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涡轮流量计选型模型和计算实例分析

涡轮流量计选型模型和计算实例分析,涡轮流量计是一种利用涡轮感受流体平均流速来导出流量的流量计,常应用于昂贵介质(油品、天然气等)的总量测量。就如何实现流量计的高效利用,节约使用单位的使用成本,实现仪器仪表利用效益的蕞大化问题,本文介绍了涡轮流量计的选型依据,并以实例计算分析了涡轮流量计的选型,为今后涡轮流量计的合理选型提供了一定的理论依据。
涡轮流量计是现今使用比较广泛的流量计种类之一。它具有测量精度高、安装方便、使用性能的稳定性高等优点,广泛应用于石化、冶金、城市燃气等行业,以及燃气调压站等场所。涡轮流量计一般由流量变送器、前置放大器和显示计算仪组成。它具体的工作原理是:当被测流体介质通过管内的涡轮叶片时,涡轮因为感受到流体的冲击而做旋转运动,在流量计量程的范围内涡轮的转速和流量成正比。涡轮流量计的转数是通过磁电转换器转换成电脉冲信号,再被前置放大器放大,由显示计算仪显示流量的大小。这样根据单位时间的脉冲数和累计的脉冲数就可以反映出单位时间的瞬时流量和累计流量。
通过流量计的流体体积示值是以涡轮叶轮转数为基准的,即通过测量叶轮的转速来反映通过管道的体积流量大小。涡轮流量计结构如图一所示。
1—整流器;2—轴承;3—转子;4—仪表管段;
5—前置放大器;6—显示装置
图1 涡轮流量计结构示意图
整流器通常也叫导流器,主要作用是消除和减少流体流动中的漩涡流、偏心流等各种不是中心轴对称的流体。
轴承用来固定转子使其很好地安装在管道的中心线处。
叶轮是转子式涡轮流量计的主要组成部分,一般主要由螺旋形的叶片组成。一般叶片的直径刚好充满管道,叶片的轴向长度近似为叶片的高度。
一般所说的仪表管段是指流量计的管段部分,里面包含了整流器、轴承、转子传感器等部分,有时候也包括上游和下游的直管部分。
传感器的主要作用是把转子转动的信号转换为电信号。通常将涡轮流量计中感知流体流速的涡轮及其组合(包括前后导流架、轴承、壳体及前置放大器)统称为涡轮流量传感器。
前置放大器是为了传送传感器的电信号而对其放大,整型从而得到输出型号,再将信号处理转换为二次仪表显示的信号。
显示器为涡轮流量计接受输出输出信号的装置。在流量计运行的过程中,瞬时流量、累计流量、仪表系数都可以在显示器上显示出来。
每个规格的流量计,均有其流量范围。也即说,当介质流量低于下限流量时,介质流速太低,以致无法检测流速,或无法保证精度;而当流量高于流量上限时,产生压力损失过大,会产生丢脉冲、漏计等现象,即使不漏计,流量计也无法保证精度。
由于流量计的使用环境条件一般较为恶劣,有振动、脉动等干扰存在,因此,若流量计经常处于下限流量工作时,就很难保证计量精度。一般应使流量计的工作流量范围处于蕞大工况流量的20%—90%。当使用环境很理想时,流量计可工作于蕞小流量和蕞大流量之间,但这仅考虑到流量计的流量范围。若在低压介质使用,还应考虑压力损失的影响。压力损失大是流量计选型必须考虑的一个重要因素,在有压力损失要求时,应考虑此因素。
1 涡轮流量计的选型数学依据
用户在实际的流量计选择应用中,要尽量选择合适的流量计,既要避免资源浪费造成的过度花费,又要避免选择不合适的流量计影响测量的精度,造成用户双方的贸易纠纷。用户在选择流量计之前应首先估计管线输送介质的量和介质可能达到的温度和压力范围,估算出输送介质的最高和最低的工况流量,正确选择规格合适的流量计。选择涡轮流量计的总体原则是:尽量使流量计在蕞大流量的20%—90%的范围内运行,这样流量计的最佳计量性能及测量精度也是最高的。涡轮流量计选型流程如图二所示。
图二 涡轮流量计选型流程框图
2 选型的数学计算依据
已知介质的最低压力、最高温度和所需的蕞大标准状况下的流量,计算蕞大工况下的流量:
 (1)
已知介质的最高压力、最低温度和所需要蕞小标准状况下的流量,计算蕞小工况流量:
 (2)
式(1)、(2)中,Qgmax、Qgmin为蕞大蕞小的工况体积流量(m3/h),为流量计在工作状态下的压缩系数与标准状态下的压缩系数之比,Pgmax、Pgmin为介质的最高和最低的压力值(kPa),Pa为当地的大气压力值(kPa),tmax、tmin为介质的最高温和最低温,Qnmax、Qnmin为蕞大蕞小标准状况体积流量(kPa)。
如果测量的介质是天然气的比值,可以参考表一数值。其中,天然气的密度K=0.63Kg/m3,二氧化碳的摩尔分数Xc=0.00%,氮气的摩尔分数Xn=0.00%。
表一 天然气Zn/Zg参考值
3 选型的实例分析
已知一用户在输气时实际的工作压力范围是0.5—1.5MPa,介质的温度为10—50度,供气时蕞小的流量为2500m3/h;经过分析知道,天然气的实际密度为ρ=0.55Kg/m3,供气蕞大流量为6000m3/h,氮气的摩尔分数为Mn=1.5%,二氧化碳的摩尔分数为Mc=0.6%;经测得我们知道,当地的大气压值为101.3kPa,试确定所选用流量计的口径和流量范围。
由刚才的流量计流量范围计算模型公式我们知道,当介质压力为0.5MPa、温度为50度时天然气压缩因子影响蕞小,此时供气量蕞小,具有蕞大的工况体积流量;而当介质压力为1.5MPa、温度为15度时,压缩因子影响蕞大,此时的供气量蕞大,具有蕞小工况体积流量。
在工作状态下它的流量范围为147.6—1107.78m3/h,所以选择流量范围为100—1500m3/h的涡轮流量计。
4 结束语
本文的涡轮流量计选型模型和计算实例为今后涡轮流量计在实际中的应用和选型提供了一定的理论借鉴依据。
点击次数:  更新时间:2018-05-21 18:40:36  【打印此页】  【关闭