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    氣體流量計

    氣體流量計一般是指用來測量管道里面氣體流量的流量計,目前市場上可用來測量氣體流量的流量計種類很多,常見的有渦街流量計、氣體渦輪流量計、旋進漩渦流量計、熱式氣體質量流量計、金屬管浮子流量計、孔板流量計等等。下面給大家介紹一下這幾款氣體流量計的工作原理及應用領域。


    一、渦街流量計

    LUGB/E 型渦街流量儀表廣泛適用于石油、化工、冶金、熱力、紡織、造紙等行業對過熱蒸汽、飽和蒸汽、壓縮空氣和一般氣體(氧氣、氮氣氫氣、天然氣、煤氣等) 、水和液體(如:水、汽油、酒精、苯類等)的計量和控制。

    渦街流量計產品圖

    工作原理 

    在流體中設置非流線型旋渦發生體(阻流體),則從旋渦發生體兩側交替地產生兩列有規則的旋渦,這種旋渦稱為卡曼渦街,如圖(一)所示。

    渦街流量計工作原理圖

    旋渦列在旋渦發生體下游非對稱地排列。設旋渦的發生頻率為 f,被測介質來流的平均速度為 V,旋渦發生體迎流面寬度為 d,表體通徑為 D,根據卡曼渦街原理,有如下關系式:

    f=StV/d   公式(1)

    式中:

    f-發生體一側產生的卡門旋渦頻率

    St-斯特羅哈爾數(無量綱數)

    V-流體的平均流速

    d-旋渦發生體的寬度

    由此可見,通過測量卡門渦街分離頻率便可算出瞬時流量。其中,斯特羅哈爾數(St)是無因次未知數,圖(二)表示斯特羅哈爾數(St)與雷諾數(Re)的關系。

    渦街流量計原理曲線圖

    在曲線表中 St=0.17 的平直部分,漩渦的釋放頻率與流速成正比,即為渦街流量傳感器測量范圍度。只要檢測出頻率 f 就可以求得管內流體的流速,由流速 V 求出體積流量。所測得的脈沖數與體積量之比,稱為儀表常數(K),見式(2)

    K=N/Q(1/m3)   公式(2)

    式中:K=儀表常數(1/m3)。

    N=脈沖個數

    Q=體積流量(m3)


    主要技術指標

    渦街流量計技術參數對照表


    二、氣體渦輪流量計

    主要用途

    氣體渦輪流量計廣泛用于石油、化工、冶金、航空、科研等部門及工業領域中多種氣體,如天然氣、城市燃氣、丙烷、丁烷、空氣、氮氣等氣體的測量。儀表準確度高、重復性好,適用于貿易計量及工業過程檢測。智能型流量計集溫度、壓力于一體,在線跟蹤檢測介質溫度和壓力并進行自動補償、壓縮因子修正運算,具有優良的低壓和高壓計量性能,適用于天然氣等氣體的精確計量。

    氣體渦輪流量計產品圖

    結構與工作原理

    1 流量計結構

    氣體渦輪流量計結構緊湊,主要由殼體、葉輪、傳感器(溫度、壓力、流量)、整流器和積算儀構成。

    氣體渦輪流量計結構圖

    1.殼體:本身帶有法蘭,并有一定形狀的流體通道,根據不同的工作壓力,殼體材料可采用鑄鋁合金、碳鋼或不銹鋼。

    2.整流器:強迫流體加速,消除任何可能存在的氣流擾動,即使在非理想的安裝環境下,也能夠保證高精度。

    3.葉輪:用鋁合金制成,具有一定角度的螺旋葉片,它固定在殼體中間部位,克服摩擦力矩和流體阻力矩旋轉。

    4.智能流量積算儀:溫度、壓力檢測模擬通道、流量檢測數字通道以及微處理單元、液晶驅動電路和其它輔助電路組成,并配有外輸信號接口。

    5.壓力傳感器:以壓阻式擴散硅橋路為敏感元件,其橋臂電阻在外界壓力作用下會發生預期變化,因此在一定激勵電流作用下,其兩個輸出端的電位差與外界壓力成正比。

    6.流量傳感器:安裝在靠近葉輪后端,可檢測出從同軸轉動的信號輪上發出的頻率信號。

    7.溫度傳感器:以Pt100/pt1000鉑電阻為溫度敏感元件,在一定溫度范圍內,其電阻值與溫度成對應關系。


    2 工作原理

    當流體流入流量計時,在進氣口專用一體化整流器的作用下得到整流并加速,由于渦輪葉片與流體流向成一定角度,此時渦輪產生轉動力矩,在克服摩擦力矩和流體阻力矩后,渦輪開始旋轉。在一定的流量范圍內,渦輪旋轉的角速度與流體體積流量成正比。根據電磁感應原理,利用韋根傳感器從同軸轉動的信號輪上感應出與流體體積流量成正比的脈沖信號,該信號經放大、濾波、整形后與溫度、壓力傳感器信號一起進入智能流量積算儀的微處理單元進行運算處理,并把氣體的體積流量和總量直接顯示于 LCD屏上。


    三、旋進漩渦流量計

    旋進漩渦流量計可集流量、溫度、壓力檢測功能于一體,并能進行溫度、壓力、壓縮因子自動補償,并且具有較強的抗震動和抗干擾能力,高精度和高重復性,是石油、化工、電力、冶金等行業用于氣體計量的理想儀表。

    旋進漩渦流量計產品圖

    產品主要特點

    1.無機械可動部件,不易腐蝕,穩定可靠,壽命長,長期運行無須特殊維護;

    2.采用 16 位計算機芯片,集成度高,體積小,性能好,整機功能強;

    3.智能型流量計集流量探頭、微處理器、壓力、溫度傳感器于一體, 采取內置式組合,使結構更加緊湊,可直接測量流體的流量、壓力和溫度,并自動實時跟蹤補償和壓縮因子修正;

    4.采用雙探頭檢測技術及新型傳感器處理技術、合理的安裝方式,大大地提高信號強度,使傳感器能準確地檢測出信號,并抑制由管線振動引起的干擾;

    5.采用國內領先的智能抗震技術,有效的抑制了震動和壓力波動造成的干擾信號;

    6.采用漢字點陣顯示屏,顯示位數多,讀數直觀方便,可直接顯示工作狀態下的體積流量、標準狀態下的體積流量、總量,以及介質壓力、溫度等參數;

    7.轉換器可輸出頻率脈沖、4~20mA 模擬信號,并具有 RS485 接口,可直接與計算機聯網,傳輸距離可達 1.2km;

    8.多物理量參數報警輸出,可由用戶任選其中之一;

    9.壓力、溫度信號為傳感器輸入方式,互換性強;

    10.整機功耗低,可用內置電池供電,也可外接電源。


    主要用途

    智能旋進旋渦流量計可廣泛應用于石油、化工、電力、冶金、城市供氣等行業測量各種氣體流量,是目前油田和城市天然氣輸配計量和貿易計量的首選產品。


    結構與工作原理

    1 流量計結構

    旋進旋渦流量計結構緊湊,主要由殼體、旋渦發生體、傳感器(溫度、壓力、流量)、整流器和積算儀構成。

    旋進漩渦流量計結構圖

    1.旋渦發生體:用鋁合金制成,具有一定角度的螺旋葉片,它固定在殼體收縮段前部,強迫流體產生強烈的旋渦流。

    ⒉殼體:本身帶有法蘭,并有一定形狀的流體通道,根據不同的工作壓力,殼體材料可采用鑄鋁合金或不銹鋼。

    ⒊智能流量計積算儀:由溫度、壓力檢測模擬通道、流量檢測數字通道以及微處理單元、液晶驅動電路和其它輔助電路組成,并配有外輸信號接口。

    4.溫度傳感器:以 Pt100/pt1000 鉑電阻為溫度敏感元件,在一定溫度范圍內,其電阻值與溫度成對應關系。

    5.壓力傳感器:以壓阻式擴散硅橋路為敏感元件,其橋臂電阻在外界壓力作用下會發生預期變化,因此在一定激勵電流作用下,其兩個輸出端的電位差與外界壓力成正比。

    6.流量傳感器:安裝在靠近殼體擴張段的喉部,可檢測出旋渦進動的頻率信號。

    7.整流器:固定在殼體出口段,其作用是消除旋渦流,以減小對下游儀表性能的影響。


    2 工作原理

    流量傳感器的流通剖面類似文丘利管的型式(如圖 2)。在入口側安放一組螺旋型導流葉片,當流體進入流量傳感器時,導流葉片迫使流體產生劇烈的旋渦流。當流體進入擴散段時,旋渦流受到回流的作用,開始作二次旋轉,形成陀螺式的渦流進動現象。該進動頻率與流量大小成正比,不受流體物理性質和密度的影響,檢測元件測得流體二次旋轉進動頻率就能在較寬的流量范圍內獲得良好的線性度。信號經前置放大器放大、濾波、整形轉換為與流速成正比的脈沖信號,然后再與溫度、壓力等檢測信號一起被送往微處理器進行積算處理,最后在液晶顯示屏上顯示出測量結果(瞬時流量、累積流量及溫度、壓力數據)。積算儀原理框圖如圖 3 所示。

    旋進漩渦流量計工作原理圖

    2.3 流量積算儀工作原理

    流量積算儀由溫度和壓力檢測模擬通道、流量傳感器通道以及微處理器單元組成,并配有外輸出信號接口,輸出各種信號。流量計中的微處理器按照氣態方程進行溫壓補償,并動進行壓縮因子修正,氣態方程如下:

    旋進漩渦流量計積算儀工作原理圖

    QN——標況下的體積流量(Nm3/h);

    QV——工況下的體積流量(m3/h);

    Pa——當地大氣壓力(KPa);

    P ——流量計取壓孔測量的表壓(KPa);

    PN——標準狀態下的大氣壓力(101.325 KPa);

    TN——標準狀態下的絕對溫度(293.15K);

    T ——被測流體的絕對溫度(K);

    ZN——氣體在標況下的壓縮系數;

    Z ——氣體在工況下的壓縮系數;

    注:當用鐘罩或負壓標定時取 ZN/Z=1,對天然氣(ZN/Z)1/2=FZ為超壓縮因子。按中國石油天然氣總公司的標準 SY/T6143-1996 中的公式計算。

    旋進漩渦流量計原理計算公式


    四、熱式氣體質量流量計

    熱式氣體質量流量計是利用熱傳導原理測流量的儀表。該儀表采用恒溫差法對氣體質量流量進行準確測量。具有體積小、數字化程度高、安裝方便,測量準確等優點。

    傳感器部分由兩個基準級鉑電阻溫度傳感器組成。采用橋式環路,一個傳感器測量流量溫度,另一個傳感器維持高于流體溫度的恒溫差,可以在高溫和高壓條件下進行流量測量。

    熱式氣體質量流量計產品圖

    熱式氣體質量流量計具有如下技術優勢:

    1.真正的質量流量計,對氣體流量測量無需溫度和壓力補償,測量方便、準確??傻玫綒怏w的質量流量或者標準體積流量。

    2.寬量程比,可測量流速高至 100Nm/s 底至 0.5Nm/s 的氣體,可以用于氣體檢漏。

    3.抗震性能好使用壽命長。傳感器無活動部件和壓力傳感部件,不受震動對測量精度的影響。

    4.安裝維修簡便。在現場條件允許的情況下,可以實現不停產安裝和維護。(請參見安全注意事項)

    5.數字化設計。整體數字化電路測量,測量準確、維修方便。

    6.采用 RS-485 通訊,或 HART 通訊,可以實現工廠自動化、集成化。


    技術參數

    熱式氣體質量流量計技術參數對照表


    五、金屬管浮子流量計

    產品概況 

    LZ 系列金屬管浮子流量計結構簡單、工作可靠、準確度高、適用范圍廣。與玻璃轉子流量計相比較能耐較高的壓力。LZ 系列流量計具有就地指示、電遠傳、限位開關報警、耐腐蝕、夾套型、阻尼型和防爆等品種。廣泛應用于國防、化工、石油、冶金、電力、環保、醫藥和輕工等部門的液體、氣體流量的測量與自動控制。

    流量計檢測部分零件均有 1Cr18Ni9Ti 不銹鋼材料制成 ,特殊場合也可由 Cr18Ni12Mo2Ti 或 F46 等耐腐蝕材料組成。流量計除特殊規格外,高度均為 250 mm。

    連接法蘭采用 GB/T9119.8~10 標準,也可根據用戶特殊要求定制。

    金屬管浮子流量計產品圖

    原理結構 

    由下而上的流體通過直立的測量管時,浮子在壓差的作用下上升、浮子上升的高度即代表流量的大小。并通過浮子中的磁鋼與指示器中的磁鋼耦合聯結傳遞給指示器,帶動指示器中的指針轉動。

    金屬管浮子流量計結構圖


    技術要求 

    1. 測量范圍:水(2.5~60000)L/h;空氣(0.07~2000)m3/h (在 0.101025 MPa、20℃)。

    2. 準確度等級: 1.5、2.5 級。

    3. 量 程 比: 10:1。

    4. 工作壓力: DN15~50,4 MPa; DN80~100,1.6MPa。

    5. 介質溫度: -80℃~200℃(內襯 F46 流量計 0℃~80℃)。

    6. 液體介質粘度:DN15<5mPa·s;DN25~100<5mPa·s。

    7. 連接方式:法蘭連接、螺紋連接等;法蘭采用 GB/T9119.8~10 標準。

    8. 總 長 度: DN15~100 250mm。

    9. 測量管材質:普通型 1Cr18Ni9Ti,耐腐型 Cr18Ni12Mo2Ti,316L、316 襯 F46 等。

    如用戶有特殊要求可特殊訂貨。


    六、孔板流量計

    原理及結構

    節流裝置是測量流量的差壓感受元件。配合差壓變送器以及多功能流量積算、控制、記錄儀表,組成流量測量系統;對于氣體、蒸汽、密度變化較大流體流量測量,最好增加壓力變送器、溫度傳感器組成溫壓補償系統,對流量測量系統進行修正,以求更加精確的流量測量數據。當節流裝置與溫度傳感器配合使用,配合熱能積算功能儀表組成流量、熱能測量系統。由于節流裝置技術成熟,安裝方便,使用穩定可靠,價格合理等特點,在流量儀表中應用廣泛,幾乎可以應用所有流量測量范圍。

    節流裝置由標準節流件,取壓裝置和符合要求的前、后直管組成。

    節流組件由節流件、取壓裝置(包括取壓口、引壓短管、一次閥門)、配套法蘭組成。

    孔板流量計產品圖

    充滿管道的流體,當它們流經管道內的節流裝置時,流束將在節流裝置的節流處形成局部收縮,從而使收縮面內平均流速增加,在節流件的上游側靜壓力上升,下游側靜壓力降低,于是在節流裝置前后便產生了壓力降或叫差壓△P,介質的流速愈大,在節流裝置前后產生的壓差也就愈大,所以可通過測量壓差來衡量流體流量的大小。這種測量方法是以能量守恒定律和流動連續性方程為基礎的。


    計算公式

    孔板流量計原理計算公式

    在關系式可知當節流件開孔d,流體密度ρ一定時,則流量與靜壓差成平方根關系,根據差壓元件測得靜壓差大小,可以運算出流量大小。

    公式中具體各代號所指定義及單位請查閱供貨時所提供的計算書。

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