论文部分内容阅读
摘要：旋进漩涡流量计在天然气分公司生产装置天然气流量测量应用的较多，这是因为它能自动、准确地检测介质的温度、压力和流量值，并直接显示标准状态下的介质体积的累积量，即可就地显示各种参数又能远传输出多种信号，因此在生产及外输中起着至关重要的作用。其抗干扰能力强，测量准确度较高，无机械可动部件，安装维护方便，运行费用低。针对流量计的结构、特点、安装、常见故障分析及处理进行解析。
主题词：工作原理、结构组成、安装应用、故障处理
一、工作原理与结构组成
1、工作原理
旋进漩涡流量计是利用流体强迫振荡原理而制成的一种漩涡进动型流量计。当流体进入流量计后，首先通过一组由固定螺旋形叶片组成的起旋器被强迫旋转，形成一股具有旋进中心的涡流。流量计内部管腔截面类似文丘里管，在收缩段由于节流作用，涡流的前进速度和涡旋速度都逐渐加强，在此区域内的流体是一束沿着流量计轴线高速运动的漩涡流。当漩涡流体进入到扩散段时，因管内腔突然扩大，流速急剧减少，一部分流体形成回流。在回流的作用下，流体的中心改为围绕着流量计的轴线做螺旋状进动，即所谓旋进。该旋进是贴近扩散段的壁面进行的，旋进频率与流速成正比，因此测得漩涡流的漩涡进动频率即可得知被测体积流量值。
即 Q=f/k
式中 Q—流体体积流量;
f—漩涡进动频率;
k—旋进漩涡流量计的仪表常数。
仪表常数K仅与漩涡发生体结构参数有关，与流体的物理性质和组分无关。
2、结构组成
旋进漩涡流量计结构紧凑，由传感器和转换器组成。传感器包括表体、起旋器、消旋器和检测元件等。
（1）表体 通常由不锈钢或铸铝合金制成，由入口段、收缩段、喉部、扩张段和出口段组成。
（2）起旋器 具有特定角度的螺旋叶片，固定在表体收缩段前部，用以强迫流体产生漩涡流，由不锈钢或合金钢等耐磨材料制成。
（3）检测元件 由于旋进漩涡流量计所检测的是贴近表体扩张段壁面的漩涡进动频率，而不是漩涡分离频率，所以其检测元件一般采取接触式检测，贴近壁面安装在靠近扩张段的喉部。检测元件有热敏、压电、电容等几种。
（4）消旋器 用直叶片制成的辐射状或网络状除旋整流器，固定在表体的出口段，其作用是减弱流体的漩涡状况，使其能够比较平顺地流出去，从而避免和减少漩涡流对下游仪表性能的影响。
（5）转换器
转换器把检测元件输出信号经过电路处理转换为脉冲方波信号或4～20mA DC标准信号输出。智能流量积算仪可以同时测量流体的压力、温度和漩涡频率，计算实际流量。经过微处理器做温度、压力补偿后，转换为标准状态下的流体体积流量值，这对于气体流量测量有很重要的意义。
智能旋进漩涡流量计，通过压电传感器检测出漩涡进动频率的大小。压电传感器检测的微弱电荷信号经前置放大器放大、滤波、整形等电路处理，剔除外来干扰信号，即可转换成与流体流速成正比的脉冲信号，并同固定在表体上的温度传感器、压力传感器检测到的温度、压力信号一起，送入智能流量积算仪进行运算处理，最终把测得的流体流量直接显示于LCD屏上。
二、特点及应用
旋进漩涡流量计是一种常用的流量测量仪表，能自动、准确地检测介质的温度、压力和流量值，并直接显示标准状态下的介质体积的累积量，既可以就地显示各种参数又能远传输出多种信号（如图3所示）。旋进漩涡流量计通过制造漩流，测量整个漩涡的中心速度，所以测量准确度较高，并且抗干扰能力强，对仪表前后直管段的长度要求低。因此，在天然气行业中得到了广泛的应用。旋进漩涡流量计从原理上讲能用于气体和液体的测量，但因它的压力损失较大，所以一般仅用于?150mm以下管道的气体流量测量。
1、主要特点：
（1）内置式压力、温度、流量传感器，安全性能高，结构紧凑，外形美观。
（2）就地显示温度、压力、瞬时流量和累积流量。
（3）直接输出与流量成正比的脉冲频率信号，适用于总量测量。测量精度中等，大约在1～2级左右。
（4）管道内没有运动部件，无机械磨损，压力损失较小（约为孔板流量计的1/4～1/2）。
（5）采用新型信号处理放大器和独特的滤波技术，有效地剔除了压力波动和管道振动所产生的干扰信号，提高了流量计的抗干扰能力，使小流量具有出色的稳定性。
（6）结构简单牢固，故障少，维护量小，安装维护方便，费用较低。
（7）流量范围度宽，可达10：1～20：1，甚至更大。
（8）特有时间显示及实时数据存储功能，无论什么情况，都能保证内部数据不会丢失，可永久性保存。
（9）整机功耗极低，能凭内电池长期供电运行，是理想的无需外电源就地显示仪表。
（10）不适于管内有较严重的旋转流，以及管道产生振动的场合。
（11）防盗功能可靠，具有密码保护，防止参数改动。
（12）表头可180度随意旋转，安装方便。
2、流量计的安装
（1）尽量避开强振动环境。流量计对管道机械振动较敏感，特别是管道的横向振动，会对漩涡的行程产生较大的影响，降低仪表测量准确度。
（2）流体中固体颗粒及杂质容易使漩涡发生摩擦或沉淀、结垢，改变漩涡发生体的形状和尺寸，影响到测量准确度，因此需在流量计前安装过滤器以滤除杂质。
（3）流量计应设置旁通管路，以便不断流检修和清洗传感器。
（4）安装时必须根据流量计前阻流件（如阀门、弯头等）的形式確定直管段长度，以确保产生漩涡的必要流动条件。一般规定，上游侧的直管段长度至少为3D，下游侧的直管段至少为2D（D：旋进漩涡流量计的公称通经）。 （5）流量计允许安装在水平、垂直和倾斜的管道上。但测量液体时，必须保证管道为满管流动。在垂直管道上安装时，流体流向必须是自下而上。测量气、液两相流时，最好垂直安装。
（6）流量计与管道的连接，管道内径应与流量计的内径一致或略大。管道、流量计必须安装同心，并防止密封垫片突出到管道中，否则会造成测量误差。
（7）若要在流量计附近安装温度计和压力计，则测温点、测压点均应安装在流量计的下游5D～8D处。
（8）流量计接线时信号电缆应尽可能远离电力电缆，信号传输采用三芯屏蔽线，并单独穿在金属套管内敷设。电缆屏蔽层应遵循“一点接地”原则可靠接地，接地电阻应小于10Ω，并应在传感器侧接地。
3、注意事项及投运
（1）传感器按流向标志可在垂直、水平或任意倾斜位置上安装;当管线较长或距离振动源较近时，应在流量计的上、下游安装支撑，以消除管线振动的影响;传感器的安装地点应有足够的空间，以便于流量计的检查和维修，并应满足流量计的环境要求;应避免外界强磁场的干扰。
（2）在室外安装使用时，应有遮盖物，避免烈日曝晒与雨水浸蚀，影响仪表使用寿命;
管线试压时，应注意智能型流量计所配置压力传感器的压力测量范围，以免过压损坏压力传感器;应注意安装应力的影响，安装流量计上游和下游管道应同轴，否则会产生剪切应力。安装流量计的位置应考虑密封垫片的厚度，或在下游侧安装一个弹性伸缩节。
（3）安装流量计之前应先清除管道中的焊渣等杂物;投入运行时，应缓慢开启流量计上、下游阀门，以免瞬间气流过急而冲坏起旋器;当流量计需要有信号远传时，应严格按“电气性能指标”要求接入外电源（8～24）VDC，严禁在信号输出口直接接入220VAC或380VAC电源;用户不得自行更改防爆系统的接线方式和任意拧动各个输出引线接头。
（4）流量计运行时，不允许随意打开后盖改动仪表参数，否则影响流量计的正常工作;定时检查流量计法兰处的泄漏情况。
四、常见故障分析及处理
1、无流量，有信号
流量计是否有振动。轻微振动的处理方法是外界机械采取抗振措施或内部参数进行调整。严重振动的处理方法是除采取外界机械抗振措施外，最好的方法是移动安装位置;是否有50Hz的工频干扰。检查接地是否良好，不要产生浮地现象。如无法排除，应更换稳压电源。流量计的功率一般为DC24V×20mA=0.5W;检查接线是否接错。组合型流量计一般不会错，分体型流量计易出错。主要检查专用电缆是否接错;输出方式是否匹配;检查附近是否有大功率用电设备所造成的电磁干扰;检查放大器是否损坏。利用人体对50Hz的工频干扰，用螺丝刀在压电晶片接线处感应一下，如有信号，放大器完好，如没用，放大器损坏;检查电流输出上位机与下位机连线是否有故障，接线盒是否进水。
2、有流量，无信号
检查接线是否正确。重点检查接线端子“+”、“-”极性;检查电源是否完好，质量是否符合要求。检查转换放大器是否损坏;检查压电晶片是否损坏;检查发生体与壳体间的间隙是否堵死;检查实际流量是否太小;检查参数组态是否正确。
3、流量信号不稳定
检查是否是气液、气固、液固两相流体;检查工艺流量是否在非线性区;检查转换放大器是否有故障;检查压电晶片是否有损坏;检查发生体上是否有纤维杂物;检查发生体与壳体间的间隙是否有卡堵;检查参数设置是否有误;检查工艺管道是否符合工艺要求。检查密封垫片是否同心。
4、流量计测量误差较大
所有1～3问题的原因均是造成计量误差大的原因;检查参数设定是否有误;气体流量没有温度、压力补偿;直管段长度不足;仪表超过检定周期;有两相流或脉动流;管道有泄漏。
5、旋进旋涡流量计表头显示瞬时流量、压力正常，温度显示与工作现场温度不符
温度示值为“-75C”或超过“100℃”。分析：温度传感器损坏。处理可更换传感器。温度示值超过或低于现场实际温度，更换传感器后，仍为该现象。分析：温压电路损坏。处理：可更换温压电路。
6、旋进旋涡流量计表头无显示
流量计无24V电源或电池供电。对流量计进行24V供电或更换流量计电池。流量计液晶板损坏。更换流量计液晶板。流量计主板损坏。更换流量计主板。电源接线有误或断线。查找并重新接线。
7、旋进旋涡流量计表头显示温度、压力正常，无瞬时流量显示
4流量计选型过大，选型过大会造成流量计无流量显示。一是调低流量计下限截止频率（这样流量计可以使用，但会造成流量计精度降低）。二是更换小规格流量计。前置放大器无电流输入。流量计无电源供电，进行流量计24V外部电源或电池供电。前置放大器无频率输出。可更换前置放大器。旋进旋涡流量计主板损坏。可更换流量计主板。
五、结论
旋进漩涡流量计是一种常见且使用非常广泛的流量测量仪表，有着众多的优点，其故障率低、静密封点少、使用寿命长为其最显著的优点。作为一名仪表维修维护人员，具备对流量计的安装、应用、常见故障的分析和排除能力是安全生产的保障。
作者简介
马喜林：男，大庆油田天然气分公司生产维修大队，仪表维修高级技师，中油集团技能专家，专长旋转机械状态监测保护系统维修维护工作。 联系电话：13089089661 邮箱：[email protected]
李德涛：男，大庆油田天然气分公司维修二厂，仪表维修高级技师，油田公司技能专家，专长常规检测仪表维修维护作。 联系电话：13936737487
石祥华：男，大慶油田天然气分公司生产维修大队，仪表维修高级技师，油田公司技能专家，专长常规检测仪表、流量仪表维修维护工作。 联系电话：13936840116
主题词：工作原理、结构组成、安装应用、故障处理
一、工作原理与结构组成
1、工作原理
旋进漩涡流量计是利用流体强迫振荡原理而制成的一种漩涡进动型流量计。当流体进入流量计后，首先通过一组由固定螺旋形叶片组成的起旋器被强迫旋转，形成一股具有旋进中心的涡流。流量计内部管腔截面类似文丘里管，在收缩段由于节流作用，涡流的前进速度和涡旋速度都逐渐加强，在此区域内的流体是一束沿着流量计轴线高速运动的漩涡流。当漩涡流体进入到扩散段时，因管内腔突然扩大，流速急剧减少，一部分流体形成回流。在回流的作用下，流体的中心改为围绕着流量计的轴线做螺旋状进动，即所谓旋进。该旋进是贴近扩散段的壁面进行的，旋进频率与流速成正比，因此测得漩涡流的漩涡进动频率即可得知被测体积流量值。
即 Q=f/k
式中 Q—流体体积流量;
f—漩涡进动频率;
k—旋进漩涡流量计的仪表常数。
仪表常数K仅与漩涡发生体结构参数有关，与流体的物理性质和组分无关。
2、结构组成
旋进漩涡流量计结构紧凑，由传感器和转换器组成。传感器包括表体、起旋器、消旋器和检测元件等。
（1）表体 通常由不锈钢或铸铝合金制成，由入口段、收缩段、喉部、扩张段和出口段组成。
（2）起旋器 具有特定角度的螺旋叶片，固定在表体收缩段前部，用以强迫流体产生漩涡流，由不锈钢或合金钢等耐磨材料制成。
（3）检测元件 由于旋进漩涡流量计所检测的是贴近表体扩张段壁面的漩涡进动频率，而不是漩涡分离频率，所以其检测元件一般采取接触式检测，贴近壁面安装在靠近扩张段的喉部。检测元件有热敏、压电、电容等几种。
（4）消旋器 用直叶片制成的辐射状或网络状除旋整流器，固定在表体的出口段，其作用是减弱流体的漩涡状况，使其能够比较平顺地流出去，从而避免和减少漩涡流对下游仪表性能的影响。
（5）转换器
转换器把检测元件输出信号经过电路处理转换为脉冲方波信号或4～20mA DC标准信号输出。智能流量积算仪可以同时测量流体的压力、温度和漩涡频率，计算实际流量。经过微处理器做温度、压力补偿后，转换为标准状态下的流体体积流量值，这对于气体流量测量有很重要的意义。
智能旋进漩涡流量计，通过压电传感器检测出漩涡进动频率的大小。压电传感器检测的微弱电荷信号经前置放大器放大、滤波、整形等电路处理，剔除外来干扰信号，即可转换成与流体流速成正比的脉冲信号，并同固定在表体上的温度传感器、压力传感器检测到的温度、压力信号一起，送入智能流量积算仪进行运算处理，最终把测得的流体流量直接显示于LCD屏上。
二、特点及应用
旋进漩涡流量计是一种常用的流量测量仪表，能自动、准确地检测介质的温度、压力和流量值，并直接显示标准状态下的介质体积的累积量，既可以就地显示各种参数又能远传输出多种信号（如图3所示）。旋进漩涡流量计通过制造漩流，测量整个漩涡的中心速度，所以测量准确度较高，并且抗干扰能力强，对仪表前后直管段的长度要求低。因此，在天然气行业中得到了广泛的应用。旋进漩涡流量计从原理上讲能用于气体和液体的测量，但因它的压力损失较大，所以一般仅用于?150mm以下管道的气体流量测量。
1、主要特点：
（1）内置式压力、温度、流量传感器，安全性能高，结构紧凑，外形美观。
（2）就地显示温度、压力、瞬时流量和累积流量。
（3）直接输出与流量成正比的脉冲频率信号，适用于总量测量。测量精度中等，大约在1～2级左右。
（4）管道内没有运动部件，无机械磨损，压力损失较小（约为孔板流量计的1/4～1/2）。
（5）采用新型信号处理放大器和独特的滤波技术，有效地剔除了压力波动和管道振动所产生的干扰信号，提高了流量计的抗干扰能力，使小流量具有出色的稳定性。
（6）结构简单牢固，故障少，维护量小，安装维护方便，费用较低。
（7）流量范围度宽，可达10：1～20：1，甚至更大。
（8）特有时间显示及实时数据存储功能，无论什么情况，都能保证内部数据不会丢失，可永久性保存。
（9）整机功耗极低，能凭内电池长期供电运行，是理想的无需外电源就地显示仪表。
（10）不适于管内有较严重的旋转流，以及管道产生振动的场合。
（11）防盗功能可靠，具有密码保护，防止参数改动。
（12）表头可180度随意旋转，安装方便。
2、流量计的安装
（1）尽量避开强振动环境。流量计对管道机械振动较敏感，特别是管道的横向振动，会对漩涡的行程产生较大的影响，降低仪表测量准确度。
（2）流体中固体颗粒及杂质容易使漩涡发生摩擦或沉淀、结垢，改变漩涡发生体的形状和尺寸，影响到测量准确度，因此需在流量计前安装过滤器以滤除杂质。
（3）流量计应设置旁通管路，以便不断流检修和清洗传感器。
（4）安装时必须根据流量计前阻流件（如阀门、弯头等）的形式確定直管段长度，以确保产生漩涡的必要流动条件。一般规定，上游侧的直管段长度至少为3D，下游侧的直管段至少为2D（D：旋进漩涡流量计的公称通经）。 （5）流量计允许安装在水平、垂直和倾斜的管道上。但测量液体时，必须保证管道为满管流动。在垂直管道上安装时，流体流向必须是自下而上。测量气、液两相流时，最好垂直安装。
（6）流量计与管道的连接，管道内径应与流量计的内径一致或略大。管道、流量计必须安装同心，并防止密封垫片突出到管道中，否则会造成测量误差。
（7）若要在流量计附近安装温度计和压力计，则测温点、测压点均应安装在流量计的下游5D～8D处。
（8）流量计接线时信号电缆应尽可能远离电力电缆，信号传输采用三芯屏蔽线，并单独穿在金属套管内敷设。电缆屏蔽层应遵循“一点接地”原则可靠接地，接地电阻应小于10Ω，并应在传感器侧接地。
3、注意事项及投运
（1）传感器按流向标志可在垂直、水平或任意倾斜位置上安装;当管线较长或距离振动源较近时，应在流量计的上、下游安装支撑，以消除管线振动的影响;传感器的安装地点应有足够的空间，以便于流量计的检查和维修，并应满足流量计的环境要求;应避免外界强磁场的干扰。
（2）在室外安装使用时，应有遮盖物，避免烈日曝晒与雨水浸蚀，影响仪表使用寿命;
管线试压时，应注意智能型流量计所配置压力传感器的压力测量范围，以免过压损坏压力传感器;应注意安装应力的影响，安装流量计上游和下游管道应同轴，否则会产生剪切应力。安装流量计的位置应考虑密封垫片的厚度，或在下游侧安装一个弹性伸缩节。
（3）安装流量计之前应先清除管道中的焊渣等杂物;投入运行时，应缓慢开启流量计上、下游阀门，以免瞬间气流过急而冲坏起旋器;当流量计需要有信号远传时，应严格按“电气性能指标”要求接入外电源（8～24）VDC，严禁在信号输出口直接接入220VAC或380VAC电源;用户不得自行更改防爆系统的接线方式和任意拧动各个输出引线接头。
（4）流量计运行时，不允许随意打开后盖改动仪表参数，否则影响流量计的正常工作;定时检查流量计法兰处的泄漏情况。
四、常见故障分析及处理
1、无流量，有信号
流量计是否有振动。轻微振动的处理方法是外界机械采取抗振措施或内部参数进行调整。严重振动的处理方法是除采取外界机械抗振措施外，最好的方法是移动安装位置;是否有50Hz的工频干扰。检查接地是否良好，不要产生浮地现象。如无法排除，应更换稳压电源。流量计的功率一般为DC24V×20mA=0.5W;检查接线是否接错。组合型流量计一般不会错，分体型流量计易出错。主要检查专用电缆是否接错;输出方式是否匹配;检查附近是否有大功率用电设备所造成的电磁干扰;检查放大器是否损坏。利用人体对50Hz的工频干扰，用螺丝刀在压电晶片接线处感应一下，如有信号，放大器完好，如没用，放大器损坏;检查电流输出上位机与下位机连线是否有故障，接线盒是否进水。
2、有流量，无信号
检查接线是否正确。重点检查接线端子“+”、“-”极性;检查电源是否完好，质量是否符合要求。检查转换放大器是否损坏;检查压电晶片是否损坏;检查发生体与壳体间的间隙是否堵死;检查实际流量是否太小;检查参数组态是否正确。
3、流量信号不稳定
检查是否是气液、气固、液固两相流体;检查工艺流量是否在非线性区;检查转换放大器是否有故障;检查压电晶片是否有损坏;检查发生体上是否有纤维杂物;检查发生体与壳体间的间隙是否有卡堵;检查参数设置是否有误;检查工艺管道是否符合工艺要求。检查密封垫片是否同心。
4、流量计测量误差较大
所有1～3问题的原因均是造成计量误差大的原因;检查参数设定是否有误;气体流量没有温度、压力补偿;直管段长度不足;仪表超过检定周期;有两相流或脉动流;管道有泄漏。
5、旋进旋涡流量计表头显示瞬时流量、压力正常，温度显示与工作现场温度不符
温度示值为“-75C”或超过“100℃”。分析：温度传感器损坏。处理可更换传感器。温度示值超过或低于现场实际温度，更换传感器后，仍为该现象。分析：温压电路损坏。处理：可更换温压电路。
6、旋进旋涡流量计表头无显示
流量计无24V电源或电池供电。对流量计进行24V供电或更换流量计电池。流量计液晶板损坏。更换流量计液晶板。流量计主板损坏。更换流量计主板。电源接线有误或断线。查找并重新接线。
7、旋进旋涡流量计表头显示温度、压力正常，无瞬时流量显示
4流量计选型过大，选型过大会造成流量计无流量显示。一是调低流量计下限截止频率（这样流量计可以使用，但会造成流量计精度降低）。二是更换小规格流量计。前置放大器无电流输入。流量计无电源供电，进行流量计24V外部电源或电池供电。前置放大器无频率输出。可更换前置放大器。旋进旋涡流量计主板损坏。可更换流量计主板。
五、结论
旋进漩涡流量计是一种常见且使用非常广泛的流量测量仪表，有着众多的优点，其故障率低、静密封点少、使用寿命长为其最显著的优点。作为一名仪表维修维护人员，具备对流量计的安装、应用、常见故障的分析和排除能力是安全生产的保障。
作者简介
马喜林：男，大庆油田天然气分公司生产维修大队，仪表维修高级技师，中油集团技能专家，专长旋转机械状态监测保护系统维修维护工作。 联系电话：13089089661 邮箱：[email protected]
李德涛：男，大庆油田天然气分公司维修二厂，仪表维修高级技师，油田公司技能专家，专长常规检测仪表维修维护作。 联系电话：13936737487
石祥华：男，大慶油田天然气分公司生产维修大队，仪表维修高级技师，油田公司技能专家，专长常规检测仪表、流量仪表维修维护工作。 联系电话：13936840116