一、概述

  原油流量計是葉輪式流量（流速）計的主要品種，葉輪式流量計還有風速計、水表等。原油流量計由傳感器和轉換顯示儀組成，傳感器采用多葉片的轉子感受流體的平均流速，從而推導出流量或總量。轉子的轉速（或轉數）可用機械、磁感應、光電方式檢出并由讀出裝置進行顯示和傳送記錄。據稱美國早在1886年即發(fā)布過個原油流量計，1914年的認為原油流量計的流量與頻率有關。美國的臺原油流量計是在1938年開發(fā)的，它用于飛機上燃油的流量測量，只是直至二戰(zhàn)后因噴氣發(fā)動機和液體噴氣燃料急需一種高精度、快速響應的流量計才使它獲得真正的工業(yè)應用。如今，它已在石油、化工、科研、國防、計量各部門中獲得廣泛應用。

流量計中原油流量計、容積式流量計和科氏質量流量計是三類重復性、精確度的產品，而原油流量計又具有自己的特點，如結構簡單、加工零部件少、重量輕、維修方便、流通能力大和可適應高參數等，是其他兩類流量計是難以達到的。

原油流量計是吸取了國內外流量儀表*技術經過優(yōu)化設計，具有結構簡單、輕巧、精度高、復現性好、反應靈敏，安裝維護使用方便等特點的新一代原油流量計，廣泛用于測量封閉管道中與不銹鋼1Cr18Ni9Ti、2Cr13及剛玉Al2O3、硬質合金不起腐蝕作用，且無纖維、顆粒等雜質，工作溫度下運動粘度小于5×10-6m2/s的液體，對于運動粘度大于5×10-6m2/s的液體，可對流量計進行實液標定后使用。若與具有特殊功能的顯示儀表配套，還可以進行定量控制、超量報警等，是流量計量和節(jié)能的理想儀表。

二、工作原理

圖1所示為渦輪流量傳感器結構簡圖，由圖可見，當被測流體流過傳感器時，在流體作用下，葉輪受力旋轉，其轉速與管道平均流速成正比，葉輪的轉動周期地改變磁電轉換器的磁阻值。檢測線圈中的磁通隨之發(fā)生周期性變化，產生周期性的感應電勢，即電脈沖信號，經放大器放大后，送至顯示儀表顯示。

原油流量計的流量方程可分為兩種：實用流量方程和理論流量方程。

（1）實用流量方程

qv=f/K公式1

qm=qvρ公式2

式中qv,qm……分別為體積流量，m3/s，質量流量，kg/s;

f……流量計輸出信號的頻率，Hz;

K……流量計的儀表系數，P/m3。

流量計的系數與流量（或管道雷諾數）的關系曲線如圖2所示。由圖可見，儀表系數可分為二段，即線性段和非線性段。線性段約為其工作段的三分之二，其特性與傳感器結構尺寸及流體粘性有關。在非線性段，特性受軸承摩擦力，流體粘性阻力影響較大。當流量低于傳感器流量下，儀表系數隨著流量迅速變化。壓力損失與流量近似為平方關系。當流量超過流量上要注意防止空穴現象。結構相似的TUF特性曲線的形狀是相似的，它僅在系統(tǒng)誤差水平方面有所不同。

傳感器的儀表系數由流量校驗裝置校驗得出，它不問傳感器內部流體機理，把傳感器作為一個黑匣子，根據輸入（流量）和輸出（頻率脈沖信號）確定其轉換系數，它便于實際應用。但要注意，此轉換系數（儀表系數）是有條件的，其校驗條件是參考條件，如果使用時偏離此條件系數將發(fā)生變化，變化的情況視傳感器類型，管道安裝條件和流體物性參數的情況而定。

（2）理論流量方程

根據動量矩定理可以列出葉輪的運動方程

式中J：葉輪的慣性矩；

dw/dt：葉輪的旋轉加速度；

M1：流體的驅動力拒；

M2：粘性阻力矩；

M3：軸承摩擦阻力矩；

M4：磁阻力矩。

國內外學者提出許多理論流量方程，它們適用于各種傳感器結構及流體工作條件。至今渦輪儀表特性的水動力學特性仍舊不很清楚，它與流體物性及流動特性有復雜的關系。比如當流場有旋渦和非對稱速度分布時水動力學特性就非常復雜。不能用理論式推導儀表系數，儀表系數仍需由實流校驗確定。但是理論流量方程有巨大的實用意義，它可用于指導傳感器結構參數設計及現場使用條件變化時儀表系數變化規(guī)律的預測和估算。

三、產品特點

1.高精確度，一般可達±1%R、±0.5%R，高精度型可達±0.2%R；

2.重復性好，短期重復性可達0.05%~0.2%,正是由于具有良好的重復性，如經常校準或在線校準可得到的精確度，在貿易結算中是優(yōu)先選用的流量計；

3.輸出脈沖頻率信號，適于總量計量及與計算機連接，無零點漂移，抗力強；

4.可獲得很高的頻率信號（3~4kHz），信號分辨力強；

5.范圍度寬，中大口徑可達1:20，小口徑為1:10；

6.結構緊湊輕巧，安裝維護方便，流通能力大；

7.適用高壓測量，儀表表體上不必開孔，易制成高壓型儀表；

8.專用型傳感器類型多，可根據用戶特殊需要設計為各類專用型傳感器，例如低溫型、雙向型、井下型、混砂專用型等；

9.可制成插入型，適用于大口徑測量，壓力損失小，價格低，可不斷流取出，安裝維護方便。

技術參數

儀表口徑及連接方式：4、6、10、15、20、25、32、40采用螺紋連接

（15、20、25、32、40）50、65、80、100、125、150、200采用法蘭連接

精度等級：±1%R、±0.5%R、±0.2%R（需特制）

量程比：1:10；1:15；1:20

儀表材質：304不銹鋼、316（L）不銹鋼等

被測介質溫度：（℃）-20～＋120℃

環(huán)境條件溫度：－10～+55℃，相對濕度5％～90％，大氣壓力86～106Kpa

輸出信號：

傳感器：脈沖頻率信號，低電平≤0.8V高電平≥8V

變送器：兩線制4~20mADC電流信號

供電電源：

傳感器：+12VDC、+24VDC（可選）

變送器：+24VDC

現場顯示型：儀表自帶3.2V鋰電池

信號傳輸線STVPV3×0.3（三線制），2×0.3（二線制）

傳輸距離≤1000m

信號線接口基本型：豪斯曼接頭，防爆型：內螺紋M20×1.5

防爆等級基本型：非防爆產品，防爆型：ExdIIBT6

防護等級：IP65

原油流量計安裝注意事項

（1）安裝場所

傳感器應安裝在便于維修，管道無振動、無強電磁干擾與熱輻射影響的場所。原油流量計的典型安裝管路系統(tǒng)如圖9所示。圖中各部分的配置可視被測對象情況而定，并不一定全部都需要。原油流量計對管道內流速分布畸變及旋轉流是敏感的，進入傳感器應為充分發(fā)展管流，因此要根據傳感器上游側阻流件類型配備必要的直管段或流動調整器，如表5所示。若上游側阻流件情況不明確，一般推薦上游直管段長度不小于20D，下游直管段長度不小于5D，如安裝空間不能滿足上述要求，可在阻流件與傳感器之間安裝流動調整器。傳感器安裝在室外時，應有避直射陽光和防雨淋的措施。

（2）連接管道的安裝要求

水平安裝的傳感器要求管道不應有目測可覺察的傾斜（一般在5°以內），垂直安裝的傳感器管道垂直度偏差亦應小于5°。

需連續(xù)運行不能停流的場所，應裝旁通管和可靠的截止閥（見圖9），測量時要確保旁通管無泄漏。

在新鋪設管道裝傳感器的位置先介入一段短管代替?zhèn)鞲衅?，待?ldquo;掃線”工作完畢確認管道內清掃干凈后，再正式接入傳感器。由于忽視此項工作，掃線損壞傳感器屢見不鮮。

若流體含雜質，則應在傳感器上游側裝過濾器，對于不能停流的，應并聯安裝兩套過濾器輪流清除雜質，或選用自動清洗型過濾器。若被測液體含有氣體，則應在傳感器上游側裝消氣器。過濾器和消氣器的排污口和消氣口要通向安全的場所。

若傳感器安裝位置處于管線的低點，為防止流體中雜質沉淀滯留，應在其后的管線裝排放閥，定期排放沉淀雜質。

被測流體若為易氣化的液體，為防止發(fā)生氣穴，影響測量精確度和使用期限，傳感器的出口端壓力應高于公式5計算的壓力pmin

pmin=2△p+1.25pvPa

式中pmin——壓力，Pa；

△p——傳感器流量時壓力損失，Pa；

pv——被測液體使用溫度時飽和蒸汽壓，Pa。

流量調節(jié)閥應裝在傳感器下游，上游側的截止閥測量時應全開，且這些閥門都不得產生振動和向外泄漏。對于可能產生逆向流的流程應加止回閥以防止流體反向流動。

傳感器應與管道同心，密封墊圈不得凸入管路。液體傳感器不應裝在水平管線的點，以免管線內聚集的氣體（如停流時混入空氣）停留在傳感器處，不易排出而影像測量。

傳感器前后管道應支撐牢靠，不產生振動。對易凝結流體要對傳感器及其前后管道采取保溫措施。

使用注意事項

（1）投入運行的啟閉順序

未裝旁路管的流量傳感器，先以中等開度開啟流量傳感器上游閥，然后緩慢開啟下游閥。以較小流量運行一段時間（如10分鐘），然后全開上游閥，再開大下游閥開度，調節(jié)到所需正常流量。

裝有旁路管的流量傳感器，先全開旁路管閥，以中等開度開啟上游閥，緩慢開啟下游閥，關小旁路閥開度，使儀表以較小流量運行一段時間。然后全開上游閥，全關旁路閥（要保證無泄漏），最后調節(jié)下游閥開度到所需的流量。

（2）低溫和高溫流體的啟用

低溫流體管道在通流前要排凈管道中的水分，通流時先以很小流量運行15分鐘，再漸漸升高至正常流量。

停流時也要緩慢進行，使管道溫度和環(huán)境溫度逐漸接近。高溫流體運行與此相類似。

（3）其他注意事項

啟閉閥應盡可能平緩，如采用自動控制啟閉，用“兩段開啟，兩段關閉”方式，防止流體突然沖擊葉輪甚至發(fā)生水錘現象損壞葉輪。

檢查流量傳感器下游壓力。當管道壓力不高，在投入運行初期觀察流量下傳感器下游壓力是否大于公式5計算的pmin，否則應采取措施以防止產生氣穴。

流量傳感器的儀表系數是經過標準裝置校驗后，供給用戶校驗單上寫明的，謹防丟失。傳感器長期使用因軸承磨損等原因，儀表系數會發(fā)生變化，應定期進行離線或在線校驗。若流量超出允許范圍，應更換傳感器。

有些測量對象，如輸送成品油管線更換油品或停用時，需定期進行掃線清管工作。掃線清管所用流體的流向、流量、壓力和溫度等均應符合原油流量計的規(guī)定，否則會引起精確度降低甚至損壞。

為保證流量計長期正常工作，要加強儀表的運行檢查，一旦發(fā)現異常及時采取措施排除。監(jiān)測葉輪旋轉情況，如聽到異常聲音，用示波器監(jiān)測檢測線圈輸出波形，如有異常波形，應及時卸下檢查傳感器內部零件。如懷疑有不正?，F象應及時檢查。保持過濾器暢通，過濾器可從出入口壓力計的壓差來判斷是否堵塞。要定期排放消氣器中從液體逸出的氣體等等。