旋進漩渦流量計的應用與維護

馬喜林 李德濤 石祥華

摘要：旋進漩渦流量計在天然氣分公司生產(chǎn)裝置天然氣流量測量應用的較多，這是因為它能自動、準確地檢測介質(zhì)的溫度、壓力和流量值，并直接顯示標準狀態(tài)下的介質(zhì)體積的累積量，即可就地顯示各種參數(shù)又能遠傳輸出多種信號，因此在生產(chǎn)及外輸中起著至關重要的作用。其抗干擾能力強，測量準確度較高，無機械可動部件，安裝維護方便，運行費用低。針對流量計的結構、特點、安裝、常見故障分析及處理進行解析。

主題詞：工作原理、結構組成、安裝應用、故障處理

一、工作原理與結構組成

1、工作原理

旋進漩渦流量計是利用流體強迫振蕩原理而制成的一種漩渦進動型流量計。當流體進入流量計后，首先通過一組由固定螺旋形葉片組成的起旋器被強迫旋轉，形成一股具有旋進中心的渦流。流量計內(nèi)部管腔截面類似文丘里管，在收縮段由于節(jié)流作用，渦流的前進速度和渦旋速度都逐漸加強，在此區(qū)域內(nèi)的流體是一束沿著流量計軸線高速運動的漩渦流。當漩渦流體進入到擴散段時，因管內(nèi)腔突然擴大，流速急劇減少，一部分流體形成回流。在回流的作用下，流體的中心改為圍繞著流量計的軸線做螺旋狀進動，即所謂旋進。該旋進是貼近擴散段的壁面進行的，旋進頻率與流速成正比，因此測得漩渦流的漩渦進動頻率即可得知被測體積流量值。

即? ? ?Q=f/k

式中? ?Q—流體體積流量;

f—漩渦進動頻率;

k—旋進漩渦流量計的儀表常數(shù)。

儀表常數(shù)K僅與漩渦發(fā)生體結構參數(shù)有關，與流體的物理性質(zhì)和組分無關。

2、結構組成

旋進漩渦流量計結構緊湊，由傳感器和轉換器組成。傳感器包括表體、起旋器、消旋器和檢測元件等。

（1）表體? 通常由不銹鋼或鑄鋁合金制成，由入口段、收縮段、喉部、擴張段和出口段組成。

（2）起旋器? 具有特定角度的螺旋葉片，固定在表體收縮段前部，用以強迫流體產(chǎn)生漩渦流，由不銹鋼或合金鋼等耐磨材料制成。

（3）檢測元件? 由于旋進漩渦流量計所檢測的是貼近表體擴張段壁面的漩渦進動頻率，而不是漩渦分離頻率，所以其檢測元件一般采取接觸式檢測，貼近壁面安裝在靠近擴張段的喉部。檢測元件有熱敏、壓電、電容等幾種。

（4）消旋器? 用直葉片制成的輻射狀或網(wǎng)絡狀除旋整流器，固定在表體的出口段，其作用是減弱流體的漩渦狀況，使其能夠比較平順地流出去，從而避免和減少漩渦流對下游儀表性能的影響。

（5）轉換器

轉換器把檢測元件輸出信號經(jīng)過電路處理轉換為脈沖方波信號或4～20mA DC標準信號輸出。智能流量積算儀可以同時測量流體的壓力、溫度和漩渦頻率，計算實際流量。經(jīng)過微處理器做溫度、壓力補償后，轉換為標準狀態(tài)下的流體體積流量值，這對于氣體流量測量有很重要的意義。

智能旋進漩渦流量計，通過壓電傳感器檢測出漩渦進動頻率的大小。壓電傳感器檢測的微弱電荷信號經(jīng)前置放大器放大、濾波、整形等電路處理，剔除外來干擾信號，即可轉換成與流體流速成正比的脈沖信號，并同固定在表體上的溫度傳感器、壓力傳感器檢測到的溫度、壓力信號一起，送入智能流量積算儀進行運算處理，最終把測得的流體流量直接顯示于LCD屏上。

二、特點及應用

旋進漩渦流量計是一種常用的流量測量儀表，能自動、準確地檢測介質(zhì)的溫度、壓力和流量值，并直接顯示標準狀態(tài)下的介質(zhì)體積的累積量，既可以就地顯示各種參數(shù)又能遠傳輸出多種信號（如圖3所示）。旋進漩渦流量計通過制造漩流，測量整個漩渦的中心速度，所以測量準確度較高，并且抗干擾能力強，對儀表前后直管段的長度要求低。因此，在天然氣行業(yè)中得到了廣泛的應用。旋進漩渦流量計從原理上講能用于氣體和液體的測量，但因它的壓力損失較大，所以一般僅用于?150mm以下管道的氣體流量測量。

1、主要特點：

（1）內(nèi)置式壓力、溫度、流量傳感器，安全性能高，結構緊湊，外形美觀。

（2）就地顯示溫度、壓力、瞬時流量和累積流量。

（3）直接輸出與流量成正比的脈沖頻率信號，適用于總量測量。測量精度中等，大約在1～2級左右。

（4）管道內(nèi)沒有運動部件，無機械磨損，壓力損失較?。s為孔板流量計的1/4～1/2）。

（5）采用新型信號處理放大器和獨特的濾波技術，有效地剔除了壓力波動和管道振動所產(chǎn)生的干擾信號，提高了流量計的抗干擾能力，使小流量具有出色的穩(wěn)定性。

（6）結構簡單牢固，故障少，維護量小，安裝維護方便，費用較低。

（7）流量范圍度寬，可達10：1～20：1，甚至更大。

（8）特有時間顯示及實時數(shù)據(jù)存儲功能，無論什么情況，都能保證內(nèi)部數(shù)據(jù)不會丟失，可永久性保存。

（9）整機功耗極低，能憑內(nèi)電池長期供電運行，是理想的無需外電源就地顯示儀表。

（10）不適于管內(nèi)有較嚴重的旋轉流，以及管道產(chǎn)生振動的場合。

（11）防盜功能可靠，具有密碼保護，防止參數(shù)改動。

（12）表頭可180度隨意旋轉，安裝方便。

2、流量計的安裝

（1）盡量避開強振動環(huán)境。流量計對管道機械振動較敏感，特別是管道的橫向振動，會對漩渦的行程產(chǎn)生較大的影響，降低儀表測量準確度。

（2）流體中固體顆粒及雜質(zhì)容易使漩渦發(fā)生摩擦或沉淀、結垢，改變漩渦發(fā)生體的形狀和尺寸，影響到測量準確度，因此需在流量計前安裝過濾器以濾除雜質(zhì)。

（3）流量計應設置旁通管路，以便不斷流檢修和清洗傳感器。

（4）安裝時必須根據(jù)流量計前阻流件（如閥門、彎頭等）的形式確定直管段長度，以確保產(chǎn)生漩渦的必要流動條件。一般規(guī)定，上游側的直管段長度至少為3D，下游側的直管段至少為2D（D：旋進漩渦流量計的公稱通經(jīng)）。

（5）流量計允許安裝在水平、垂直和傾斜的管道上。但測量液體時，必須保證管道為滿管流動。在垂直管道上安裝時，流體流向必須是自下而上。測量氣、液兩相流時，最好垂直安裝。

（6）流量計與管道的連接，管道內(nèi)徑應與流量計的內(nèi)徑一致或略大。管道、流量計必須安裝同心，并防止密封墊片突出到管道中，否則會造成測量誤差。

（7）若要在流量計附近安裝溫度計和壓力計，則測溫點、測壓點均應安裝在流量計的下游5D～8D處。

（8）流量計接線時信號電纜應盡可能遠離電力電纜，信號傳輸采用三芯屏蔽線，并單獨穿在金屬套管內(nèi)敷設。電纜屏蔽層應遵循“一點接地”原則可靠接地，接地電阻應小于10Ω，并應在傳感器側接地。

3、注意事項及投運

（1）傳感器按流向標志可在垂直、水平或任意傾斜位置上安裝;當管線較長或距離振動源較近時，應在流量計的上、下游安裝支撐，以消除管線振動的影響;傳感器的安裝地點應有足夠的空間，以便于流量計的檢查和維修，并應滿足流量計的環(huán)境要求;應避免外界強磁場的干擾。

（2）在室外安裝使用時，應有遮蓋物，避免烈日曝曬與雨水浸蝕，影響儀表使用壽命;

管線試壓時，應注意智能型流量計所配置壓力傳感器的壓力測量范圍，以免過壓損壞壓力傳感器;應注意安裝應力的影響，安裝流量計上游和下游管道應同軸，否則會產(chǎn)生剪切應力。安裝流量計的位置應考慮密封墊片的厚度，或在下游側安裝一個彈性伸縮節(jié)。

（3）安裝流量計之前應先清除管道中的焊渣等雜物;投入運行時，應緩慢開啟流量計上、下游閥門，以免瞬間氣流過急而沖壞起旋器;當流量計需要有信號遠傳時，應嚴格按“電氣性能指標”要求接入外電源（8～24）VDC，嚴禁在信號輸出口直接接入220VAC或380VAC電源;用戶不得自行更改防爆系統(tǒng)的接線方式和任意擰動各個輸出引線接頭。

（4）流量計運行時，不允許隨意打開后蓋改動儀表參數(shù)，否則影響流量計的正常工作;定時檢查流量計法蘭處的泄漏情況。

四、常見故障分析及處理

1、無流量，有信號

流量計是否有振動。輕微振動的處理方法是外界機械采取抗振措施或內(nèi)部參數(shù)進行調(diào)整。嚴重振動的處理方法是除采取外界機械抗振措施外，最好的方法是移動安裝位置;是否有50Hz的工頻干擾。檢查接地是否良好，不要產(chǎn)生浮地現(xiàn)象。如無法排除，應更換穩(wěn)壓電源。流量計的功率一般為DC24V×20mA=0.5W;檢查接線是否接錯。組合型流量計一般不會錯，分體型流量計易出錯。主要檢查專用電纜是否接錯;輸出方式是否匹配;檢查附近是否有大功率用電設備所造成的電磁干擾;檢查放大器是否損壞。利用人體對50Hz的工頻干擾，用螺絲刀在壓電晶片接線處感應一下，如有信號，放大器完好，如沒用，放大器損壞;檢查電流輸出上位機與下位機連線是否有故障，接線盒是否進水。

2、有流量，無信號

檢查接線是否正確。重點檢查接線端子“+”、“-”極性;檢查電源是否完好，質(zhì)量是否符合要求。檢查轉換放大器是否損壞;檢查壓電晶片是否損壞;檢查發(fā)生體與殼體間的間隙是否堵死;檢查實際流量是否太小;檢查參數(shù)組態(tài)是否正確。

3、流量信號不穩(wěn)定

檢查是否是氣液、氣固、液固兩相流體;檢查工藝流量是否在非線性區(qū);檢查轉換放大器是否有故障;檢查壓電晶片是否有損壞;檢查發(fā)生體上是否有纖維雜物;檢查發(fā)生體與殼體間的間隙是否有卡堵;檢查參數(shù)設置是否有誤;檢查工藝管道是否符合工藝要求。檢查密封墊片是否同心。

4、流量計測量誤差較大

所有1～3問題的原因均是造成計量誤差大的原因;檢查參數(shù)設定是否有誤;氣體流量沒有溫度、壓力補償;直管段長度不足;儀表超過檢定周期;有兩相流或脈動流;管道有泄漏。

5、旋進旋渦流量計表頭顯示瞬時流量、壓力正常，溫度顯示與工作現(xiàn)場溫度不符

溫度示值為“-75C”或超過“100℃”。分析：溫度傳感器損壞。處理可更換傳感器。溫度示值超過或低于現(xiàn)場實際溫度，更換傳感器后，仍為該現(xiàn)象。分析：溫壓電路損壞。處理：可更換溫壓電路。

6、旋進旋渦流量計表頭無顯示

流量計無24V電源或電池供電。對流量計進行24V供電或更換流量計電池。流量計液晶板損壞。更換流量計液晶板。流量計主板損壞。更換流量計主板。電源接線有誤或斷線。查找并重新接線。

7、旋進旋渦流量計表頭顯示溫度、壓力正常，無瞬時流量顯示

4流量計選型過大，選型過大會造成流量計無流量顯示。一是調(diào)低流量計下限截止頻率（這樣流量計可以使用，但會造成流量計精度降低）。二是更換小規(guī)格流量計。前置放大器無電流輸入。流量計無電源供電，進行流量計24V外部電源或電池供電。前置放大器無頻率輸出?？筛鼡Q前置放大器。旋進旋渦流量計主板損壞?？筛鼡Q流量計主板。

五、結論

旋進漩渦流量計是一種常見且使用非常廣泛的流量測量儀表，有著眾多的優(yōu)點，其故障率低、靜密封點少、使用壽命長為其最顯著的優(yōu)點。作為一名儀表維修維護人員，具備對流量計的安裝、應用、常見故障的分析和排除能力是安全生產(chǎn)的保障。

作者簡介

馬喜林：男，大慶油田天然氣分公司生產(chǎn)維修大隊，儀表維修高級技師，中油集團技能專家，專長旋轉機械狀態(tài)監(jiān)測保護系統(tǒng)維修維護工作。 聯(lián)系電話：13089089661? ? 郵箱：dqmaxilin@163.com

李德濤：男，大慶油田天然氣分公司維修二廠，儀表維修高級技師，油田公司技能專家，專長常規(guī)檢測儀表維修維護作。 聯(lián)系電話：13936737487

石祥華：男，大慶油田天然氣分公司生產(chǎn)維修大隊，儀表維修高級技師，油田公司技能專家，專長常規(guī)檢測儀表、流量儀表維修維護工作。 聯(lián)系電話：13936840116