天然气旋进漩涡流量计

江苏奥科仪表有限公司

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天然气旋进漩涡流量计概述：

天然气旋进旋涡流量计是我公司开发研制的具有国内ling先水平的新型气体流量仪表。该流量计集流量、温度、压力检测功能于一体，并能进行温度、压力、压缩因子自动补偿，是石油、化工、电力、冶金等行业用于气体计量的理想仪表。

二、 结构与工作原理

2.1流量计的主要结构       

流量计由以下七个基本部件组成（图1）：  

                                     

1.旋涡发生体

用铝合金制成，具有一定角度的螺旋叶片，它固定在壳体收缩段前部，强迫流体产生强烈的漩涡流。

⒉ 壳体

本身带有法兰，并有一定形状的流体通道，根据不同的工作压力，壳体材料可采用铸铝合金或不锈钢。          (图1)

⒊ 智能流量计积算仪（原理见图3）                   

由温度、压力检测模拟通道、流量检测数字通道以及微处理单元、液晶驱动电路和其它辅助电路组成，并配有外输信号接口。               

4. 温度传感器

以Pt100铂电阻为温度敏感元件，在一定温度范围内，其电阻值与温度成对应关系。

5. 压力传感器

以压阻式扩散硅桥路为敏感元件，其桥臂电阻在外界压力作用下会发生预期变化，因此在一定激励电流作用下，其两个输出端的电位差与外界压力成正比。

6. 压电晶体传感器

安装在靠近壳体扩张段的喉部，可检测出漩涡进动的频率信号。

⒎ 消旋器

固定在壳体出口段，其作用是消除旋涡流，以减小对下游仪表性能的影响。

通道以及微处理器单元组成，并配有外输出信号接口，输出各种信号。流量计中的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：

  

式中：

QN               ——标况下的体积流量(m3/h)；

QV               ——工况下的体积流量(m3/h；

Pa ——当地大气压力（KPa）；

P ——流量计取压孔测量的表压（KPa）；

PN  ——标准状态下的大气压力（101.325 KPa）；

TN  ——标准状态下的绝对温度（293.15K）；

T ——被测流体的绝对温度（K）；

ZN  ——气体在标况下的压缩系数；

Z   ——气体在工况下的压缩系数；

注：当用钟罩或负压标定时取ZN/Z=1，对天然气(ZN/Z)1/2=FZ为超压缩因子。按中国石油天然气总公司的标准SY／T6143－1996中的公式计算。 

三、主要技术参数与功能

3.1流量计规格、基本参数和性能指标（见表1）

（表1）

公称通径DN（mm）	类型*	流量范围 (m3/ h)	工作压力（MPa）	精确度等级	重复性
15		1.0-10	1.6 2.5 4.0 6.3 10 16 20 25 60	1.0 1.5	小于基本误差限绝对值的1/3
20		1.5-15
25		3.0-30
32		6.0-60
40		7.0-70
50	A型	12-150
	B型	2.5～75
80	A型	40-450
	B型	10～200
100	A型	80-900
	B型	30～600
150	A型	150～1800
	B型	40～900
200		240～3600	1.6;2.5;4.0

注：1.准确度：为温度、压力修正后的系统精度；

    2. A、B用以区别相同通径不同流量范围。

3.2标准状态条件：P=101.325KPa，T=293.15K

3.3使用条件：

环境温度：-30℃～ 65℃

相对湿度：5%～95%

介质温度：-20℃～ 80℃

大气压力：86KPa～106KPa

3.4电气性能指标

3.4.1工作电源：

A．外电源：＋24VDC±15%，纹波＜5％，适用于4～20mA输出、脉冲输出、报警输出、RS-485等；

B．内电源：1组3.6V锂电池（ER26500），当电压低于3.0V时，出现欠压指示。 

3.4.2整机功耗：

A．外电源：<2W;

B．内电源：平均功耗1mW，可连续使用两年以上。

3.4.3脉冲输出方式：

A．工况脉冲信号，直接将流量传感器检测的工况脉冲信号经光耦隔离放大输出，高电平≥20V，低电平≤1V；

B．  定标脉冲信号，与IC卡阀门控制器配套，高电平幅度≥2.8V，低电平幅度≤0.2V，                 单位脉冲代表体积量可设定范围：0.001m3~100m3。单选择该值时必须注意：定标脉 冲信号频率应≤900Hz。

C． 定标脉冲信号，经光耦隔离放大输出，高电平≥20V，低电平≤1V。

3.4.4  RS－485通信（光电隔离），可实现以下功能：

A．采用RS－485接口，可直接与上位机或二次表联网，远传显示介质的温度、压力和经温度、压力补偿后的标准体积流量和标准体积总量；

B．由RS－485接口与HW－Ⅰ数据采集器配套，可组成网络通信系统，一台数据采集器可带15台流量计；

C．由RS－485接口与HW－Ⅱ数据采集器配套，可组成宽带网络通信系统，由INTERNET传输数据，一台数据采集器可带8台流量计。

3.4.5  4～20mA标准电流信号（光电隔离）

       与标准体积流量成正比，4mA对应0 m3/h， 20 mA对应zui大标准体积流量（该值可在一级菜单中进行设置），制式：两线制或三线制，流量计可根据所插电流模块自动识别，并正确输出。

3.4.6控制信号输出：

A．下限报警信号（LP）：光电隔离，高低电平报警，报警电平可设定，工作电压＋12V~ 24V，zui大负载电流50mA；

B．上限报警信号（UP）：光电隔离，高低电平报警，报警电平可设定，工作电压＋12V~ 24V，zui大负载电流50mA；

C．关阀报警输出（BC端，IC卡控制器用）：逻辑门电路输出，正常输出低电平，幅度≤0.2V；报警输出高电平，幅度≥2.8V,负载电阻≥100kΩ；

D．电池欠压报警输出（BL端，IC卡控制器用）：逻辑门电路输出，正常输出低电平，幅度≤0.2V；报警输出高电平，幅度≥2.8V,负载电阻≥100kΩ；

3.5实时数据存储功能

3.5.1流量计为了适应数据管理方面的需要，增加了实时数据存储功能，由设定选择以下三者之一：

A．起停记录：zui近的1200次起停时间、总量、净流量记录。出厂默认项。对应通信协议由公司另外提供）；

B．日记录：zui近920天的日期、零点时刻的温度、压力、标准体积流量和总量记录。

C．定时间间隔记录：1200条定时间间隔的日期时间、温度、压力、标准体积流量和总量记录。

3.5.2通过电脑可读取上述存储数据，形成数据报表、曲线图供分析。

3.6网络通信管理软件功能

流量计与数据采集器配套，可通过线或宽带网进行通信，对网络中的每台流量计的历史数据及参数进行读取与设置，同时通信管理软件可实现完善的管理功能。

3.7防爆标志：ExdIIBT4;ExiaIICT4

3.8防护等级：IP65

3.9压力损失

流量计实际压力损失计算公式如下：

式中：

ΔP1——流量计实际压力损失（KPa）；

ρ  ——被测介质密度（kg/m3）

ΔP ——介质为干空气时流量计的压力损失(KPa),其特性曲线见下图

3.10接线口：出线接口为M20×1.5内螺纹。

四、选型与安装

4.1流量计选型

在选型过程中应把握两条原则；即：一要保证生产安全，二要保证使用精度。为此必须落实三个选型参数，即近期和远期的zui大、zui小及常用流量(主要用于选定仪表公称通径)、被测介质的设计压力(主要用于选定仪表的公称压力等级)、实际工作压力(主要用于选定仪表压力传感器的压力等级)。

a. 当已知被测流量为工况体积流量时，可直接按表中的流量范围选取适配的公称通径；

b. 当已知被测流量为标况条件下的体积流量时，应先将标况体积流量QN换算为工况体积流量Qv，再按技术参数表中的流量范围选取相应的公称通径；

c. 当两种口径流量计均能覆盖zui低和zui高体积流量时，在压损允许下，应尽量选小口径；

d.勿使实际zui小流量Qmin低于所选公称通径流量计的流量下限；

e.流量范围、公称压力有特殊要求时可协议订货。

选型计算公式如下：

式中：T、P、Pa含义同上，Q为体积流量，Qn为标准体积流量，Z/Zn数值列于表2.因计算步长较大，表内数据仅供参考，表中数据按天然气真实相对密度Gr=0.600，氮气和二氧化碳摩尔分数均为0.00计算。当介质压力低于0.1MPa，均可按Z/Zn＝1估算。                         

当介质压力为0.8MPa，温度为40℃，天然气的压缩因子影响zui小，此时当处于供气峰期时，具有zui大体积流量；而当介质压力为1.2MPa，温度为－10℃，压缩因子影响zui大，此时当处于供气谷期时，具有zui小体积流量。

表压P=0.8MPa,温度T＝40℃,按SY／故zui高体积流量为

当表压P=1.2MPa，温度T=-10℃时，可求得Zn/Z＝1.0355，故zui小体积流量为：

再由表1查得“流量计口径为200mm，即选取HW－200B型流量计。

4.3流量计外形尺寸及安装外形尺寸图

流量计的外形尺寸如图所示，图中未注尺寸列于表1中，流量计采用法兰连接方式，法兰尺寸执行GB/T9112～9113-2000标准。

表3   

公称通径 DN(mm)	公称压力 (MPa)	外形尺寸（mm）		表体材质		重量 (kg)
		表体长度A	高度H	不锈钢	铝合金
15/20	1.6/2.5/4.0	160	360	√	√	6
	6.3/10/16	160	365	√		8
25	1.6/2.5/4.0	180	367	√	√	7
	6.3/10/16	180	378	√		10
32	1.6/2.5/4.0	200	383	√	√	9
	6.3/10/16	200	402	√		12
40	1.6/2.5/4.0	200	383	√	√	9
	6.3/10/16	200	402	√		12
50	1.6/2.5/4.0	230	403	√		11
	6.3/10/16	230	421	√		14
80	1.6	330	438	√	√	11
	2.5/4.0	330	438	√		18
	6.3/10/16	330	446	√		21
100	1.6	410	468	√	√	14
	2.5/4.0	410	475	√		18
	6.3/10/16	410	483	√		33
150	1.6	585	542	√	√	21
	2.5/4.0	585	549	√		52
	6.3/10/16	585	572	√		72
200	1.6	700	618	√	√	41
	2.5	700	626	√		117
	4.0	700	634	√		127

                                                              单位：mm

法兰连接尺寸符合下列标准   1.6～4.0MPa(DN25～DN150) GB/T9113.1-2000 1.6、2.5MPa(DN200)       GB/T9113.1-2000 4.0MPa(DN200)            GB/T9119-2000 6.3MPa(DN25～DN150)      GB/T9115.2-20000

流量计的安装

流量计安装时，严禁在其进出口法兰处直接进行电焊，以免烧坏流量计内部零件。

对于新安装或检修后的管道务必进行清扫，去除管道中的杂物后方能安装流量计。

流量计应安装在便于维修、无强电磁场干扰、无强烈机械振动以及热辐射影响的场所；

流量计不宜用在流量频繁中断和有强烈脉动流或压力脉动的场合；

流量计室外安装时，上部应有遮盖物，以防雨水浸入和烈日曝晒影响流量计使用寿命；

l 流量计可任意角度安装，流体的流向应与流量计上标识的流向一致；

l 在管道施工中，应考虑安装伸缩管或波纹管，以免对流量计造成严重的拉伸或断裂；

l 流量计应与管道同轴安装，并防止密封片和黄油进入管道内腔；

l 采用外电源时，流量计必须有可靠接地，不得与强电系统共用地线，在管道安装或检修时，不得把电焊系统的地线与流量计搭接。

l 为了不影响流体正常输送和便于维护，要求按图4 所示安装旁通管道，并保证前≥3DN、后≥1DN的直管段；