浅谈涡轮流量计

一、简介
　　涡轮流量计以下简称为TUF的是叶轮式流量计和速度计的主要品种，叶轮式流量计还包括风速计，水表等。
　　在各种流量计中，TUF，正排量流量计和科里奥利质量流量计是三种具有最高重复性和精度的产品，TUF具有其自身的特点，如结构简单，加工零件少，重量轻，维护方便，流量大，同口径流量大，适应高温，高压，低温等高参数。到目前为止，这种流量计产品可以达到的技术参数：口径4-750mm，压力高达250MPa，温度-240-700℃，其他两种类型的流量计都很难达到这样的技术参数。
　　TUF广泛用于以下测量对象：石油，有机液体，无机液体，液化气，天然气，煤气和低温流体。它广泛用于外国液化石油气，成品油和轻质原油的中转站和贸易结算的大型原油管道的首站和末站。在欧洲和美国，TUF是仅次于孔板流量计的天然气测量第二名。仅在荷兰，天然气管道中就使用了2,600多种大小和压力从0.8MPa至6.5MPa的天然气TUF。它们已成为出色的天然气流量计。
　　尽管TUF的出色测量特性受到人们的青睐，但给人的印象是它是由可移动部件制成的，使用寿命很短。选择它时不可避免地要犹豫。经过人们的不懈努力，应该说情况发生了很大变化。
　　作为最通用的流量计，TUF已发展成为一个多品种，全系列，多规格的质量流量计生产规模。应当指出的是，除了上述在工业领域的大量应用外，TUF还被广泛用于某些特殊领域，例如科学研究和实验，国防科学技术和计量学。这些字段的使用只是避免了它的缺点，并且不适合长期连续使用。特点：精度高，重复性好，可在高压，高温，低温和微流量条件下使用。在这些领域中，大多数都是根据被测对象的特殊要求进行特殊的结构设计，它们是特殊的仪器并且不进行批量生产。 

二、工作原理

　　如图所示为涡轮流量计的结构。从图中可以看出，当被测流体流经传感器时，叶轮在流体的作用下旋转，其速度与管道的平均流速成正比。叶轮的旋转周期性地改变磁电。转换器的磁阻。检测线圈中的磁通量会定期变化以产生周期性的感应电势，即电脉冲信号，该信号会被放大器放大并发送到显示仪器进行显示。
TUF的实际流动方程为
qv=f/K(7.1)
qm=qvρ(7.2)
式中 qv,qm－分别为体积流量，m3/s，
质量流量，kg/s；
f－流量计输出信号的频率，Hz；
K－流量计的仪表系数，P/m3。
流量计的仪表系数与管道的流量或雷诺数之间的关系曲线

 
　　从图中可以看出，仪表系数可以分为线性部分和非线性部分两部分。线性部分约为工作部分的三分之二，其特性与传感器结构尺寸和流体粘度有关。在非线性部分，轴承摩擦和流体粘性阻力会极大地影响特性。当流速低于传感器流速的下限时，仪表系数随流速而迅速变化。压力损失与流量之间的关系约为平方。当流量超过流量上限时，应注意防止气蚀。具有相似结构的TUF特性曲线的形状相似，只是在系统误差级别上有所不同。
　　传感器的仪表系数由流量校准装置验证。它不询问传感器内部流体的流动机理。该传感器被视为黑匣子，其转换系数根据输入流量和输出频率脉冲信号确定。便于实际应用。但应注意，此转换系数表的系数是有条件的，其校准条件是参考条件。如果在使用过程中偏离此条件，系数将发生变化。更改取决于传感器类型，管道安装条件和流体物理参数。
 
三、主要特征
1、精度高，液体的精度通常为±0.25％R-±0.5％R，高精度型号的精度最高为±0.15％R；介质为气体，一般为±1％R-±1.5％R，特殊特殊类型为±0.5％R－±1％R。在所有流量计中，它是最准确的。
2、重复性好，短期重复性可以达到0.05％-0.2％，这恰恰是因为它的重复性好，例如经常校准或在线标定可以得到极高的精度，是行业结算中首选的流量计。
3、输出脉冲频率信号，适用于总测量和与计算机的连接，无零漂移，抗干扰能力强。
4、可以获得3-4kHz的非常高频率的信号，并且信号分辨率很强。
5、宽范围，中，大直径均可达到40：1-10：1，直径小为6：1或5：1。
6、结构紧凑，重量轻，安装和维护方便，循环容量大。
7、适用于高压测量，仪表主体上不需要孔，并且易于制造高压仪表。
8、特殊传感器的类型很多，可以设计为各种特殊传感器。根据用户的特殊需求，如低温型，双向型，井下型，混砂型等特殊传感器。
9、可以制成插入式，适用于大口径测量，压力损失低，价格低，流量连续去除且易于安装和维护。
10、很难长时间保持校准特性，并且定期校准是必需的。对于非润滑液体，液体中含有悬浮物或磨蚀性，这会引起轴承磨损和卡塞等问题，从而限制了其应用范围。使用耐磨硬质合金轴和轴承后，情况得到了改善。对于贸易储运和高精度测量要求，最好配备现场校准设备，可以对其进行定期校准以保持其特性。
11、除高粘度类型外，不适用于较高粘度的介质。随着粘度的增加，流量计的离线测量值会增加，量程会减小，线性度会变差。
12、流体的物理密度和粘度对仪器的特性有很大的影响。气体流量计易受密度影响，而液体流量计易受粘度变化的影响。由于密度和粘度与温度和压力密切相关，因此现场温度和压力的波动是不可避免的。为了保持较高的测量精度，必须根据其对精度的影响程度采取补偿措施。
13、流量计受输入流速分布和旋转流的变形的影响很大。传感器的上游和下游必须安装更长的直管段。如果安装空间有限，可以安装流量调节器整流器以缩短直管段的长度。
14、不适合测量脉动流和混合相流。
15、对被测介质清洁度的高要求限制了其应用领域。尽管可以安装过滤器以适应脏介质，但也会带来副作用，例如压力损失增加和维护增加。直径小于DN50的小仪器的流动特性会受到物理性能的严重影响，因此很难提高TUF小直径仪器的性能。

四、选择注意事项
1、精度
　　通常来说，选择TUF主要是因为其精度高。目前，TUF的精度大致是流动的：国际市场为±0.15％R，±0.2％R，±0.5％R和±1％R，国内最终产品的精度为±0.5％R和±1 ％R;气体：国际市场R为±0.5％R和±1％R，而国内为±1％R和±1.5％R。以上精度是指6：1或10：1的范围。涡轮流量传感器的一些典型参数如表1所示。精度不仅与自身产品的质量有关，而且与使用条件也有密切关系。如果减小范围，则可以提高精度；特别是对于作为标准流量计方法流量标准设备的标准流量计，如果在固定点使用它，则可以大大提高精度。 
 
2、流量范围的选择流量计的精度越高，对现场使用条件的变化越敏感。为了保持其高精度，需要对仪表系数进行特殊处理。一种处理方法是所谓的仪器系数浮动处理方法。也就是说，实时处理是在以下条件下进行的：粘度受温度影响；粘度受温度影响。 b密度受压力和温度的影响；c传感器信号冗余一个传感器输出两个信号以监视比率； d系数的长期稳定性受控制。对于贸易存储和运输转移测量，通常会配备在线验证设备以进行定期验证。制造商手册中列出的仪器的准确度是基本误差，应在现场估算出其他误差，而现场误差应是两者的结合。
　　TUF流量范围的选择对其精度和使用寿命影响更大。通常，在工作期间，与最大流量相对应的速度不应太高。使用状态分为两种：连续工作和间歇工作。连续工作意味着每天的工作时间超过8小时，而间歇工作意味着每天的工作时间少于8小时。对于连续工作，应在仪器上限流量的较低位置选择最大流量，而在较高位置应选择间歇工作。通常，连续工作是将实际最大流量乘以1.4作为流量范围的上限流量，而对于间歇工作，则将其乘以1.3。
　　如果直径仪器的直径与过程管道的直径不一致，应使用变径管和等径直管对管道进行改造。
　　对于低流量的过程管道，最小流量变为选择仪器口径时的首要考虑因素。通常，实际最小流量乘以0.8作为流量范围的下限流量，以留出一定的余量。如果配备具有分段线性化功能的显示仪表，当传感器流量的下限值不能满足实际最小流量时，应要求制造商在实际最小流量及其附近进行流量检查，并且在显示屏中输入测得的仪表系数。通过这种方式，可以降低仪表流量的下限，并可以保持测量的准确性。

3、精度等级
必须谨慎对待仪器精度等级的要求，并应从经济角度考虑。例如，用于大口径石油和天然气管道的贸易结算工具在经济上具有重要意义，并且在工具上进行更多的投资具有成本效益。
至于传输量不大或作为过程控制制造仅需要中等水平的精度，并且避免盲目追求高精度。
本安型防爆传感器适用于安全栅型号和制造商，并检查了防爆等级和批准编号。如果要在标准状态下显示质量流量或体积流量，则需要选择压力，温度传感器或密度计。流量计计算机现在包含TUF指示器，该计算机基于可以与主机通信的微处理器。该仪器的功能和使用范围远远超出了旧的涡轮流量指示器。当前用作贸易测量的所有类型的流量计都倾向于配备直读显示设备。不仅具有总测量值的显示，还可以添加补偿器和完整的测量值。功能的流量计算机以输出远程传输信号。

4、流体要求
　　TUF的流体要求是清洁的或基本清洁的，单相或低粘度的。常用流体的示例如下：普通流体，包括水，空气，氧气，高压氢气，牛奶，咖啡等；石化产品：汽油，轻油，喷气燃料，轻柴油，石脑油，乙烯，聚乙烯，苯乙烯，液化气，二氧化碳和天然气；化学溶液：氨，甲醇，盐水等；有机液体：酒精，乙醚，苯，甲苯，二甲苯，丁二烯，四氯化碳，甲胺，丙烯腈等；无机液体：甲醛，乙酸，苛性钠，二硫化碳等。对于腐蚀性介质，应注意所用材料的选择，并且不建议使用杂质和磨料很多的介质。

5、液体粘度要求
　　液体TUF是粘度敏感型流量计。当液体的粘度增加时，计量系数的线性区域变窄，并且下限流量增加。当粘度增加到一定值时，甚至是无线区域。螺旋叶片比直叶片要好得多。
　　对于液体，传感器通常用水校准。当精度为0.5时，液体可以在5×10-6mm2 / s以下，而无需考虑粘度的影响。当流体粘度高于5×10-6mm2 / s时，可以使用相对粘稠的液体进行校准，而无需进行粘度校正。此外，可以采取一些措施来补偿粘度的影响。例如缩小使用范围，增加流量离线值或将仪表系数乘以雷诺数校正系数等。
　　粘度对仪表系数的影响与传感器有关结构类型和参数口径的大小。有几种表达粘度对仪表系数影响的方法：仪表系数与雷诺数之间的关系，仪表系数与输出频率之间的关系，仪表系数与输出频率之间的关系除以运动年的比率，依此类推。一些生产工厂已经准备好了这些材料，但并非所有生产工厂都准备了这些材料。

6、气体密度要求
　　Gas TUF主要考虑流体密度对流体密度的影响。表系数，密度的影响主要在低流量区域。密度的增加，即压力的增加，扩大了线性部分的下限流量区域的特性曲线，扩大了传感器的范围，并改善了线性度。如果在常压空气中使用气体TUF时被测介质的工作压力不同，则下限流速通过以下公式计算
qvmin，qvamin-是压力p和压力101.325kPa下被测介质和空气的体积流量的下限，m3/h; 
p，pa-是工作压力绝对压力和大气压101.325kPa ，分别为kPa； 
d-被测介质的相对密度，无量纲。

7、将体积流转换为质量流
　　TUF所测量的是实际值体积流量。无论物料平衡或能量测量如何，都必须测量介质流量，即标准条件下的体积流量。应通过以下公式进行转换在公式中，qv，qvn是工作状态和标准状态下的体积流量，m3/h；p，T，Z分别为工作条件下的绝对压力Pa，热力学温度K和气体压缩系数; pn，Tn，Zn-为标准条件下的绝对压力Pa，热力学温度K和气体压缩系数

8、不适用于涡轮流量计的地方
　　有很多杂质的液体，例如循环冷却水，河水，污水，燃料油等；流量快速变化的地方，例如锅炉供水系统，带气锤的空气供应系统等；测量液体时，管道压力不高且流速高如果仪器下游侧的压力接近饱和蒸气压，则有发生气蚀的危险。例如，液氨可以从高油箱位置自由流动，不适合安装在排出口；电焊机，电动机，带触点的继电器附近附近有电磁干扰严重的地方；上游和下游直管的长度严重不足，例如在船舶的机舱内；锅炉自动供水系统，如频繁抽水和停水，会影响叶轮并迅速损坏传感器。选择腐蚀性或磨蚀性介质时应小心，建议与制造商联系以进行咨询。

9、经济型
　　为高精度场合选择TUF时，其经济因素应以多种方式考虑。仪器的购买成本只是成本的一部分，还应考虑以下支出：安装辅助设备，如吸气剂，过滤器等或包括阀门等的旁通支管；标定费用，为保持高精度，必须经常进行标定，即使现场安装了一套在线标定设备，费用也相当可观；维护成本，更换易损件的TUF，必须保持高性能。

10、选择步骤
①如上所述，确认可用的测量对象。
②选择类型。根据流体物理性质的选择，气体和液体分别用于气体和液体类型，不能普遍使用。在工作条件下液体粘度超过5mPa.s时，应选择高粘度型产品。选择耐酸液体为耐酸类型，在中国尚无最终产品。根据环境条件选择，并根据环境温度和湿度等选择合适的仪器。 ，如果周围有爆炸性和易燃的气氛，则应选择防爆传感器。根据管道连接方式，该传感器有两种安装方式：水平和垂直。水平安装时，有法兰连接，螺纹连接和夹具连接。中等直径使用法兰连接，小直径和高压管道使用螺纹连接，而夹紧连接仅适用于低压中等直径和小直径的管道仅垂直安装有螺纹连接。
③选择规格。根据现场使用条件（例如流量范围，管道直径，流体压力和温度，安装位置等）以及性能要求（例如精度，可重复性，显示模式等），请参考制造商的选择样本或说明手册以选择特定的规格和型号。您可能找不到合适的流量计，因此您必须选择另一种流量计。由于TUF规格种类繁多，尤其是来自不同制造商的产品质量有所不同，因此有必要

五、安装注意事项
　　在安装传感器之前，应尽可能从制造商和相关标准收集数据，并进行反复调查和比较。维护方便，管道无振动，强电磁干扰，无热辐射。液体TUF的典型安装管道系统如图所示。
图中各部分的配置取决于被测物体的状况，并非全部都需要。TUF对管道中的流速分布和旋流的变形敏感。传感器的入口应该是充分展开的管道流。因此，应根据传感器上游侧流量块的类型配备必要的直管段或流量调节器，如表2所示。通常建议上游直管长度不小于20D，下游直管长度不小于5D。如果安装空间不能满足上述要求，可以在节流阀和传感器之间安装流量调节器。当传感器安装在室外时，应采取措施避免阳光直射和下雨。