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如何保證輸油管線系統(tǒng)中DC-LWGY-C渦輪流量計量值的準(zhǔn)確度

如何保證輸油管線系統(tǒng)中渦輪流量計量值的準(zhǔn)確度，如何保證輸油管線系統(tǒng)中渦輪流量計量值的準(zhǔn)確度是管線系統(tǒng)一直探討的課題，隨著信息化的發(fā)展,對輸油管線系統(tǒng)的流量測量提出了更高的要求。

我們研制的流量計主要用于輸油管線系統(tǒng),輸送的介質(zhì)一般為柴油、汽油和航空煤油等輕質(zhì)油品,綜合考慮各種因素采用渦輪流量計作為輸油管線系統(tǒng)的配套設(shè)備。其主要性能如下:

1)額定壓力:4.0MPa;長度:600mm;流量范圍:50m3/h~250m3/h;壓降:在zui大流量下壓力損失小于40kPa(以水為測試介質(zhì)時);總質(zhì)量:小于40kg。

2)防爆等級為dIIBT5,能在-41℃~+46℃環(huán)境下正常工作。

3)表頭同時顯示瞬時流量和累積流量,并可切換顯示總累積流量、批累積量、瞬時流量及介質(zhì)溫度,讀數(shù)方便,清晰直觀。

4)配備RS-485通訊接口,傳輸距離不小于900m。

5)儀表系數(shù)應(yīng)用多段非線性修正,根據(jù)不同流量點對應(yīng)的儀表系數(shù),插值計算出流量計的儀表系數(shù)。

6)溫度補(bǔ)償功能:基準(zhǔn)溫度20℃,不同的油品采用不同溫度體積系數(shù)進(jìn)行補(bǔ)償。

7)計量精度:0.2級。

1 渦輪流量計的設(shè)計

液體渦輪流量計由渦輪流量傳感器和流量積算儀組成。結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

1.1 渦輪流量傳感器

渦輪流量傳感器是渦輪流量計的基本單元,主要由整流器、導(dǎo)流體、渦輪、感應(yīng)線圈、槽頭接頭、提手等組成。它基于動力矩平衡原理,當(dāng)流體流經(jīng)傳感器時,在整流器和導(dǎo)流體作用下得到整流并加速。由于渦輪葉片與流體流向成一定角度,在加速流體的作用下,葉輪產(chǎn)生轉(zhuǎn)動力矩,克服摩擦力矩和流體阻力矩后,渦輪開始旋轉(zhuǎn)。在一定流量范圍內(nèi),渦輪轉(zhuǎn)速與流體體積流量成正比。葉輪旋轉(zhuǎn)切割磁力線,周期性地改變線圈中的磁通量,使線圈兩端感應(yīng)出與流體體積流量成正比的脈沖信號,該信號經(jīng)放大、濾波、整形后送入流量積算儀。

1.1.1 渦輪

渦輪由導(dǎo)磁不銹鋼材料制成,裝有螺旋葉片,葉片數(shù)為6片,葉片傾角為35°,葉片與內(nèi)殼間的間隙為0.8mm。

1.1.2 整流器

渦輪流量計特性與管線內(nèi)的速度分布有很大的關(guān)系,因此保證進(jìn)入流量計的流體具有均勻的速度分布,是提高計量的準(zhǔn)確性一個重要的前提條件。因此研制的渦輪流量計內(nèi)置了整流器。整流器由一束細(xì)不銹鋼管組成,整流束的長度B=100mm:整流束管子的數(shù)目n=42。通過增加整流器,可以減少流量計前后直管段的長度,提高計量精度,減小體積和重量。

1.2 流量積算儀

流量積算儀作為流量計的計算顯示部分,采用高性能微功耗的集成芯片,配有脈沖輸出、4mA~20mA模擬信號輸出和RS-485通訊接口三種輸出方式,內(nèi)置高容量3·6V鋰電池供電,并內(nèi)置溫度傳感器。積算儀接收傳感器的信號,并進(jìn)行運算處理,就地顯示于顯示窗口上。其主要特點如下:

1)采用高性能微功耗的集成芯片,整機(jī)多功能,功耗低。

2)可切換顯示總累積流量、批累積量、瞬時流量及介質(zhì)溫度,清晰直觀,讀數(shù)方便。

3)配有脈沖輸出,4mA~ 20mA模擬信號輸出,RS-485通訊接口。

4)內(nèi)置高容量3.6V鋰電池供電,壽命長,更換方便,電池壽命可達(dá)兩年以上。

5)軟件中采用了多段非線性修正,把生產(chǎn)過程中由于加工精度造成的儀表誤差通過軟件計算修正到標(biāo)準(zhǔn)值以內(nèi)。

6)內(nèi)置式溫度傳感器,可以在線補(bǔ)償由于溫度引起的變化量。

7)在軟件包中內(nèi)置了汽油、噴氣燃料和柴油的體積膨脹率,通過設(shè)置的切換開關(guān),可對不同油品進(jìn)行溫度補(bǔ)償。

1.2.1 溫度補(bǔ)償

流體的體積隨溫度的變化而變化,一般來說,溫度升高,體積膨脹,流體的這種屬性稱為熱膨脹性,用熱膨脹率表示。不同流體具有不同的熱膨脹率。以20℃為基準(zhǔn)進(jìn)行換算,計算公式:

式中:V20為油品20℃體積;

Vt為油品t℃體積;

f為油品體積溫度系數(shù);

t為輸油實際溫度。

下面通過示例,計算不同介質(zhì)當(dāng)溫度每升高1℃時的體積變化率。

對于柴油,當(dāng)密度為0.83×103kg/時,溫度體積系數(shù)為0.00084/℃,當(dāng)溫度升高1℃時,體積變化率為0.84‰,若溫度變化10℃的話,將會引起0.84%的計量誤差。

對于噴氣燃料,當(dāng)密度為0.780×103kg/時,溫度體積系數(shù)為0.00098/℃,當(dāng)溫度升高1℃時,體積變化率為0.981‰,若溫度變化10℃的話,將會引起0.981%的計量誤差。

對于汽油,當(dāng)密度為0.710×103kg/時,溫度體積系數(shù)為0.00123/℃,當(dāng)溫度升高1℃時,體積變化率為1.232‰,若溫度變化10℃的話,將會引起1.232%的計量誤差。

從計算結(jié)果可看出,當(dāng)輸送汽油時,溫度對體積的影響很大,當(dāng)溫度變化10℃時,會引起1.232%的計量誤差,而一般流量計的計量度都可達(dá)到0.5%,只從提高儀表的精度出發(fā),而不考慮被測介質(zhì)溫度的變化是不準(zhǔn)確的,不能滿足計量交接的要求。溫度補(bǔ)償?shù)哪康木褪菍崪y油品的流量值轉(zhuǎn)換成可代計量交接的標(biāo)準(zhǔn)溫度條件(以20℃為基準(zhǔn))下的流量值。

通過在渦輪流量計內(nèi)置高精度的Pt1000熱電偶,可測量輸送介質(zhì)的溫度,流量積算儀可以根據(jù)測得的溫度進(jìn)行(每間隔4s)溫度補(bǔ)償,從而提高計量準(zhǔn)確度。

2 渦輪流量計的標(biāo)定,確定流量計儀表系數(shù)及度分析

渦輪流量計屬于速度式流量計,在一定的流量范圍內(nèi),對一定的流體介質(zhì)粘度,渦輪的旋轉(zhuǎn)角速度與流體的流速成正比。渦輪流量計輸出的脈沖頻率與通過流計的流量成正比,其比例系數(shù)K稱為流量計的儀表系數(shù)。用公式表示為K=f/qv。式中f為渦輪流量計的脈沖頻率,qv為通過流量計的流量。

該流量計采用活塞式液體體積管進(jìn)行檢定。體積管型號為JHYG—150,流量范圍:0.56m3/h~560m3/h、準(zhǔn)確度為0.03%。試驗介質(zhì)為輕柴油。根據(jù)規(guī)程要求,在流量25m3/h~250m3/h的范圍內(nèi)進(jìn)行檢定,對每個檢定點進(jìn)行9次檢定,檢定時記錄每個檢定點的條件。

對不同流量工況下的檢定結(jié)果進(jìn)行分析,流量計的線性度、重復(fù)性、精度分別為0.152%、0.031%、0.158%。

設(shè)計完成后的DN150渦輪流量計進(jìn)行了140小時使用試驗,試驗表明,該流量計具有工作可靠、性能穩(wěn)定,展開撤收方便,操作簡單,讀數(shù)清晰、直觀的特點,并且與DNl50輸油管線系統(tǒng)具有良好的匹配性。其主要特點在于:

1)DN150渦輪流量計將整流器與流量計集成在一起,消除了流量計上游管件對流動狀態(tài)的影響,提高了計量精度,而且結(jié)構(gòu)緊湊,體積小、重量輕,與同流量、同額定壓力的容積式流量計相比,其重量只相當(dāng)于容積式流量計1/20。

2)DN150渦輪流量計采用了多段非線性修正,對非檢定點的儀表系數(shù)進(jìn)行插值運算,運算時對不同工況下采用不同的儀表系數(shù),提高了計量的準(zhǔn)確性。

3)DN150渦輪流量計內(nèi)置溫度傳感器,可以在線補(bǔ)償由于溫度引起的變化量,提高計量準(zhǔn)確度。