馬喜林 李德濤 石祥華

摘要：旋進(jìn)漩渦流量計(jì)在天然氣分公司生產(chǎn)裝置天然氣流量測(cè)量應(yīng)用的較多，這是因?yàn)樗茏詣?dòng)、準(zhǔn)確地檢測(cè)介質(zhì)的溫度、壓力和流量值，并直接顯示標(biāo)準(zhǔn)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(yuǎn)傳輸出多種信號(hào)，因此在生產(chǎn)及外輸中起著至關(guān)重要的作用。其抗干擾能力強(qiáng)，測(cè)量準(zhǔn)確度較高，無(wú)機(jī)械可動(dòng)部件，安裝維護(hù)方便，運(yùn)行費(fèi)用低。針對(duì)流量計(jì)的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)、安裝、常見(jiàn)故障分析及處理進(jìn)行解析。

主題詞：工作原理、結(jié)構(gòu)組成、安裝應(yīng)用、故障處理

一、工作原理與結(jié)構(gòu)組成

1、工作原理

旋進(jìn)漩渦流量計(jì)是利用流體強(qiáng)迫振蕩原理而制成的一種漩渦進(jìn)動(dòng)型流量計(jì)。當(dāng)流體進(jìn)入流量計(jì)后，首先通過(guò)一組由固定螺旋形葉片組成的起旋器被強(qiáng)迫旋轉(zhuǎn)，形成一股具有旋進(jìn)中心的渦流。流量計(jì)內(nèi)部管腔截面類(lèi)似文丘里管，在收縮段由于節(jié)流作用，渦流的前進(jìn)速度和渦旋速度都逐漸加強(qiáng)，在此區(qū)域內(nèi)的流體是一束沿著流量計(jì)軸線(xiàn)高速運(yùn)動(dòng)的漩渦流。當(dāng)漩渦流體進(jìn)入到擴(kuò)散段時(shí)，因管內(nèi)腔突然擴(kuò)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(jì)的軸線(xiàn)做螺旋狀進(jìn)動(dòng)，即所謂旋進(jìn)。該旋進(jìn)是貼近擴(kuò)散段的壁面進(jìn)行的，旋進(jìn)頻率與流速成正比，因此測(cè)得漩渦流的漩渦進(jìn)動(dòng)頻率即可得知被測(cè)體積流量值。

即? ? ?Q=f/k

式中? ?Q—流體體積流量;

f—漩渦進(jìn)動(dòng)頻率;

k—旋進(jìn)漩渦流量計(jì)的儀表常數(shù)。

儀表常數(shù)K僅與漩渦發(fā)生體結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān)，與流體的物理性質(zhì)和組分無(wú)關(guān)。

2、結(jié)構(gòu)組成

旋進(jìn)漩渦流量計(jì)結(jié)構(gòu)緊湊，由傳感器和轉(zhuǎn)換器組成。傳感器包括表體、起旋器、消旋器和檢測(cè)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(kuò)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(qiáng)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(cè)元件? 由于旋進(jìn)漩渦流量計(jì)所檢測(cè)的是貼近表體擴(kuò)張段壁面的漩渦進(jìn)動(dòng)頻率，而不是漩渦分離頻率，所以其檢測(cè)元件一般采取接觸式檢測(cè)，貼近壁面安裝在靠近擴(kuò)張段的喉部。檢測(cè)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(luò)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(duì)下游儀表性能的影響。

（5）轉(zhuǎn)換器

轉(zhuǎn)換器把檢測(cè)元件輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)電路處理轉(zhuǎn)換為脈沖方波信號(hào)或4～20mA DC標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出。智能流量積算儀可以同時(shí)測(cè)量流體的壓力、溫度和漩渦頻率，計(jì)算實(shí)際流量。經(jīng)過(guò)微處理器做溫度、壓力補(bǔ)償后，轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的流體體積流量值，這對(duì)于氣體流量測(cè)量有很重要的意義。

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

二、特點(diǎn)及應(yīng)用

旋進(jìn)漩渦流量計(jì)是一種常用的流量測(cè)量?jī)x表，能自動(dòng)、準(zhǔn)確地檢測(cè)介質(zhì)的溫度、壓力和流量值，并直接顯示標(biāo)準(zhǔn)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(yuǎn)傳輸出多種信號(hào)（如圖3所示）。旋進(jìn)漩渦流量計(jì)通過(guò)制造漩流，測(cè)量整個(gè)漩渦的中心速度，所以測(cè)量準(zhǔn)確度較高，并且抗干擾能力強(qiáng)，對(duì)儀表前后直管段的長(zhǎng)度要求低。因此，在天然氣行業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。旋進(jìn)漩渦流量計(jì)從原理上講能用于氣體和液體的測(cè)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(cè)量。

1、主要特點(diǎn)：

（1）內(nèi)置式壓力、溫度、流量傳感器，安全性能高，結(jié)構(gòu)緊湊，外形美觀(guān)。

（2）就地顯示溫度、壓力、瞬時(shí)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(hào)，適用于總量測(cè)量。測(cè)量精度中等，大約在1～2級(jí)左右。

（4）管道內(nèi)沒(méi)有運(yùn)動(dòng)部件，無(wú)機(jī)械磨損，壓力損失較小（約為孔板流量計(jì)的1/4～1/2）。

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

（6）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單牢固，故障少，維護(hù)量小，安裝維護(hù)方便，費(fèi)用較低。

（7）流量范圍度寬，可達(dá)10：1～20：1，甚至更大。

（8）特有時(shí)間顯示及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能，無(wú)論什么情況，都能保證內(nèi)部數(shù)據(jù)不會(huì)丟失，可永久性保存。

（9）整機(jī)功耗極低，能憑內(nèi)電池長(zhǎng)期供電運(yùn)行，是理想的無(wú)需外電源就地顯示儀表。

（10）不適于管內(nèi)有較嚴(yán)重的旋轉(zhuǎn)流，以及管道產(chǎn)生振動(dòng)的場(chǎng)合。

（11）防盜功能可靠，具有密碼保護(hù)，防止參數(shù)改動(dòng)。

（12）表頭可180度隨意旋轉(zhuǎn)，安裝方便。

2、流量計(jì)的安裝

（1）盡量避開(kāi)強(qiáng)振動(dòng)環(huán)境。流量計(jì)對(duì)管道機(jī)械振動(dòng)較敏感，特別是管道的橫向振動(dòng)，會(huì)對(duì)漩渦的行程產(chǎn)生較大的影響，降低儀表測(cè)量準(zhǔn)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(jié)垢，改變漩渦發(fā)生體的形狀和尺寸，影響到測(cè)量準(zhǔn)確度，因此需在流量計(jì)前安裝過(guò)濾器以濾除雜質(zhì)。

（3）流量計(jì)應(yīng)設(shè)置旁通管路，以便不斷流檢修和清洗傳感器。

（4）安裝時(shí)必須根據(jù)流量計(jì)前阻流件（如閥門(mén)、彎頭等）的形式確定直管段長(zhǎng)度，以確保產(chǎn)生漩渦的必要流動(dòng)條件。一般規(guī)定，上游側(cè)的直管段長(zhǎng)度至少為3D，下游側(cè)的直管段至少為2D（D：旋進(jìn)漩渦流量計(jì)的公稱(chēng)通經(jīng)）。

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

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

（7）若要在流量計(jì)附近安裝溫度計(jì)和壓力計(jì)，則測(cè)溫點(diǎn)、測(cè)壓點(diǎn)均應(yīng)安裝在流量計(jì)的下游5D～8D處。

（8）流量計(jì)接線(xiàn)時(shí)信號(hào)電纜應(yīng)盡可能遠(yuǎn)離電力電纜，信號(hào)傳輸采用三芯屏蔽線(xiàn)，并單獨(dú)穿在金屬套管內(nèi)敷設(shè)。電纜屏蔽層應(yīng)遵循“一點(diǎn)接地”原則可靠接地，接地電阻應(yīng)小于10Ω，并應(yīng)在傳感器側(cè)接地。

3、注意事項(xiàng)及投運(yùn)

（1）傳感器按流向標(biāo)志可在垂直、水平或任意傾斜位置上安裝;當(dāng)管線(xiàn)較長(zhǎng)或距離振動(dòng)源較近時(shí)，應(yīng)在流量計(jì)的上、下游安裝支撐，以消除管線(xiàn)振動(dòng)的影響;傳感器的安裝地點(diǎn)應(yīng)有足夠的空間，以便于流量計(jì)的檢查和維修，并應(yīng)滿(mǎn)足流量計(jì)的環(huán)境要求;應(yīng)避免外界強(qiáng)磁場(chǎng)的干擾。

（2）在室外安裝使用時(shí)，應(yīng)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(xiàn)試壓時(shí)，應(yīng)注意智能型流量計(jì)所配置壓力傳感器的壓力測(cè)量范圍，以免過(guò)壓損壞壓力傳感器;應(yīng)注意安裝應(yīng)力的影響，安裝流量計(jì)上游和下游管道應(yīng)同軸，否則會(huì)產(chǎn)生剪切應(yīng)力。安裝流量計(jì)的位置應(yīng)考慮密封墊片的厚度，或在下游側(cè)安裝一個(gè)彈性伸縮節(jié)。

（3）安裝流量計(jì)之前應(yīng)先清除管道中的焊渣等雜物;投入運(yùn)行時(shí)，應(yīng)緩慢開(kāi)啟流量計(jì)上、下游閥門(mén)，以免瞬間氣流過(guò)急而沖壞起旋器;當(dāng)流量計(jì)需要有信號(hào)遠(yuǎn)傳時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格按“電氣性能指標(biāo)”要求接入外電源（8～24）VDC，嚴(yán)禁在信號(hào)輸出口直接接入220VAC或380VAC電源;用戶(hù)不得自行更改防爆系統(tǒng)的接線(xiàn)方式和任意擰動(dòng)各個(gè)輸出引線(xiàn)接頭。

（4）流量計(jì)運(yùn)行時(shí)，不允許隨意打開(kāi)后蓋改動(dòng)儀表參數(shù)，否則影響流量計(jì)的正常工作;定時(shí)檢查流量計(jì)法蘭處的泄漏情況。

四、常見(jiàn)故障分析及處理

1、無(wú)流量，有信號(hào)

流量計(jì)是否有振動(dòng)。輕微振動(dòng)的處理方法是外界機(jī)械采取抗振措施或內(nèi)部參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。嚴(yán)重振動(dòng)的處理方法是除采取外界機(jī)械抗振措施外，最好的方法是移動(dòng)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(wú)法排除，應(yīng)更換穩(wěn)壓電源。流量計(jì)的功率一般為DC24V×20mA=0.5W;檢查接線(xiàn)是否接錯(cuò)。組合型流量計(jì)一般不會(huì)錯(cuò)，分體型流量計(jì)易出錯(cuò)。主要檢查專(zhuān)用電纜是否接錯(cuò);輸出方式是否匹配;檢查附近是否有大功率用電設(shè)備所造成的電磁干擾;檢查放大器是否損壞。利用人體對(duì)50Hz的工頻干擾，用螺絲刀在壓電晶片接線(xiàn)處感應(yīng)一下，如有信號(hào)，放大器完好，如沒(méi)用，放大器損壞;檢查電流輸出上位機(jī)與下位機(jī)連線(xiàn)是否有故障，接線(xiàn)盒是否進(jìn)水。

2、有流量，無(wú)信號(hào)

檢查接線(xiàn)是否正確。重點(diǎn)檢查接線(xiàn)端子“+”、“-”極性;檢查電源是否完好，質(zhì)量是否符合要求。檢查轉(zhuǎn)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(shí)際流量是否太小;檢查參數(shù)組態(tài)是否正確。

3、流量信號(hào)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(xiàn)性區(qū);檢查轉(zhuǎn)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(shè)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(jì)測(cè)量誤差較大

所有1～3問(wèn)題的原因均是造成計(jì)量誤差大的原因;檢查參數(shù)設(shè)定是否有誤;氣體流量沒(méi)有溫度、壓力補(bǔ)償;直管段長(zhǎng)度不足;儀表超過(guò)檢定周期;有兩相流或脈動(dòng)流;管道有泄漏。

5、旋進(jìn)旋渦流量計(jì)表頭顯示瞬時(shí)流量、壓力正常，溫度顯示與工作現(xiàn)場(chǎng)溫度不符

溫度示值為“-75C”或超過(guò)“100℃”。分析：溫度傳感器損壞。處理可更換傳感器。溫度示值超過(guò)或低于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)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(jìn)旋渦流量計(jì)表頭無(wú)顯示

流量計(jì)無(wú)24V電源或電池供電。對(duì)流量計(jì)進(jìn)行24V供電或更換流量計(jì)電池。流量計(jì)液晶板損壞。更換流量計(jì)液晶板。流量計(jì)主板損壞。更換流量計(jì)主板。電源接線(xiàn)有誤或斷線(xiàn)。查找并重新接線(xiàn)。

7、旋進(jìn)旋渦流量計(jì)表頭顯示溫度、壓力正常，無(wú)瞬時(shí)流量顯示

4流量計(jì)選型過(guò)大，選型過(guò)大會(huì)造成流量計(jì)無(wú)流量顯示。一是調(diào)低流量計(jì)下限截止頻率（這樣流量計(jì)可以使用，但會(huì)造成流量計(jì)精度降低）。二是更換小規(guī)格流量計(jì)。前置放大器無(wú)電流輸入。流量計(jì)無(wú)電源供電，進(jìn)行流量計(jì)24V外部電源或電池供電。前置放大器無(wú)頻率輸出?？筛鼡Q前置放大器。旋進(jìn)旋渦流量計(jì)主板損壞?？筛鼡Q流量計(jì)主板。

五、結(jié)論

旋進(jìn)漩渦流量計(jì)是一種常見(jiàn)且使用非常廣泛的流量測(cè)量?jī)x表，有著眾多的優(yōu)點(diǎn)，其故障率低、靜密封點(diǎn)少、使用壽命長(zhǎng)為其最顯著的優(yōu)點(diǎn)。作為一名儀表維修維護(hù)人員，具備對(duì)流量計(jì)的安裝、應(yīng)用、常見(jiàn)故障的分析和排除能力是安全生產(chǎn)的保障。

作者簡(jiǎn)介

馬喜林：男，大慶油田天然氣分公司生產(chǎn)維修大隊(duì)，儀表維修高級(jí)技師，中油集團(tuán)技能專(zhuān)家，專(zhuān)長(zhǎng)旋轉(zhuǎn)機(jī)械狀態(tài)監(jiān)測(cè)保護(hù)系統(tǒng)維修維護(hù)工作。 聯(lián)系電話(huà)：13089089661? ? 郵箱：dqmaxilin@163.com

李德濤：男，大慶油田天然氣分公司維修二廠(chǎng)，儀表維修高級(jí)技師，油田公司技能專(zhuān)家，專(zhuān)長(zhǎng)常規(guī)檢測(cè)儀表維修維護(hù)作。 聯(lián)系電話(huà)：13936737487

石祥華：男，大慶油田天然氣分公司生產(chǎn)維修大隊(duì)，儀表維修高級(jí)技師，油田公司技能專(zhuān)家，專(zhuān)長(zhǎng)常規(guī)檢測(cè)儀表、流量?jī)x表維修維護(hù)工作。 聯(lián)系電話(huà)：13936840116