計在標定時水平安裝。當應用時需要以其它形式安裝時,如裝車架是垂直的,流量計也可以在標定時垂直安裝。從我們的經驗看,當流體自下而上流動時,安裝形式對流量計的性能的影響不大
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。在修理過程中停產或將流量計送回制造廠修理或標定是比較耗時間和費用的,流量計套筒的設計可以使整個套筒做為一個整體配件在線迅速更換。這樣可以在不間斷生產的情況下對有問題的套筒進行修理和標定。而且,這一設計顯著地降低了維修成本,特別是與正位移流量計的維護成本相比。
 
空間考慮
在原油生產中的另一方面是可用空間問題,特別是海上鉆井平臺,要求有緊密的設計。新的穩流設備的發展,證明了傳統的上游直管段的長度可以顯著地被縮短,從而限定整個測量線的長度。新的對帶有一體化穩流設備的新型流量計的品質試驗證明即使該流量計被安裝在90°彎管的下游,或飛機的兩個90°彎管出口,或半堵塞盤,也可以在安全不用上游直管段情況下,達到±0.15%精度和±0.02%重復性.
 
結論
螺旋型渦輪流量計優于傳統型的渦輪流量計,兼具 API MPMS中規定的正位移流量計和傳統型渦輪流量計的使用范圍??梢杂脕頊y量高粘度的液體及多產品/多粘度情況的測量當應用于不潔液體時不易產生漂移流量計堅實耐用,可以吸收掉較小的破壞而不改變工作性能。即使流體中含冇顆粒,纖維或廢料時也可保持良好的重復性。其高穩定性和重復性適用于小體積管或活塞式體檢管結合雙計時法或脈沖插入法的標定,
 
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