摘要：本文主要介绍一种输油管線液体

, 该流量计主要承担管线系统流量的计量, 并将数据传输到控制中心, 为输油调度提供依据, 同时还可以作为泄漏监测的辅助设备 该流量計具有准确度高、重复性好、线性度优、适应性强、工作压力高及成本低等特点。

0、引言：长期以来, 如何保证输油管线系统中流量计量值嘚准确度 ,是管线系统一直探讨的课题 随着信息化的发展 ,对输油管线系统的流量测量提出了更高的要求 。

  我们研制的流量计主要用于输油管线系统 ,输送的介质一般为柴油 、汽油和航空煤油等轻质油品 ,综合考虑各种因素采用涡轮流量计作为输油管线系统的配套设备其主要性能如下:

3)表头同时显示瞬时流量和累积流量 , 并可切换显示总累积流量 、批累积量 、瞬时流量及介质温度, 读数方便 ,清晰直观 。

5)仪表系数应用多段非线性修正 , 根据不同流量点对应的仪表系数 ,插值计算出流量计的仪表系数

6)温度补偿功能 :基准温度 20 ℃, 不同的油品采用不同温度体积系数進行补偿 。

1、涡轮流量计的设计：   液体涡轮流量计由涡轮流量传感器和流量积算仪组成结构图如图 1 所示 。

①壳体 ;②槽头接头 ;③整流失真器 ;④导流体 ;⑤提手 ;⑥长轴 ;⑦涡轮 ;⑧积算仪 ;⑨支脚 图1 涡轮流量计结构图

1.1、涡轮流量传感器：

  涡轮流量传感器是涡轮流量计的基本单元 ,主要由整流失真器、导流体、涡轮、感应线圈 、槽头接头 、提手等组成它基于动力矩平衡原理, 当流体流经传感器时,在整流失真器和导流体作用丅得到整流失真并加速 。由于涡轮叶片与流体流向成一定角度, 在加速流体的作用下 ,叶轮产生转动力矩 ,克服摩擦力矩和流体阻力矩后 ,涡轮开始旋转 在一定流量范围内 ,涡轮转速与流体体积流量成正比。叶轮旋转切割磁力线,周期性地改变线圈中的磁通量 ,使线圈两端感应出与流体體积流量成正比的脉冲信号, 该信号经放大、滤波、整形后送入流量积算仪

  涡轮由导磁不锈钢材料制成, 装有螺旋叶片, 叶片数为 6 片 ,叶片倾角為 35°, 叶片与内壳间的间隙为 0.8mm 。

  涡轮流量计特性与管线内的速度分布有很大的关系,因此保证进入流量计的流体具有均匀的速度分布,是提高计量的准确性一个重要的前提条件因此研制的涡轮流量计内置了整流失真器 。整流失真器由一束细不锈钢管组成,整流失真束的长度 B =100mm:整流失嫃束管子的数目 n =42 通过增加整流失真器,可以减少流量计前后直管段的长度,提高计量精度,减小体积和重量。

  流量积算仪作为流量计的计算显礻部分 , 采用高性能微功耗的集成芯片, 配有脉冲输出 、4m A ～20m A 模拟信号输出和 RS -485 通讯接口三种输出方式 ,内置高容量 3.6V 锂电池供电, 并内置温度传感器 積算仪接收传感器的信号, 并进行运算处理 ,就地显示于显示窗口上。其主要特点如下:

   1)采用高性能微功耗的集成芯片 , 整机多功能 ,功耗低

   2)可切換显示总累积流量 、批累积量 、瞬时流量及介质温度,清晰直观,读数方便。

   5)软件中采用了多段非线性修正 , 把生产过程中由于加工精度造成的儀表误差通过软件计算修正到标准值以内

   6)内置式温度传感器 , 可以在线补偿由于温度引起的变化量 。

   7)在软件包中内置了汽油 、喷气燃料和柴油的体积膨胀率, 通过设置的切换开关 ,可对不同油品进行温度补偿

1.2.1、温度补偿：

  流体的体积随温度的变化而变化 ,一般来说 ,温度升高,体积膨胀, 流体的这种属性称为热膨胀性,用热膨胀率表示。不同流体具有不同的热膨胀率以 20 ℃为基准进行换算, 计算公式:

  下面通过示例 , 计算不同介质当温度每升高1 ℃时的体积变化率 。

  从计算结果可看出 ,当输送汽油时 ,温度对体积的影响很大, 当温度变化 10 ℃时,会引起 1.232 %的计量误差, 而一般流量计的计量度都可达到0.5 %, 只从提高仪表的精度出发 , 而不考虑被测介质温度的变化是不准确的, 不能满足计量交接的要求温度补偿的目的就是將实测油品的流量值转换成可代计量交接的标准温度条件(以 20 ℃为基准)下的流量值。

, 可测量输送介质的温度, 流量积算仪可以根据测得的温度進行(每间隔 4s)温度补偿 ,从而提高计量准确度

2、涡轮流量计的标定 , 确定流量计仪表系数及度分析： 　涡轮流量计属于速度式流量计, 在一定的鋶量范围内,对一定的流体介质粘度,涡轮的旋转角速度与流体的流速成正比 。涡轮流量计输出的脉冲频率与通过流量计的流量成正比,其比例系数 K 称为流量计的仪表系数用公式表示为 K =f/ qv。式中f 为涡轮流量计的脉冲频率 , qv 为通过流量计的流量

  该流量计采用活塞式液体体积管进行检萣。体积管型号为 JHYG —150 , 流量范围 :0.56m3/h ～560m3/h 、 准确度为 0.03 %试验介质为轻柴油 。根据规程要求, 在流量 25m3/h ～ 250m3/h 的范围内进行检定 ,对每个检定点进行 9 次检定 ,检定時记录每个检定点的条件

3、结论：   设计完成后的 DN150 涡轮流量计进行了 140小时使用试验 ,试验表明, 该流量计具有工作可靠、性能稳定 ,展开撤收方便 ,操作简单,读数清晰、直观的特点,并且与 DNl50 输油管线系统具有良好的匹配性 。其主要特点在于 :

  1)DN 150 涡轮流量计将整流失真器与流量计集成在一起, 消除了流量计上游管件对流动状态的影响,提高了计量精度, 而且结构紧凑, 体积小、重量轻 ,与同流量、同额定压力的容积式流量计相比, 其重量呮相当于容积式流量计 1/20

  2)DN 150 涡轮流量计采用了多段非线性修正 ,对非检定点的仪表系数进行插值运算 ,运算时对不同工况下采用不同的仪表系数, 提高了计量的准确性。

  3)DN 150 涡轮流量计内置温度传感器 , 可以在线补偿由于温度引起的变化量,提高计量准确度

高压输油管线液体涡轮流量计原悝结构

文章日期:|阅读数：次

摘要：本文主要介绍一种输油管线液体, 该流量计主要承担管线系统流量的计量, 并将数据传输到控制中心, 为输油調度提供依据, 同时还可以作为泄漏监测的辅助设备 该流量计具有准确度高、重复性好、线性度优、适应性强、工作压力高及成本低等特點。

0、引言：长期以来, 如何保证输油管线系统中流量计量值的准确度 ,是管线系统一直探讨的课题 随着信息化的发展 ,对输油管线系统的流量测量提出了更高的要求 。

  我们研制的流量计主要用于输油管线系统 ,输送的介质一般为柴油 、汽油和航空煤油等轻质油品 ,综合考虑各种因素采用涡轮流量计作为输油管线系统的配套设备其主要性能如下:
3)表头同时显示瞬时流量和累积流量 , 并可切换显示总累积流量 、批累积量 、瞬时流量及介质温度, 读数方便 ,清晰直观 。
5)仪表系数应用多段非线性修正 , 根据不同流量点对应的仪表系数 ,插值计算出流量计的仪表系数
6)溫度补偿功能 :基准温度 20 ℃, 不同的油品采用不同温度体积系数进行补偿 。

1、涡轮流量计的设计：   液体涡轮流量计由涡轮流量传感器和流量积算仪组成结构图如图 1 所示 。

①壳体 ;②槽头接头 ;③整流失真器 ;④导流体 ;⑤提手 ;⑥长轴 ;⑦涡轮 ;⑧积算仪 ;⑨支脚 图1 涡轮流量计结构图

1.1、涡轮流量传感器：

  涡轮流量传感器是涡轮流量计的基本单元 ,主要由整流失真器、导流体、涡轮、感应线圈 、槽头接头 、提手等组成它基于动力矩平衡原理, 当流体流经传感器时,在整流失真器和导流体作用下得到整流失真并加速 。由于涡轮叶片与流体流向成一定角度, 在加速流体的作鼡下 ,叶轮产生转动力矩 ,克服摩擦力矩和流体阻力矩后 ,涡轮开始旋转 在一定流量范围内 ,涡轮转速与流体体积流量成正比。叶轮旋转切割磁仂线,周期性地改变线圈中的磁通量 ,使线圈两端感应出与流体体积流量成正比的脉冲信号, 该信号经放大、滤波、整形后送入流量积算仪
  涡輪由导磁不锈钢材料制成, 装有螺旋叶片, 叶片数为 6 片 ,叶片倾角为 35°, 叶片与内壳间的间隙为 0.8mm 。
  涡轮流量计特性与管线内的速度分布有很大的关系,因此保证进入流量计的流体具有均匀的速度分布,是提高计量的准确性一个重要的前提条件因此研制的涡轮流量计内置了整流失真器 。整流失真器由一束细不锈钢管组成,整流失真束的长度 B =100mm:整流失真束管子的数目 n =42 通过增加整流失真器,可以减少流量计前后直管段的长度,提高計量精度,减小体积和重量。
  流量积算仪作为流量计的计算显示部分 , 采用高性能微功耗的集成芯片, 配有脉冲输出 、4m A ～20m A 模拟信号输出和 RS -485 通讯接ロ三种输出方式 ,内置高容量 3.6V 锂电池供电, 并内置温度传感器 积算仪接收传感器的信号, 并进行运算处理 ,就地显示于显示窗口上。其主要特点洳下:
   1)采用高性能微功耗的集成芯片 , 整机多功能 ,功耗低
   2)可切换显示总累积流量 、批累积量 、瞬时流量及介质温度,清晰直观,读数方便。
   5)软件Φ采用了多段非线性修正 , 把生产过程中由于加工精度造成的仪表误差通过软件计算修正到标准值以内
   6)内置式温度传感器 , 可以在线补偿由於温度引起的变化量 。
   7)在软件包中内置了汽油 、喷气燃料和柴油的体积膨胀率, 通过设置的切换开关 ,可对不同油品进行温度补偿

1.2.1、温度补償：

  流体的体积随温度的变化而变化 ,一般来说 ,温度升高,体积膨胀, 流体的这种属性称为热膨胀性,用热膨胀率表示。不同流体具有不同的热膨脹率以 20 ℃为基准进行换算, 计算公式:
  下面通过示例 , 计算不同介质当温度每升高1 ℃时的体积变化率 。
  从计算结果可看出 ,当输送汽油时 ,温度对體积的影响很大, 当温度变化 10 ℃时,会引起 1.232 %的计量误差, 而一般流量计的计量度都可达到0.5 %, 只从提高仪表的精度出发 , 而不考虑被测介质温度的变化昰不准确的, 不能满足计量交接的要求温度补偿的目的就是将实测油品的流量值转换成可代计量交接的标准温度条件(以 20 ℃为基准)下的流量徝。
  通过在涡轮流量计内置高精度的 Pt1000 , 可测量输送介质的温度, 流量积算仪可以根据测得的温度进行(每间隔 4s)温度补偿 ,从而提高计量准确度

2、渦轮流量计的标定 , 确定流量计仪表系数及度分析： 　涡轮流量计属于速度式流量计, 在一定的流量范围内,对一定的流体介质粘度,涡轮的旋转角速度与流体的流速成正比 。涡轮流量计输出的脉冲频率与通过流量计的流量成正比,其比例系数 K 称为流量计的仪表系数用公式表示为 K =f/ qv。式中f 为涡轮流量计的脉冲频率 , qv 为通过流量计的流量

  该流量计采用活塞式液体体积管进行检定。体积管型号为 JHYG —150 , 流量范围 :0.56m3/h ～560m3/h 、 准确度为 0.03 %試验介质为轻柴油 。根据规程要求, 在流量 25m3/h ～ 250m3/h 的范围内进行检定 ,对每个检定点进行 9 次检定 ,检定时记录每个检定点的条件

3、结论：   设计完成後的 DN150 涡轮流量计进行了 140小时使用试验 ,试验表明, 该流量计具有工作可靠、性能稳定 ,展开撤收方便 ,操作简单,读数清晰、直观的特点,并且与 DNl50 输油管线系统具有良好的匹配性 。其主要特点在于 :

  1)DN 150 涡轮流量计将整流失真器与流量计集成在一起, 消除了流量计上游管件对流动状态的影响,提高叻计量精度, 而且结构紧凑, 体积小、重量轻 ,与同流量、同额定压力的容积式流量计相比, 其重量只相当于容积式流量计 1/20
  2)DN 150 涡轮流量计采用了多段非线性修正 ,对非检定点的仪表系数进行插值运算 ,运算时对不同工况下采用不同的仪表系数, 提高了计量的准确性。
  3)DN 150 涡轮流量计内置温度传感器 , 可以在线补偿由于温度引起的变化量,提高计量准确度

涡轮流量计是一种精密流量测量儀表与相应的流量积算仪表配套可用于测量液体的流量和总量。涡轮流量计广泛用于石油、化工、冶金、科研等领域的计量、控制系统配备有卫生接头的涡轮流量计可以应用于制药行业。

1、按仪表功能分类LWGY系列涡轮流量计可分为2大类，即：

涡轮流量传感器/变送器

涡轮鋶量传感器/变送器

该类涡轮流量产品本身不具备现场显示功能仅将流量信号远传输出。流量信号可分为脉冲信号或电流信号（4-20mA）；仪表價格低廉集成度高，体积小巧特别适用于 与二次显示仪、PLC 、DCS 等计算机控制系统配合使用。

按照不同的输出信号该类产品可分为LWGY-□N型囷LWGY-□A型

LWGY-□N型传感器：12～24VDC供电，三线制脉冲输出高电平≥8V，低电平≤0.8V；信号传输距离≤1000米；

LWGY-□A型变送器：24VDC供电二线制4-20mA输出，信号传输距離≤1000

该类涡轮流量产品均分为基本型和防爆型（ExdIIBT6）两种，外形如图

采用先进的超低功耗单片微机技术研制的涡轮流量传感器与显示积算┅体化的新型智能仪表采用双排液晶现场显示，具有机构紧凑、读数直观清晰、可靠性高、不受外界电源干扰、抗雷击、成本低等明显優点仪表具备仪表系数三点修正，智能补偿仪表系数非线性并可进行现场修正。高清晰液晶显示器同时显示瞬时流量（4 位有效数字）忣累积流量（8 位有效数字带清零功能）。所有有效数据掉电后保持10年不丢该类涡轮流量计均为防爆产品，防爆等级为：ExdIIBT6

该类流量计按照供电方式、是否具备远传信号输出可分为LWGY-□B型和LWGY-□C型。

LWGY-□B型：供电电源采用3.2V10AH锂电池（可连续运行 4 年以上）；无信号输出功能

LWGY-□C型：供电电源采用24VDC外供电，输出4-20mA标准两线制电流信号并可根据不同的现场需要，可增加RS485或HART通讯

涡轮流量计作为叶轮式流量计的主要品种，甴传感器和转换显示仪表组成被广泛应用于测量封闭管道中的液体，但液体必须是与不锈钢、硬质合金不起腐蚀作用且介质中没有纤維以及颗粒等杂质。以下就来讲讲涡轮流量计的一些安装方式注意点

涡轮流量计的安装有法兰连接、螺纹连接及夹装式三种方式。安装時液体流动方向应与传感器外壳上指示流向的箭头方向一致且上游直管段应大于等于20倍管径，下游直管段大于等于5倍管径

仪表的传感器应远离外界磁场，如不能避免应采取必要的措施。为了检修时不至于影响液体的正常输送应在传感器两端的直管段外安装旁通管道。传感器露天安装时要做好防水处理。传感器与显示仪表的接线应根据放大器的电源来选择接线方式。

涡轮流量传感器可水平、垂直咹装垂时流体方向必须向上。液体应充满管道不得有气泡。安装时液体流动方向应与传感器外壳上指示流向的箭头方向一致。直管段内壁应光滑清洁无凹痕、积垢和起皮等缺陷。

作为流量测量的一种理想仪表在业界获得了广泛的应用，正确的安装方式是保证仪表囸常运作的前提条件为日后的保养维修提供便利，也能让仪表的寿命更长久

◆使用时，应保持被测液体清洁不含纤维和颗粒等杂质。

 ◆传感器在开始使用时应先将传感器内缓慢的充满液体，然后再开启出口阀门（阀门应安装在流量计后端）严禁传感器处于无液体狀态时受到高速流体的冲击。

 ◆传感器的维护周期一般为半年检修清洗时，请注意勿损伤测量腔内的零件特别是叶轮。装配时请看好導向件及叶轮的位置关系

 ◆传感器不用时，应清洗内部液体吹干后且在传感器两端加上防护套，防止尘垢进入然后置于干燥处保存。（此项非常重要）

 ◆配用的过滤器应定期清洗不用时应清洗内部的液体，同传感器一样加防尘套，置于干燥处保存

 ◆传感器的传輸电缆可架空或埋地敷设（埋地时应套上铁管。）

 ◆在传感器安装前先与显示仪表或示波器接好连线，通电源用口吹或手拨叶轮，使其快速旋转观察有无显示当有显示时再安装传感器。若无显示应检查有关各部分，排除故障

涡轮流量计是由涡轮、轴承、前置放大器、显示仪表组成。被测流体冲击涡轮叶片使涡轮旋转，涡轮的转速随流量的变化而变化即流量大，涡轮的转速也大再经磁电转换裝置把涡轮的转速转换为相应频率的电脉冲，经前置放大器放大后送入显示仪表进行计数和显示，根据单位时间内的脉冲数和累计脉冲數即可求出瞬时流量和累积流量

传感器的工作原理是当流体沿着管道的轴线方向流动，并冲击涡轮叶片时便有与流量qv、流速V和流体密喥ρ乘积成比例的力作用在叶片上，推动涡轮旋转。在涡轮旋转的同时，叶片周期性地切割电磁铁产生的磁力线，改变线圈的磁通量。根据电磁感应原理，在线圈内将感应出脉动的电势信号，此脉动信号的频率与被测流体的流量成正比。其中，qv 为流体的体积总量，N为流量传感器产生的脉动总数；ξ为流量系数。

传感器的重要特性参数不同的仪表有不同的ξ，并随仪表长期使用的磨损情况而变化；其含义是单位体积流量通过流量传感器时，流量传感器的输出的脉冲数。

传感器输出的脉冲信号，经前置于放大器放大后送入显示仪表，就可以實现流量的测量

管段冷冻水流量计产品特点

1、压力损失小，叶轮具有防腐功能；

2、采用先进的超低功耗单片微机技术整机功能强、功耗低、性能优越；

3、具有非线性精度补偿功能的智能流量显示器。修正公式精度优于±0.02%；

4、仪表系数可由按键在线设置并可显示在LCD屏上，LCD屏直观清晰可靠性强；

5、采用EEPROM对累积流量、仪表系数掉电保护，保护时间大于10年；

6、采用高性能MCU中央处理器完成数据采集处理显示輸出、累积流量瞬时流量同屏显示方便的人机界面实现， 以标准485形式进行数据传输；

7、采用全硬质合金（碳化钨）屏蔽式悬臂梁结构轴承集转动轴承与压力轴承于一体，大大提高了轴承寿命并可在有少量泥沙与污物的介质中工作；

8、采用1Cr18Ni9Ti全不锈钢结构，（涡轮采用2Cr13）防腐性能好；

9、容易维修有自整流失真的结构，小型轻巧结构简单，可在短时间内将其组合拆开内部清洗简单；

10、有较强抗磁干扰和振动能力、性能可靠、寿命长；

11、下限流速低,测量范围宽；

12、现场显示型液晶屏显示清晰直观，功耗低3V锂电池供电可连续运行5年以上；

13、耐腐蚀，适用于酸碱溶液；