在石油天然气工业中,天然气计量大量使用过的计量仪表有气体涡轮流量计、涡街流量计、孔板流量计和旋进旋涡流量计等。这几种流量计的优缺点列表如下。

由以上比较可以看出,旋进旋涡流量计有着结构简单、安装维修方便、压力损失小、适用性强等优点。但是以往在油田内部所使用的旋进旋涡流量计都是不带温压补 偿的,据使用单位反映,这样不但增加了用户的工作量,也增大了人为计算所带来的各种误差。因此各用户单位就给我们设计人员提出了这一问题,并希望我们能够 选用更为先进的仪表。

新型旋进旋涡流量计的结构

新型旋进旋涡流量计由以下4部分组成。

1)传感器组件:包括旋涡发生体、旋涡检测组件、除旋整流器。

2)流量积算仪:包括温度接口、压力接口(气体流量计)、显示窗口、输出接口。

3)温度传感组件。

4)压力传感组件(气体流量计)。

新型旋进旋涡流量计的工作原理

当沿着轴向流动的流体进入流量传感器入口时,叶片强迫流体进行旋转运动,于是在旋涡发生体中心产生旋涡流。旋涡流在文丘里管中旋进,到达收缩段突然节流使 旋涡流加速,当旋涡流进入扩散段后,因回流的作用强迫进行旋进式二次旋转。此时旋涡流的旋转频率与介质流速成正比。压电传感器检测的微弱电荷信号经前置放 大器放大、滤波、整形后变成频率与流速成正比的脉冲信号,最后送积算仪进行计数处理。

温压补偿积算仪由压力、温度检测模拟通道和流量检测数字通道以及微处理单元组成,并配有外输信号接口,输出各种信号,其原理如图2所示。微处理器按照气态方程进行温压补偿,并自动进行压缩因子修正。气态方程如下:

vn=zn/zg(pg+pa)/pntn/tgvg

式中:vn———标准状态下的体积量,m3;

vg———未经修正的体积量,m3;

pg———流量计压力检测点处的表压,kpa;

pa———当地大气压,kpa;

tg———介质的绝对温度,k;

t———被测介质的摄氏温度,℃;

pn———标准状态的压力,101·325kpa;

tn———标准状态的绝对温度,293·15k;

zn———标准状态下的压缩因子;

zg———工作状态下的压缩因子。

主要特点

1)可检测介质的温度与压力并对流量进行自动补偿和压缩因子自动修正,可直接检测气体的标准体积流量,精度可达±1%;

2)采用高性能微处理器,软件功能强大,性能优越;

3)采用微功耗高新技术,凭内、外电源均可工作;

4)无机械可动部件,不易腐蚀,可靠度高,稳定性好,维修量少;

5)分别采用两块lcd显示标准累积量、标准瞬时流量、温度、压力,显示清晰直观,读数方便;

6)量程比宽,可达1∶12以上,国外一些产品的量程比可达1∶25;

7)流体密度、粘度变化对流量系数影响较小;

8)可采用rs-485接口与上位机联网;也可通过rs-485接口与专用modem配套,利用电话网络构成自动读表与管理系统;

9)双探头结构采用双压电晶体传感技术和电路处理技术,可有效抑制回压波动和管道振动对仪表的影响。

4 系统接线与安装

系统接线图

流量计有脉冲信号输出和4~20 ma标准模拟信号输出,而且还可采用接口与上位机联网。

1)工况脉冲信号(三线制):直接将测量传感器检测的工况脉冲信号放大输出,幅度20v,传输距离≤300 m。

2)采用rs-485接口,可以直接与上位机或二次仪表联网,远传显示介质的温度、压力以及经温度、压力补偿后瞬时的标准体积流量和累积量,传输距离≤1200 m。接线图如图3所示,每台上位机可带64台流量计。流量计与二次仪表接线如图4所示。

3)4~20 ma标准模拟信号:与标准体积流量成正比,4 ma对应标准体积流量为0,20 ma对应最大标准体积流量,流量计与用户设备之间连接方式可以采用二线制(如图5所示)或三线制(如图6所示)。

流量计安装

为了便于维修,不影响流体正常输送,必须设置旁路,且流量计安装要保证前直管段≥5d,后直管段≥1d。当流量计安装在分支管线,且安装位置与汇集管较近 时,或气体内含有大颗粒或较长纤维杂物时,必须安装过滤器。在流量计可以垂直安装或任意角度倾斜安装。在流量计安装使用过程中还应注意以下几个方面问题。

1)在室外安装时上部应有遮盖物,以免雨水浸入和烈日曝晒而影响流量计使用寿命;

2)流量计周围不能有强的外磁场干扰及强烈的机械振动;

3)流量计输出电缆应采用专用屏蔽电缆;

4)流量计需可靠接地,但不得与强电系统地线共用;

5)不得随意打开流量或任意拧动各个引线接口和温压传感器接口;

6)依着旋进旋涡智能流量计管道流向,流量积算仪的方向可顺时针转动0~180°,转动时不要松动防爆软管,也不能向拉紧防爆管的方向转动。