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如何保证在DN150输油管线系统中使用的涡轮流量计计量准确

来源:上海自动化仪表有限公司作者:发表时间:2018-04-10 09:27:25

 1、概述:

   输油管线作为大型骨干输油装备,各国十分重视其现代化,随着信息化大发展,对输油管线提出了更高的要求,但是输油管线与油库输油管道有明显的区别,其工作条件比较特殊:
    (1)要求所有的设备便于安装和拆卸;  
    (2)系统压力较高,而且要求在耐高压的同时便于拆卸和安装;
    (3)输送介质易燃、易爆,而且容易携带杂质;
    (4)输送的流量范围广,要求流量计的量程比宽;
    (5)要求的环境适应范围广。
   输油管线系统主要包括泵站,它是系统的心脏,各种便于连接和拆卸的管子、管件,则相当于系统的血管,其他部件包括各种阀门相当于执行机构,而流量和压力测量系统就相当于眼睛,他们的功能是将系统的工作情况传达给控制系统。随着信息化的发展。对流量和压力测量系统提出了更高的要求。而且,长期以来,如何保证输油管线系统中使用的流量计量值的准确度是管线系统一直探讨的课题。
    我们上海自动化仪表股份有限公司主要介绍为DN150输油管线系统研制的"DN150液体涡轮流量计”,该流量计主要承担管线系统流量的计量工作,并将数据远传到控制中心,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点。上自仪公司结合目前国内石化行业用流量计的现况、装置的工作特点和实际标定流量计所做的测试数据.对装置的设计依据和工作原理,以及主要技术参数、检定和使用性能等方面进行全面介绍,使装置在基础上进一步完善。
 
2、设计依据:
   目前石化系统常用的流量计主要是容积式流量计和速度式流量计。容积式流量计测量的是体积流量,它不受流体密度和勃度的影响,对流动状态和速度分布无特殊要求,但是它对流体的洁净度要求较高,由于它是用具有标准体积的计量空间来测量流量的,因此体积比较庞大。
   常用的速度式流量计种类较多,其中涡轮流量计是最常用的一种,具有体积小、质量轻、量程比宽、适应性强、价格便宜的特点。    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,但对其性能提出了更高的要求:
 
  (1)流量计额定压力为4.OMPa,流量计长度为600mm,流量范围50一250m3 /h,在最大流量下压力损失小于40kPa(以水为测试介质时),总质量小于40kg;  
  (2)防爆等级为d13"t5,能在-41一46℃环境下正常工作;  
  (3)要求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,且读数方便,清晰直观;  
  (4)配备RS - 485通讯接口,传输距离不小于900m;  
  (5)仪表系数应用多段非线性修正,不同流量时采用所对应的流量计仪表系数;
  (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进行补偿;  
  (7)计量精度要求0.2级。
 
3、涡轮流量计的设计:
   液体涡轮流量计结构由传感器和智能流量显示仪两部分组成,结构图如图1所示。
3. 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,它基于动力矩平衡原理,当流体流经传感器时,在特殊结构整流器导流体作用下得到整流并加速。由于涡轮叶片与流体流向成一定角度,在加速流体作用下,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、整形后送人流量积算仪进行运算处理,并显示于显示窗口上。
 
涡轮流量计结构图
 
    涡轮由导磁不锈钢材料制成,装有螺旋叶片,叶片数为8片,叶片倾角为350,叶片重叠度为1. 1,叶片与内壳间的间隙为0. 8mm。
3. 2、整流器:
   涡轮流量计特性与管线内的速度分布有很大的关系,因此保证进人流量计的流体具有均匀的速度分布,是提高计量准确性的一个重要前提条件。因此研制的涡轮流量计内置了整流器。其结构图如图2所示。通过增加整流器,可以减少流量计前后直管段的长度,提高计量精度,减小体积和质量。    整流器是由一束细不锈钢管组成,整流束的长度B=100mm,整流束管子的数目n=42。
 
整流器结构图
 
3. 3、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,不同流体霎擎育不同的热膨胀率。对于汽油,当相对密度为0. 710-}-0. 730时,温度体积系数为0.00123。0.0115,计算时可取平均值0. 00119;对于喷气燃料,当相对密度为0.775一0.790时,温度体积系数为0. 00099 -0.00095,计算时可取平均值0. 00097;对于柴油,当相对密度为0.800~0.830时,温度体积系数为0.00089 -0.00084,计算时可取平均值0.0008650 以20℃为基准进行换算,计算见式(1>和式(2)。
 
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。对于柴油,当相对密度为0.83时,温度体积系数为0.00084,当温度升高1℃时,体积变化率为0.84编,若温度变化10℃的话,将会引起0. 84%的计量误差。对于喷气燃料,当相对密度为0.780时,温度体积系数为0.00098;当温度升高1℃时,体积变化率为0.981%0;若温度变化10℃的话,将会引起0. 981%的计量误差。对于汽油,当相对密度为0.710时,温度体积系数为0.00123;当温度升高1℃时,体积变化尊为1.232练;若温度变化10℃的话,将会引走. 232%的计量误差。
   从计算结果可看出,输送汽油时,温度对体移的影响很大。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精确都可达至!0.500,只从提高仪表的精度出发,而不考虑被澳介质温度的变化是不准确的,不能满足计量交接尔要求。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:下的流量值。我们通过在涡轮流量计内置高精度的Pt 100C热电偶,可精确测量输送介质的温度,通过智能流量积算仪可以根据测得的温度进行(每间隔4s)振度补偿,从而提高计量精度。
 
3. 4、智能流且积算仪:智能流量积算仪作为流量计的计算显示部分,为适应上述涡流流量传感器的要求采用最先进的微功耗单片机技术,其操作简单,使用方便,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;(3)配有脉冲输出,可选装4-,-20mA模拟信号输出,RS - 485通讯接口; (4)内置高容量3. 6 V锉电池供电,寿命长,更换方便,电池寿命可达两年以上;(S)软件中采用了多段非线性修正,把仪表在生产过程中由于加工精度造成的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,可在输送不同油品时进行温度补偿;(8)为满足野外作业场合和保护显示仪表.增加了金属保护罩。
 
4、涡轮流量计的标定,确定流量计仪表系数及精确度分析:
    涡轮流量计属于速度式流量计,在一定的流量范围内,对一定的流体介质勃度,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对样机进行检定。体积管型号为JHYG一150,流量范围为0.56一560m/h,精度为0.0300。压力采用压力变送器测量,温度采用温度变送器测量,试验介质为轻柴油。根据规程要求,对样机在流量25~250m3/ 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。
    从不同流量工况下的检定结果看,流量计的线性度、重复性、精度分别为0.152%, 0.031%, 0.158%。
 
5、结论:
   设计完成后的DN150涡轮流量计参加了管线的高低温适应性试验和定型试验,该流量计共计使用140h,输送介质18800m3,其中输送清水16000m3 ,输送柴油约2800m3。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DN150输油管线系统具有良好的匹配性。其主要特点在于:  
 (1) DN150涡轮流量计将整流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、质量轻,与同流量、同额定压力的容积流量计相比,其质量只相当于容积式流量计的1/20;  
 (2) DN150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,运算时对不同工况采用不同的仪表系数,提高了计量的准确性;
 (3) DN150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,提高计量要求。总之,研制的DN150涡轮流量计完全满足输油管线系统的要求,同时也为以后管线的信息化提供了支持。

 

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