渦輪流量計(jì)在直管段長度測量中性能的影響
摘要:利用恒定水壓作為流動(dòng)介質(zhì)，以流出系數(shù)平均相時(shí)誤差、線性度為評(píng)價(jià)指標(biāo)，通過實(shí)流實(shí)驗(yàn)，研究上游組合管件時(shí)渦輪流量計(jì)測童性能的影響。根據(jù)不同的上游阻流件對渦輪流量計(jì)測童精度的影響進(jìn)行了實(shí)流實(shí)驗(yàn)研究。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，為保證相對誤差在可接受范圍，給出對于不同形式的上游組合管件渦輪流童計(jì)對前直管段長度的建議。
0、引言：
在海洋石油平臺(tái)上，渦輪流量計(jì)常用于對淡水系統(tǒng)和柴油系統(tǒng)的測量，對流量計(jì)精度要求不大于0.5%，重復(fù)性不超過1. 0%。為了保證渦輪流量計(jì)的測量精度，廠家使用的安裝條件大都要求直管段長度為前10D后5D。然而海洋平臺(tái)空間非常緊湊，通常情況下無法滿足真正意義上的前10D后5D的要求。在實(shí)際平臺(tái)常用的阻流件之后，需要提供多長的直管段就可以滿足工藝精度的要求，這已成為流量計(jì)應(yīng)用到海洋平臺(tái)的一項(xiàng)重要議題。本文分別對2006年以后投產(chǎn)的9個(gè)新建海洋平臺(tái)JZ2s-1 CEP, JZ2s-1S CEP, JZ2s一1 S WHPB、BZ26-3WHPA、BZ26-3 WHPB、SZ36-1 CEPK、JX1-1 CEPA、BZ19-4 WHPB,LD32-2 PSP的三維模型進(jìn)行了流量計(jì)安裝上游的管件形式的整理，總結(jié)出3種常見的組合阻流件形式，主要包括球閥+900彎頭、球閥+90“彎頭+漸縮管、球閥+漸縮管，并開展上游組合管件對渦輪流量計(jì)性能影響的研究。
1、實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)研究：
1. 1、實(shí)驗(yàn)裝置介紹：
實(shí)驗(yàn)所需液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置如圖1所示。其中包括DN100渦輪流量計(jì)(被檢表)、電磁流量計(jì)(標(biāo)準(zhǔn)表)、溫度傳感器、三種不同類型阻流件、不同長度的直管段、水泵、實(shí)驗(yàn)操作儀器(計(jì)算機(jī))以及一些配件等。
水泵連續(xù)的將水池里的水送人高位水塔，水塔通過溢流來保持水壓的恒定。實(shí)驗(yàn)時(shí)，水從水塔的下水管引人到標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)管道，依次流過標(biāo)準(zhǔn)表和被校表，***后回到水池，中間通過對各種調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)來進(jìn)行流量大小的調(diào)節(jié)以及實(shí)驗(yàn)管線的選擇。
(1) DN100渦輪流量計(jì)介紹
LWGY系列渦輪流量傳感器基于力矩平衡原理，屬于速度式流量儀表。傳感器具有結(jié)構(gòu)簡單、輕巧、精度高、復(fù)現(xiàn)性好、反應(yīng)靈敏、安裝維護(hù)使用方便等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于石油、化工、冶金、供水、造紙等行業(yè)，是流量計(jì)量和節(jié)能的理想儀表。本設(shè)計(jì)中選用的渦輪流量計(jì)如下:
型號(hào):LMGY
精度等級(jí):0. 5級(jí)
***大工作壓力:2. 5 MPa
流量范圍:10一200 m3/h
(2)電磁流量計(jì)介紹
本設(shè)計(jì)中選用的電磁流量計(jì)如下:
型號(hào)編號(hào):MF-/E1014021100EH11
精度等級(jí):0. 2級(jí)
儀表系數(shù):K1=1. 138
電源:85一265 V AC
功耗:20 VA
圖1實(shí)驗(yàn)液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝呈框圖
1.2、渦輪流量計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟：
1)做好實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備工作
按照制定的實(shí)驗(yàn)流程注意事項(xiàng)，實(shí)驗(yàn)人員應(yīng)在每次實(shí)驗(yàn)開始之前做好準(zhǔn)備工作，其中包括更換管段長度或阻流件類型，打開水泵，檢查液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置管道上的閥門是否處于正確的狀態(tài)等。
2)開始實(shí)驗(yàn)
(1)打開程序，進(jìn)人到實(shí)驗(yàn)界面，選擇DN1001 #標(biāo)準(zhǔn)表2號(hào)管道，確認(rèn)后進(jìn)人到控制面板，打開2號(hào)管道所需的閥門;
(2)將流量調(diào)到接近***大值，檢查實(shí)驗(yàn)管段各處是否漏水，若無漏水現(xiàn)象，則調(diào)回流量點(diǎn)進(jìn)行測量;若發(fā)現(xiàn)漏水現(xiàn)象，須及時(shí)關(guān)閉程序，解決漏水問題后重新打開程序，重復(fù)上述步驟;
(3)實(shí)驗(yàn)以儀表系數(shù)為主要實(shí)驗(yàn)結(jié)果，需測量的流量點(diǎn)為15 m³/h,20 m³/h,45 m³/h,70 m³/h,95 m³/h,120m³/h,145 m³/h ,170m³/h ,195 m³/h，由于管道口徑的限制以及管道壓力損失等因素的影響，實(shí)驗(yàn)當(dāng)中可以做到的***大流量為145襯/h，以此測得的結(jié)果進(jìn)行各工況實(shí)驗(yàn)結(jié)果間的比較與分析。適當(dāng)調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)閥的開度，保證每次調(diào)節(jié)到規(guī)定的流量點(diǎn)下，才能開始該流量點(diǎn)的測量;
(4)每量點(diǎn)檢定3次，每次測量時(shí)間為30 s,在測量過程中，要實(shí)時(shí)分析數(shù)據(jù)，確保在同量點(diǎn)下至少有兩組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是可靠的;
(5)整個(gè)流量范圍測量完畢后，保存數(shù)據(jù)到指定文件夾，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與分析。
3)實(shí)驗(yàn)完畢后，打掃實(shí)驗(yàn)臺(tái)，保持實(shí)驗(yàn)環(huán)境清潔。
1.3、渦輪實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理中各評(píng)價(jià)指標(biāo)介紹：
在渦輪流量實(shí)驗(yàn)中，每個(gè)流量點(diǎn)***少測量兩次，***終要選擇至少兩組可靠數(shù)據(jù)，單次測量包括3次小循環(huán)，單次小循環(huán)測量時(shí)長30 s。
渦輪實(shí)驗(yàn)的評(píng)價(jià)指標(biāo):線性度8( %)、平均儀表系數(shù)相對誤差△K(%)。
2、直管段長度對渦輪流量計(jì)測量精度影響的實(shí)驗(yàn)研究:
2. 1、阻流件類型-DN 100球閥+DN100單彎頭:
阻流件類型為DN100球閥+DN100單彎頭的流量-儀表系數(shù)曲線圖如圖2所示，圖中每條曲線代表不同流量下儀表系數(shù)的變化情況。從圖中可以看出，流量值小于20 m3/h時(shí)，儀表系數(shù)變化較大，而在20 m3/h之后，儀表系數(shù)變化比較平緩，并且各工況的儀表系數(shù)均小于基準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)的儀表系數(shù);從流量為45 m'/h開始，隨著前直管段長度的縮短，儀表系數(shù)呈遞減趨勢。
圖2流量一儀表系數(shù)曲線
從表1中可以看出，各工況下的平均儀表系數(shù)相對誤差均在0. 5%之內(nèi)。在整個(gè)流量范圍內(nèi)，平均儀表系數(shù)相對誤差沒有明顯的變化趨勢，如圖3所示。
表1阻流件為DN100球閥+ DN100單彎頭
圖3前直管段長度一平均儀表系數(shù)相對誤差曲線
2. 2、阻流件類型一DN150球閥+DN 150變DN 100漸縮管:
阻流件類型為DN 150球閥+DN 150變DN100漸縮管的流量一儀表系數(shù)曲線圖如圖4所示，圖中每條曲線代表不同流量下儀表系數(shù)的變化情況。從圖中可以看出，流量值小于20 m3/h時(shí)，儀表系數(shù)變化較大，而在20 m³/h之后，儀表系數(shù)變化平緩，并且各工況的儀表系數(shù)均小于基準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)的儀表系數(shù);流量為45 m3/h開始，隨著前直管段的縮短，儀表系數(shù)基本呈遞減趨勢。
圖4流童一儀表系數(shù)曲線
從表2中可以看出，各工況下的平均儀表系數(shù)相對誤差均在0. 5%之內(nèi)。從前10D開始，隨著前直管段的縮短，平均儀表系數(shù)相對誤差呈遞增趨勢，前20D平均儀表系數(shù)相對誤差與前5D平均儀表系數(shù)相對誤差極為接近，并且均為負(fù)值，如圖5所示。
表2阻流件為DN150球閥+ DN150變DN100漸縮管
圖5前直管段長度.平均儀表系數(shù)相對誤差曲線
2. 3、阻流件類型一DN150球閥+900單彎頭+DN 150變D100漸縮管：
阻流件類型為DN150球閥+900單彎頭+DN150變D100漸縮管的流量一儀表系數(shù)曲線圖如圖6所示，圖中每條曲線代表不同流量下儀表系數(shù)的變化情況。從圖中可以看出，流量值小于20m³/h時(shí)，儀表系數(shù)變化較大，而在20 m'/h之后，前l(fā) OD的儀表系數(shù)隨流量變化較大除外，其他工況的儀表系數(shù)變化平緩;四種工況下的儀表系數(shù)均低于基準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)的儀表系數(shù)，但是沒有明顯的變化趨勢。
圖6流童一儀表系數(shù)曲線
從表3中可以看出，前SD的平均儀表系數(shù)相對誤差大于0. 5 %，不在允許的范圍內(nèi)，其他三種工況的平均儀表系數(shù)相對誤差均在0. 5%之內(nèi)。隨著前直管段的縮短，平均儀表系數(shù)相對誤差呈遞增趨勢，但到前2D時(shí)，平均儀表系數(shù)相對誤差***小，并且均為負(fù)值，如圖7所示。
表3阻流件為DN150球閥+90“單彎頭+DN150變D100漸縮管
圖7前直管段長度一平均儀表系數(shù)相對誤差曲線
3、總結(jié)：
1)在前直管段長度為10D時(shí)，三種工況對流量計(jì)的測量性能影響較小，在允許(0. 5 %)的范圍內(nèi)，并且這些工況的線性度均保持在1%之內(nèi)。
2)在前直管段長度為5D時(shí)，DN 150球閥+90單彎頭+DN 150變DN 100漸縮管工況對流量計(jì)測量性能影響稍大一點(diǎn)，為0. 56%，其他兩種工況對流量計(jì)的測量性能影響較小，都在允許(0. 5%)的范圍內(nèi)，并且這些工況的線性度均保持在1%之內(nèi)。
3)在前直管段長度為2D時(shí)，三種工況對流量計(jì)的測量性能影響較小，在允許(0. 5%)的范圍內(nèi)，并且這些工況的線性度均保持在1%之內(nèi)。
可見如果在海洋平臺(tái)空間受限非常嚴(yán)重的實(shí)際情況下，而工藝對過程計(jì)量精度的要求不是嚴(yán)格低于0. 5%的時(shí)候，可以考慮將前直管段長度從10D縮短為5D，也可以滿足渦輪流量計(jì)測量精度。上述實(shí)流實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)可提供后續(xù)設(shè)計(jì)者參考使用。