LUXB智能旋進(jìn)旋渦流量計(jì)

一、概述

智能旋進(jìn)旋渦流量計(jì)是我公司開發(fā)研制的具有國內(nèi)水平的新型氣體流量?jī)x表。該流量計(jì)集流量、溫度、壓力檢測(cè)功能于一體，并能進(jìn)行溫度、壓力、壓縮因子自動(dòng)補(bǔ)償，是石油、化工、電力、冶金等行業(yè)用于氣體計(jì)量的理想儀表。

1.1產(chǎn)品主要特點(diǎn)

l        無機(jī)械可動(dòng)部件，不易腐蝕，穩(wěn)定，壽命長(zhǎng)，長(zhǎng)期運(yùn)行無須維護(hù)；

l        采用16位電腦芯片，集成度高，體積小，性能好，整機(jī)；

l        智能型流量計(jì)集流量探頭、微處理器、壓力、溫度傳感器于一體,采取內(nèi)置式組合,使結(jié)構(gòu)更加緊湊，可直接測(cè)量流體的流量、壓力和溫度，并自動(dòng)實(shí)時(shí)跟蹤補(bǔ)償和壓縮因子修正；

l        采用雙檢測(cè)技術(shù)可地檢測(cè)信號(hào)強(qiáng)度，并抑制由管線振動(dòng)引起的干擾；

l        采用國內(nèi)的智能震技術(shù)，的抑制了震動(dòng)和壓力波動(dòng)造成的干擾信號(hào)；

l        采用漢字點(diǎn)陣顯示屏，顯示位數(shù)多，讀數(shù)直觀方便，可直接顯示工作狀態(tài)下的體積流量、標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積流量、總量，以及介質(zhì)壓力、溫度等參數(shù)；

l        采用EEPROM技術(shù)，參數(shù)設(shè)置方便，可保存，并可保存長(zhǎng)達(dá)一年的歷史數(shù)據(jù)；

l        轉(zhuǎn)換器可輸出頻率脈沖、4～20mA模擬信號(hào)，并具有RS485接口，可直接與微機(jī)聯(lián)網(wǎng)，傳輸距離可達(dá)1.2km；

l        多物理量參數(shù)報(bào)警輸出，可由用戶任選其中之一；

l        流量計(jì)表頭可360度旋轉(zhuǎn)，安裝使用簡(jiǎn)單方便；

l        配合本公司的FM型數(shù)據(jù)采集器，可通過因特網(wǎng)或者電話網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)輸

l        壓力、溫度信號(hào)為傳感器輸入方式，互換；

l        整機(jī)功耗低，可用內(nèi)電池供電，也可外接電源。

1.2主要用途

智能旋進(jìn)旋渦流量計(jì)可廣泛應(yīng)用于石油、化工、電力、冶金、城市供氣等行業(yè)測(cè)量各種氣體流量，是目前油田和城市天然氣輸配計(jì)量和貿(mào)易計(jì)量的產(chǎn)品。

二、 結(jié)構(gòu)與工作原理

2.1流量計(jì)結(jié)構(gòu)

流量計(jì)由以下七個(gè)基本部件組成（圖1）：

1.旋渦發(fā)生體

用鋁合金制成，具有角度的螺旋葉片，它固定在殼體收縮段前部，強(qiáng)迫流體產(chǎn)生強(qiáng)烈的漩渦流。

⒉殼體

本身帶有法蘭，并有形狀的流體通道，根據(jù)不同的工作壓力，殼體材料可采用鑄鋁合金或不銹鋼。         (圖1) 

⒊智能流量計(jì)積算儀（原理見圖3）                   

由溫度、壓力檢測(cè)模擬通道、流量檢測(cè)數(shù)字通道以及微處理單元、液晶驅(qū)動(dòng)電路和其它輔助電路組成，并配有外輸信號(hào)接口。               

4.溫度傳感器

以Pt100鉑電阻為溫度敏感元件，在溫度范圍內(nèi)，其電阻值與溫度成對(duì)應(yīng)關(guān)系。

5.壓力傳感器

以壓阻式擴(kuò)散硅橋路為敏感元件，其橋臂電阻在外界壓力作用下會(huì)發(fā)生預(yù)期變化，因此在激勵(lì)電流作用下，其兩個(gè)輸出端的電位差與外界壓力成正比。

6.壓電晶體傳感器

安裝在靠近殼體擴(kuò)張段的喉部，可檢測(cè)出漩渦進(jìn)動(dòng)的頻率信號(hào)。

⒎消旋器

固定在殼體出口段，其作用是消除旋渦流，以減小對(duì)下游儀表性能的影響。

2.2工作原理

流量傳感器的流通剖面類似文丘利管的型線（圖2）。在入口側(cè)安放一組螺旋型導(dǎo)流葉片，當(dāng)流體進(jìn)入流量傳感器時(shí)，導(dǎo)流葉片迫使流體產(chǎn)生劇烈的旋渦流。當(dāng)流體進(jìn)入擴(kuò)散段時(shí)，旋渦流受到回流的作用，開始作二次旋轉(zhuǎn)，形成陀螺式的渦流進(jìn)動(dòng)現(xiàn)象。該進(jìn)動(dòng)頻率與流量大小成正比，不受流體物理性質(zhì)和密度的影響，檢測(cè)元件測(cè)得流體二次旋轉(zhuǎn)進(jìn)動(dòng)頻率就能在較寬的流量范圍內(nèi)獲得良好的線性度。信號(hào)經(jīng)前置放大器放大、濾波、整形轉(zhuǎn)換為與流速成正比的脈沖信號(hào)，然后再與溫度、壓力等檢測(cè)信號(hào)一起被送往微處理器進(jìn)行積算處理，后在液晶顯示屏上顯示出測(cè)量結(jié)果(瞬時(shí)流量、累積流量及溫度、壓力數(shù)據(jù))。

2.3流量積算儀工作原理

圖3

流量積算儀由溫度和壓力檢測(cè)模擬通道、流量傳感器通道以及微處理器單元組成，并配有外輸出信號(hào)接口，輸出各種信號(hào)。流量計(jì)中的微處理器按照氣態(tài)方程進(jìn)行溫壓補(bǔ)償，并自動(dòng)進(jìn)行壓縮因子修正，氣態(tài)方程如下：

………………(2)

式中：

Q_N              ——標(biāo)況下的體積流量(m³/h)；

Q_V——工況下的體積流量(m³/h；

Pa——當(dāng)?shù)卮髿鈮毫Γ?/span>KPa）；

P——流量計(jì)取壓孔測(cè)量的表壓（KPa）；

P_N ——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的大氣壓力（101.325 KPa）；

T_N——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的溫度（293.15K）；

T——被測(cè)流體的溫度（K）；

Z_N ——氣體在標(biāo)況下的壓縮系數(shù)；

Z  ——氣體在工況下的壓縮系數(shù)；

注：當(dāng)用鐘罩或負(fù)壓標(biāo)定時(shí)取Z_N/Z=1，對(duì)天然氣(Z_N/Z)^1/2=F_Z為壓縮因子。按中國石油天然氣總公司的標(biāo)準(zhǔn)SY／T6143－1996中的公式計(jì)算。 

三、主要技術(shù)參數(shù)與功能

3.1流量計(jì)規(guī)格、基本參數(shù)和性能指標(biāo)（見表1）

（表1）

注：1.準(zhǔn)確度：為溫度、壓力修正后的系統(tǒng)；

    2. A、B用以區(qū)別相同通徑不同流量范圍。

3.2標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)條件：P=101.325KPa，T=293.15K

3.3使用條件：

環(huán)境溫度：-30℃～+65℃

相對(duì)濕度：5%～95%

介質(zhì)溫度：-20℃～+80℃

大氣壓力：86KPa～106KPa

3.4電氣性能指標(biāo) 

3.4.1工作電源：

A．外電源：＋24VDC&plun;15%，紋波＜5％，適用于4～20mA輸出、脈沖輸出、報(bào)警輸出、RS-485等；

       B．內(nèi)電源：1組3.6V鋰電池（ER26500），當(dāng)電壓低于3.0V時(shí)，出現(xiàn)欠壓指示。  

3.4.2整機(jī)功耗：

       A．外電源：<2W;

       B．內(nèi)電源：平均功耗1mW，可連續(xù)使用兩年以上。

3.4.3脈沖輸出方式：

A．工況脈沖信號(hào)，直接將流量傳感器檢測(cè)的工況脈沖信號(hào)經(jīng)光耦隔離放大輸出，高電平≥20V，低電平≤1V；

B． 定標(biāo)脈沖信號(hào)，與IC卡閥門控制器配套，高電平幅度≥2.8V，低電平幅度≤0.2V，                單位脈沖代表體積量可設(shè)定范圍：0.001m³~100m³。單選擇該值時(shí)須注意：定標(biāo)脈沖信號(hào)頻率應(yīng)≤900Hz。

C．定標(biāo)脈沖信號(hào)，經(jīng)光耦隔離放大輸出，高電平≥20V，低電平≤1V。

3.4.4  RS－485通信（光電隔離），可實(shí)現(xiàn)以下功能：

A．采用RS－485接口，可直接與機(jī)或二次表聯(lián)網(wǎng)，遠(yuǎn)傳顯示介質(zhì)的溫度、壓力和經(jīng)溫度、壓力補(bǔ)償后的標(biāo)準(zhǔn)體積流量和標(biāo)準(zhǔn)體積總量；

B．由RS－485接口與HW－Ⅰ數(shù)據(jù)采集器配套，可組成電話網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)，一臺(tái)數(shù)據(jù)采集器可帶15臺(tái)流量計(jì)；

C．由RS－485接口與HW－Ⅱ數(shù)據(jù)采集器配套，可組成寬帶網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)，由INTERNET傳輸數(shù)據(jù)，一臺(tái)數(shù)據(jù)采集器可帶8臺(tái)流量計(jì)。

3.4.5  4～20mA標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)（光電隔離）

      與標(biāo)準(zhǔn)體積流量成正比，4mA對(duì)應(yīng)0 m³/h，20 mA對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)體積流量（該值可在菜單中進(jìn)行設(shè)置），制式：兩線制或三線制，流量計(jì)可根據(jù)所插電流模塊自動(dòng)識(shí)別，并正確輸出。

3.4.6控制信號(hào)輸出：

A．下限報(bào)警信號(hào)（LP）：光電隔離，高低電平報(bào)警，報(bào)警電平可設(shè)定，工作電壓＋12V~+24V，負(fù)載電流50mA；

B．上限報(bào)警信號(hào)（UP）：光電隔離，高低電平報(bào)警，報(bào)警電平可設(shè)定，工作電壓＋12V~+24V，負(fù)載電流50mA；

       C．關(guān)閥報(bào)警輸出（BC端，IC卡控制器用）：邏輯門電路輸出，正常輸出低電平，幅度≤0.2V；報(bào)警輸出高電平，幅度≥2.8V,負(fù)載電阻≥100kΩ；

D．電池欠壓報(bào)警輸出（BL端，IC卡控制器用）：邏輯門電路輸出，正常輸出低電平，幅度≤0.2V；報(bào)警輸出高電平，幅度≥2.8V,負(fù)載電阻≥100kΩ；

3.5實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能

3.5.1流量計(jì)為了適應(yīng)數(shù)據(jù)管理方面的需要，增加了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能，由設(shè)定選擇以下三者之一：

A．起停記錄：近的1200次起停時(shí)間、總量、凈流量記錄。出廠默認(rèn)項(xiàng)。對(duì)應(yīng)通信協(xié)議由公司另外提供）；

B．日記錄：近920天的日期、點(diǎn)時(shí)刻的溫度、壓力、標(biāo)準(zhǔn)體積流量和總量記錄。

C．定時(shí)間間隔記錄：1200條定時(shí)間間隔的日期時(shí)間、溫度、壓力、標(biāo)準(zhǔn)體積流量和總量記錄。

3.5.2通過電腦可讀取上述存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，形成數(shù)據(jù)報(bào)表、曲線圖供分析。

3.6網(wǎng)絡(luò)通信管理軟件功能

   流量計(jì)與數(shù)據(jù)采集器配套，可通過電話線或?qū)拵ЬW(wǎng)進(jìn)行通信，對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的每臺(tái)流量計(jì)的歷史數(shù)據(jù)及參數(shù)進(jìn)行讀取與設(shè)置，同時(shí)通信管理軟件可實(shí)現(xiàn)完善的管理功能。

3.7爆標(biāo)志：ExdIIBT4;ExiaII4

3.8護(hù)等級(jí)：IP65

3.9壓力損失

流量計(jì)實(shí)際壓力損失計(jì)算公式如下：

…………………

式中：

ΔP₁­——流量計(jì)實(shí)際壓力損失（KPa）；

ρ ——被測(cè)介質(zhì)密度（kg/m³）

ΔP ­——介質(zhì)為干空氣時(shí)流量計(jì)的壓力損失(KPa),其特性曲線見下圖

3.10接線口：出線接口為M20×1.5內(nèi)螺紋。

四、選型與安裝

4.1流量計(jì)選型

在選型過程中應(yīng)把握兩條原則；即：一要生產(chǎn)，二要使用。為此須落實(shí)三個(gè)選型參數(shù)，即近期和遠(yuǎn)期的、小及常用流量(主要用于選定儀表公稱通徑)、被測(cè)介質(zhì)的設(shè)計(jì)壓力(主要用于選定儀表的公稱壓力等級(jí))、實(shí)際工作壓力(主要用于選定儀表壓力傳感器的壓力等級(jí))。

a.當(dāng)已知被測(cè)流量為工況體積流量時(shí)，可直接按表中的流量范圍選取適配的公稱通徑；

b.當(dāng)已知被測(cè)流量為標(biāo)況條件下的體積流量時(shí)，應(yīng)先將標(biāo)況體積流量Q_N換算為工況體積流量Qv，再按技術(shù)參數(shù)表中的流量范圍選取相應(yīng)的公稱通徑；

c.當(dāng)兩種口徑流量計(jì)均能覆蓋和體積流量時(shí)，在壓損允許下，應(yīng)盡量選小口徑；

d.勿使實(shí)際小流量Qmin低于所選公稱通徑流量計(jì)的流量下限；

e.流量范圍、公稱壓力有要求時(shí)可協(xié)議訂貨。

選型計(jì)算公式如下：

式中：T、P、Pa含義同上，Q為體積流量，Qn為標(biāo)準(zhǔn)體積流量，Z/Zn數(shù)值列于表2.因計(jì)算步長(zhǎng)較大，表內(nèi)數(shù)據(jù)供參考，表中數(shù)據(jù)按天然氣真實(shí)相對(duì)密度Gr=0.600，氮?dú)夂投趸寄柗謹(jǐn)?shù)均為0.00計(jì)算。當(dāng)介質(zhì)壓力低于0.1MPa，均可按Z/Zn＝1估算。

                                                                       表2

4.2選型實(shí)例：

   已知某一供氣管線實(shí)際工作壓力范圍為表0.80MPa－1.2MPa，介質(zhì)溫度范圍為－10℃～＋40℃，供氣峰值為標(biāo)準(zhǔn)體積流量25000，供氣谷值為標(biāo)準(zhǔn)體積流量5600，天然氣之真實(shí)相對(duì)密度Gr＝0.591，氮?dú)饽柊俜趾繛?/span>Mn＝1.6％，二氧化碳摩爾百分含量為Mc=0.8％,當(dāng)?shù)卮髿鈮毫?/span>101.3KPa，要求確定流量計(jì)之口徑。

   當(dāng)介質(zhì)壓力為0.8MPa，溫度為40℃，天然氣的壓縮因子影響小，此時(shí)當(dāng)處于供氣峰期時(shí)，具有體積流量；而當(dāng)介質(zhì)壓力為1.2MPa，溫度為－10℃，壓縮因子影響，此時(shí)當(dāng)處于供氣谷期時(shí)，具有小體積流量。

   當(dāng)Gr＝0.591，Mn＝1.6％，Mc=0.8％，表壓P=0.8MPa,溫度T＝40℃,按SY／T6143之公式，可求得Zn/Z＝1.0127，故體積流量為

當(dāng)表壓P=1.2MPa，溫度T=-10℃時(shí)，可求得Zn/Z＝1.0355，故小體積流量為：

再由表1查得“流量計(jì)口徑為200mm，即選取LUXB-200型流量計(jì)。

4.3流量計(jì)外形尺寸及安裝外形尺寸圖

流量計(jì)的外形尺寸如圖所示，圖中未注尺寸列于表1中，流量計(jì)采用法蘭連接方式，法蘭尺寸執(zhí)行GB/T9112～9113-2000標(biāo)準(zhǔn)。