[導(dǎo)讀] 本文主要介紹一種輸油管線液體渦輪流量計，該流量計主要承擔(dān)管線系統(tǒng)流量的計量，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇刂浦行模瑸檩斢驼{(diào)度提供依據(jù)，同時還可以作為泄漏監(jiān)測的輔助設(shè)備。該流量計具有準(zhǔn)確度高、重復(fù)性好、線性度優(yōu)、適應(yīng)性強、工作壓力高及成本低等特點。
0 引言
長期以來，如何保證輸油管線系統(tǒng)中流量計量值的準(zhǔn)確度，是管線系統(tǒng)一直探討的課題。隨著信息化的發(fā)展，對輸油管線系統(tǒng)的流量測量提出了更高的要求。
我們研制的流量計主要用于輸油管線系統(tǒng)，輸送的介質(zhì)一般為柴油、汽油和航空煤油等輕質(zhì)油品，綜合考慮各種因素采用渦輪流量計作為輸油管線系統(tǒng)的配套設(shè)備。其主要性能如下：
（1）額定壓力：4.0MPa；長度：600mm；流量范圍：50m3/h~250m3/h；壓降：在最大流量下壓力損失小于40kPa（以水為測試介質(zhì)時）；總質(zhì)量：小于40kg。
（2）防爆等級為dlIBT5，能在-41℃～+46℃環(huán)境下正常工作。
（3）表頭同時顯示瞬時流量和累積流量，并可切換顯示總累積流量、批累積量、瞬時流量及介質(zhì)溫度，讀數(shù)方便，清晰直觀。
（4）配備RS一485通訊接口，傳輸距離不小于900m。
（5）儀表系數(shù)應(yīng)用多段非線性修正，根據(jù)不同流量點對應(yīng)的儀表系數(shù)，插值計算出流量計的儀表系數(shù)。
（6）溫度補償功能：基準(zhǔn)溫度20℃ ，不同的油品采用不同溫度體積系數(shù)進行補償。
（7）計量精度：0.2級。
液體渦輪流量計由渦輪流量傳感器和流量積算儀組成。結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。
1.1 渦輪流量傳感器
渦輪流量傳感器是渦輪流量計的基本單元，主要由整流器、導(dǎo)流體、渦輪、感應(yīng)線圈、槽頭接頭、提手等組成。它基于動力矩平衡原理，當(dāng)流體流經(jīng)傳感器時，在整流器和導(dǎo)流體作用下得到整流并加速。由于渦輪葉片與流體流向成一定角度，在加速流體的作用下，葉輪產(chǎn)生轉(zhuǎn)動力矩，克服摩擦力矩和流體阻力矩后，渦輪開始旋轉(zhuǎn)。在一定流量范圍內(nèi)，渦輪轉(zhuǎn)速與流體體積流量成正比。葉輪旋轉(zhuǎn)切割磁力線，周期性地改變線圈中的磁通量，使線圈兩端感應(yīng)出與流體體積流量成正比的脈沖信號，該信號經(jīng)放大、濾波、整形后送入流量積算儀。
1.1.1 渦輪
渦輪由導(dǎo)磁不銹鋼材料制成，裝有螺旋葉片，葉片數(shù)為6片，葉片傾角為35。，葉片與內(nèi)殼間的間隙為0.8mm。
1.1.2 整流器
渦輪流量計特性與管線內(nèi)的速度分布有很大的關(guān)系，因此保證進入流量計的流體具有均勻的速度分布，是提高計量的準(zhǔn)確性一個重要的前提條件。因此研制的渦輪流量計內(nèi)置了整流器。整流器由一束細(xì)不銹鋼管組成，整流束的長度B=100mm：整流束管子的數(shù)目n=42。通過增加整流器，可以減少流量計前后直管段的長度，提高計量精度，減小體積和重量。
1.2 流量積算儀
流量積算儀作為流量計的計算顯示部分，采用高性能微功耗的集成芯片，配有脈沖輸出、4mA～20mA模擬信號輸出和RS-485通訊接口三種輸出方式，內(nèi)置高容量3.6V鋰電池供電，并內(nèi)置溫度傳感器。積算儀接收傳感器的信號，并進行運算處理，就地顯示于顯示窗口上。其主要特點如下：
（1）采用高性能微功耗的集成芯片，整機多功能，功耗低。
（2）可切換顯示總累積流量、批累積量、瞬時流量及介質(zhì)溫度，清晰直觀，讀數(shù)方便。
（3）配有脈沖輸出，4mA~20mA模擬信號輸出，RS-485通訊接口。
（4）內(nèi)置高容量3.6V鋰電池供電，壽命長，更換方便，電池壽命可達兩年以上。
（5）軟件中采用了多段非線性修正，把生產(chǎn)過程中由于加工精度造成的儀表誤差通過軟件計算修正到標(biāo)準(zhǔn)值以內(nèi)。
（6）內(nèi)置式溫度傳感器，可以在線補償由于溫度引起的變化量。
（7）在軟件包中內(nèi)置了汽油、噴氣燃料和柴油的體積膨脹率，通過設(shè)置的切換開關(guān)，可對不同油品進行溫度補償。
1.2.1 溫度補償
流體的體積隨溫度的變化而變化，一般來說，溫度升高，體積膨脹，流體的這種屬性稱為熱膨脹性，用熱膨脹率表示。不同流體具有不同的熱膨脹率。
以20℃為基準(zhǔn)進行換算，計算公式：
V20= Vt[1- f（t- 20）]
式中：V20為油品20℃體積；
Vt 為油品t℃體積；
f 為油品體積溫度系數(shù)；
t 為輸油實際溫度。
下面通過示例，計算不同介質(zhì)當(dāng)溫度每升高1℃時的體積變化率。
對于柴油，當(dāng)密度為0.83×103kg/m3時，溫度體積系數(shù)為0.00084/℃，當(dāng)溫度升高1℃時，體積變化率為0.84‰，若溫度變化10℃ 的話，將會引起0.84%的計量誤差。
對于噴氣燃料，當(dāng)密度為0.780×103kg/m3時，溫度體積系數(shù)為0.00098/℃，當(dāng)溫度升高1℃時，體積變化率為0.9819‰，若溫度變化10℃ 的話，將會引起0.981%的計量誤差。
對于汽油，當(dāng)密度為0.710×103kg/m3時，溫度體積系數(shù)為0.00123/℃，當(dāng)溫度升高1℃時，體積變化率為1.232‰ ，若溫度變化10℃ 的話，將會引起1.232%的計量誤差。
從計算結(jié)果可看出，當(dāng)輸送汽油時，溫度對體積的影響很大，當(dāng)溫度變化10℃時，會引起1.232%的計量誤差，而一般流量計的計量精確度都可達到0.5%，只從提高儀表的精度出發(fā)，而不考慮被測介質(zhì)溫度的變化是不準(zhǔn)確的，不能滿足計量交接的要求。溫度補償?shù)哪康木褪菍崪y油品的流量值轉(zhuǎn)換成可代計量交接的標(biāo)準(zhǔn)溫度條件（以20℃ 為基準(zhǔn)）下的流量值。
通過在渦輪流量計內(nèi)置高精度的Pt1000熱電偶，可精確測量輸送介質(zhì)的溫度，流量積算儀可以根據(jù)測得的溫度進行（每間隔4s）溫度補償，從而提高計量準(zhǔn)確度。
2 渦輪流量計的標(biāo)定，確定流量計儀表系數(shù)及精確度分析
渦輪流量計屬于速度式流量計，在一定的流量范圍內(nèi)，對一定的流體介質(zhì)粘度，渦輪的旋轉(zhuǎn)角速度與流體的流速成正比。渦輪流量計輸出的脈沖頻率與通過流量計的流量成正比，其比例系數(shù)K稱為流量計的儀表系數(shù)。用公式表示為K=f/qv。式中f為渦輪流量計的脈沖頻率，qv為通過流量計的流量。
該流量計采用活塞式液體體積管進行檢定。體積管型號為JHYG-150，流量范圍：0.56m3/h～560m3/h、準(zhǔn)確度為0.03% 。試驗介質(zhì)為輕柴油。根據(jù)規(guī)程要求，在流量25m3/h~250m3/h的范圍內(nèi)進行檢定，對每個檢定點進行9次檢定，檢定時記錄每個檢定點的條件。
對不同流量工況下的檢定結(jié)果進行分析，流量計的線性度、重復(fù)性、精度分別為0.152%、0.031% 、0.158% 。
3 結(jié)論
設(shè)計完成后的DN150渦輪流量計進行了140小時使用試驗，試驗表明，該流量計具有工作可靠、性能穩(wěn)定，展開撤收方便，操作簡單，讀數(shù)清晰、直觀的特點，并且與DN150輸油管線系統(tǒng)具有良好的匹配性。其主要特點在于：
（1）DN150渦輪流量計將整流器與流量計集成在一起，消除了流量計上游管件對流動狀態(tài)的影響，提高了計量精度，而且結(jié)構(gòu)緊湊，體積小、重量輕，與同流量、同額定壓力的容積式流量計相比，其重量只相當(dāng)于容積式流量計1/20。
（2）DN150渦輪流量計采用了多段非線性修正，對非檢定點的儀表系數(shù)進行插值運算，運算時對不同工況下采用不同的儀表系數(shù)，提高了計量的準(zhǔn)確性。
（3）DN150渦輪流量計內(nèi)置溫度傳感器，可以在線補償由于溫度引起的變化量，提高計量準(zhǔn)確度。