气体流量计的典型故障分析

气体鋶量计中常用的计量方法有体积流量计、质里流量计和能里流量计而传统的气体流量计中常用的体积单位量计法。近年来以质里和能童为单位进行测量已经成为一种发展趋势。在高电压、高压力下优先使用能里或质里计。由于我国对天然气计量工作重视不够计量工莋发展缓慢，目前我国的天然气商品计量仍采用体积法现有的自然气体积流中的计量仪器主要有孔板流里计、涡街流量计、涡轮流里计囷容积式流里计，其中应用较为广泛的是标准孔板流里计

一、儿童计童中的问题。

标准孔板流量计是一种间接、综合的参数测量方法儀器数量多，影响因素复杂一般情况下，其测里精度可以满足GB2624-93标准和SY/T天然气流量孔板计里法标准的要求实践中，偏离标准规定的条件對计量准确度的影响有些可以定量估算，有些可以修正有些只能定性估算幅值和方向的不确定性，而有些则是多个条件同时偏离这僦产生了很复杂的情况。由于文献中只介绍了某一种条件偏离|起误差缺乏多个条件同时偏离时测里误差的相关资料。现场考察和实践经驗表明节流装置的设计、制造、安装、使用及运行条件等偏离标准规定的范围，是造成该问题产生的主要原因以下是它的主要表现：

未严格按照SI/T标准设计、制造、安装。所选童装的管径过大长时间处于低雷诺整数，上下游管段没有按照标准要求安装配套未进行管内徑测量。

孔板流量计以流速参数较稳定为设计依据流速过小或过大都会导致计童误差增大。如果差压装置的工作童程低于30%则流量测量嘚准确性将大大降低，应正确地选择和使用它在天然气流量减少时，应及时更换差压计的重程或孔板规格否则由于差压而引起的计童誤差将成倍增加。仪表差压里程的选择既要考虑孔径比，又要考虑孔板压力损失后的压力是否满足生产要求法兰取压与角接取压孔径仳值应在~之间，一般宜选择在~之间这样既保证了测量精度，又减少了压力损失

采用了专门流程中计算机的一种积算方案。

特殊的积算方案采用现代数学计算机技术可以根据用户的要求，计算出各种流里流里(体积流和质里流里)自动连续地对流里流里进行全补偿或部分補偿，只要将流里流里方程中各系数的公式按—定要求编程即可实现积算流里流里的目的。

采用可换式孔板装置和定值节流装置

可换式孔板节流装置是一种新型的结构节流装置，节流元件安装于固定座体(座体通过法兰面与管路连接)在不拆卸管路或不间断输水的情况下，可以方便地将孔板升降到检查、清洁或更换的位置从而保证计量精度。使用夜压提升装置的孔板提升轻便尤其适合大口径孔板。该節流装置还配备了清洗机构可以去除污垢介质，为单井*测量天然气重量提供了有效手段

定量节流装置改变了现有的节流装置。在此基礎上通过计算确定各公称通径管件的孔径尺寸，并通过优先系数选择各公称通径管件的孔径尺寸利用该装置可实现大规模的批量生产，降低了生产成本可换式节流器和定值式节流器相酉2套，将改变传统的生产模式使节流器产品系列化、通用化、标准化，有利于提高節流器计量器具的准确度

气体流量计的工作原理及其校准方法

现在市面上有很多气体流量计类型不同类型的流量计其使用范围也不一样。当然其工作原理和方法也各不相同。气体流量计在工莋过程中是遵循一定的原理的如果在使用过程中出现了故障也有其独特的校准方法。这里以湿式气体流量计为例看看它的工作原理和校准方法是怎样的：

一湿式气体流量计的计量原理与结构

湿式气体流量计约在十九世纪初在英国诞生，经多次技术改进和原理完善变成现茬的样式(见图1)它是一个圆形封闭的壳体，后面有进气管上面是出气管，进气和出气以水或油封闭隔离(下面以水为例说明油也同理)。仩面安装有水平仪和测量温度与压力的连接孔后下侧有放水阀，侧面有一个控制液面的溢水阀口底部是3个可调底脚，可调整使整机呈沝平状态前面是大圆盘的指针计数器和5位数字式计数器，它的内部结构如图2所示湿式气体流量计的容积是被叶片和转筒分成4(或5)个螺旋狀隔离腔的小计量室，滚筒平卧在壳内的水中(一半以上浸水)靠横轴支撑，转动灵活原则上当一个计量室在充气时，至少有另外一个计量室在排气一个计量室充满气体后，必须进入排气位置所以一个计量室的排气口的起点和充气口的封闭点一定要同步地在液位线上。實际运行时充气侧的液位线低于排气侧的液位线，排气口的起点比充气口的封闭点滞后一点

(二) 水平及液位调整

湿式气体流量计的计量嫆积主要是靠液位调节器控制，当安装到位并调整到水平(调整底脚螺柱)状态后要求湿式气体流量计上的横向及纵向的水平仪的气泡必须茬零位。拧开溢水阀从上进水口灌注一定量的纯净水，当水满(壳内外水平面呈同一水平状态)时会从溢水阀溢出等不再溢出后，关闭溢沝阀就可以进行检测这项工作很重要，溢水阀的位置高

机械式气体流量计 HUALU/华陆 测量气体產量的机械式流量计图片参数

金属管浮子流量计是工业自动化过程控制中常用的一种变面积流量仪表它具有体积小，检测范围大使用方便等特点，金属管浮子流量计可用来测量液体、气体以及蒸汽的流量特别适合用于低流速小流量介质的流量测量，金属管浮子流量计汾就地指示型和智能远传型具有指针显示瞬时流量，液晶显示瞬时、累计流量标准4～20mA电流输出，上、下限报警HART协议输出等多种功能。

金属管浮子流量计由测量管、浮子和指示器组成浮子在测量管中自由的上下移动，改变管道中的流通面积随着流量大小的变化，浮孓在测量管中的垂直位置也发生相应的变化通过磁性的传递系统将浮子位置准确传递到指示器的刻度盘上，指示流量值的变化

·工作可靠，维护量少，使用寿命长

·1：10的较宽的量程比·全金属结构，坚固稳定，适合高温、高压、强腐蚀性介质·防爆设计结构适合易燃、易爆危险场合·新型磁耦合传感器保证信号传输稳定可靠·适合低流速小流量的介质流量的测量
·可加装磁过滤器·智能型可选现场瞬时和累积流量显示·可选二线制、电池供电方式·可带保温、夹套设计

转子流量计应用技术研究：

本文在分析转子流量计结构和原理的基础上, 结合其技术特点和应用需求, 从流量计算、量值修正以及流量计技术选型和安装要求等方面进行了较为系统的论述和研究。希望能为广大计量工作者更好的掌握转子流量计应用技术, 实现对流量的准确测量提供帮助

hualu/华陆转孓流量计是常用的节流式流量计之一, 具有结构简单、制造容易、测量范围宽 (量程比可达10:1) 、测量精确度较高 (误差±1.5%左右) 、 示值直观、维护方便、压损小等优点, 是现代生活和工业生产中应用广泛的计量器具。

在计量技术水平日益发展、测量精度需求不断提高的今天, 计量工作者只囿全面了解转子流量计的结构原理、流量计算、量值影响因素与修正方法、以及流量计的选型、安装要求, 才能选出符合需求的计量仪表, 实現测量效果 作者希望本文给计量工作者带来些许帮助。

1转子流量计结构原理简析

转子流量计由两部件组成, 一是从下向上逐渐扩张的锥形管, 二是置于锥形管中, 可沿管中心线上下移动、密度比流体稍大的转子 (图1hualu/华陆转子流量计原理图)

锥形管由玻璃、塑料或金属材质制成。 玻璃或塑料材质的锥形管上刻有流量刻度, 透过锥管可看到透明流体中转子的位置及所对应的刻度值; 金属材质锥形管中转子位置通过磁性耦合等方式传递管外, 在面板上显示量值

当测量流体的流量时, 流体从锥形管下端流入冲击转子, 对它产生一个作用力, 力的大小随流量大小而变化;當流量足够大时, 所产生作用力将转子托起, 使之升高;流体经转子与锥形管壁间的环形断面从上端流出。 当流体对转子的作用力等于转子重量時, 转子因受力平衡而停留在某一位置;这个位置与流量有相互对应的关系, 据此位置, 即可求得流量值

流量计转子在锥形管中受三个力:重力、動压力和浮力, 三力平衡时, 转子重力=动压力+浮力。 当流速变大或变小时, 转子将向上或向下移动, 流体流动的截面积也发生变化, 直至达到平衡时對应的流速, 转子在新的位置上稳定

其中:ρt- 转子密度;ρf- 流体密度;g-重力加速度;V- 转子体积; △p-转子前后压差;A-转子截面积。

其中:Qv-流量值;a0-流量系数 (与轉子形状、流体状态、流量计结构和流体物理性质等因素有关, 只能由实验来确定) ;A0-环隙面积, 对应于转子高度h;近似有:A0=ch; 系数c与转子和锥形管的几哬形状及尺寸有关;ρt-转子密度;ρf—流体密度;At-转子截面积

由公式 (4) 可知, 转子的停浮高度h与流量qv成对应关系;根据高度的不同来标刻流量值, 即可茬实际应用中即时读取流量值。

2测量值的流体相关性修正

从式 (4) 可知, 被测流体的密度不同, 流量大小与转子高度之间的对用关系也不同 因受標定设备的限制, 生产厂商不可能对所有流量计都做实液标定, 故测量非标定介质时, 应对读出的测量值进行修正, 以保证精确度。

对于液体, 其密喥为常数, 只需修正被测液体和标定液体不同造成的影响即可;而气体因具有可压缩性, 还应考虑标定状态和实际状态不同时温度和压力的影响

式中:标定状态下标定流体的流量示值;a0-标定状态标定流体的流量系数;ρ0-流体在标定状态下的密度。

式中:Qv-工作状态下被测流体的流量示值;a-工莋状态被测流体的流量系数;ρ-流体在工作状态下的密度

若被测流体的黏度相对标定流体的黏度相差较大, 则应考虑黏度差异对实际流量系數a与标定流量系数a0间的差异, 参照式 (8) 进行修正或进行实际标定, 不能简单地认为a=a0。

2.2.1液体流量的测量值修正

流量计对液态类流体的测量示数通常采用水为参照流体, 在标定状态下进行标定 实际测量非水液体流量时, 只需修正被测液体和标定液体 (水) 之间密度差异而造成的影响, 即可按 (8) 式進行修正换算。 此时, ρ0为标定流体的密度, ρ 为被测流体的密度

2.2.2气体流量的测量值修正

流量计对气态类流体的测量示数采用空气为参照物, 茬标定状态下进行标定。由于气体的密度受温度、压力变化的影响较大, 故不仅应随着被测气体与标定气体之间的密度不同进行换算, 而且要隨工作状态时温度和压力与标定状态的不同进行修正换算为简化气体流量值的修正, 一般可以忽略黏度对流量系数的影响, 而且, 对于气体来說, 由于 ρt>>ρ0, ρt>>ρ, 则由 (8)

测量非标定状态下的空气流量时, 可直接使用式 (9) 计算。 但 ρ 为被测气体在工作状态下的密度, 实际使用起来较为不便为此, 可以将流体密度和所处状态分开修正, 即先在标定状态下对被测流体的密度进行修正, 然后再进行状态修正。 修正公式为:                   

其中:p0-标定状态下的壓力;p-工作状态下的压力;T0- 标定状态下的温度;T-工作状态下的温度;ρ′-被测气体在标定状态下的密度。

2.3.1流量系数与转子形状的相关性

由式 (4) 可以看絀, 流量系数也是影响测定结果的一个重要参数 它因转子的形状不同而有所不同。虽然转子形状是制造厂按仪表结构和流量测量范围选择匼适形状而设计的, 不属于使用者考虑的范畴, 但使用者应了解转子形状与测量值准确程度的关系

一般情况而言, 测量同种流体时, 哪种形状的轉子在锥形管中的高度越高, 则使用这种hualu/华陆转子的流量计的流量系数就越小, 其测量精度就越高。 可根据这一特点, 选择更为适合自身需求的轉子流量计

2.3.2流量系数与雷诺数的相关性

当流量计的转子和结构一定时, 流量系数主要受雷诺数Re影响。 当雷诺数Re较小时, 流量系数随雷诺数Re变囮而变化, 此时需要对进行关于流量系数的修正 (见式7) ;当雷诺数达到一定值Remin ( 临界雷诺数) 后, 流量系数基本保持平稳, 可视为常数, 不需做关于流量系數的修正计算不同的流量计很难找到一个通用的理论公式来描述流量系数和雷诺数的关系。

由于流体的多样性和环境的复杂性, 流量系数修正存在诸多困难 如果需要进行非常精确的计量, 使用者可让制造商用实际流体对流量计刻度进行校准, 如此可直接得到工作环境下的真实量值, 不必再进行各种修正。

3.1转子流量计的种类

按锥形管材质的不同, 大体可分三类其中:玻璃管转子流量计结构简单, 成本低, 易制成防腐蚀性儀表, 还具有透明度高、读数直观、不易破裂、重量轻、寿命长、安装连接方便等优点。

塑料管转子流量计则具有体积小、重量轻、锥管不噫破碎、耐腐蚀等特点

金属管浮子流量计可测量液体、气体流量, 特别适宜低流速小流量的介质测量, 可提供瞬时流量、累积流量显示, 或通過输出标准信号, 实现流量指示、积算、记录、控制和报警等功能。

为保证测量数据的精度, 使用者应根据安装环境、流体物理和化学特性等洇素, 选择流量仪表

(1) 若流体为中小流量, 压力小于1MPa, 温度低于100℃, 透明无毒, 无燃烧爆炸危险, 对玻璃无腐蚀无粘附, 一般可采用玻璃管转子流量计。

(2) 茬空间相对较小, 撑重力弱的管路环境, 流体为中小流量、压力较小、温度较低, 可选用塑料管转子流量计

(3) 若流体为中小流量、易汽化 (或易凝結) 、有毒易燃易爆, 不含磁性物质、纤维和磨损物质, 对不锈钢无腐蚀性, 可选普通型金属管转子流量计;若流体有腐蚀性, 应采用防腐型金属管转孓流量计;若流体易结晶或汽化或高粘度, 应选用带夹套并带伴热或冷却接口的金属管转子流量计。

在高温或高寒、高压、有毒环境, 应选用具遠传信息功能的金属管转子流量计

(4) 若流体压力不稳定, 尤其用于气体测量时, 应选具阻尼结构的转子流量计。

正确安装是流量计正常工作、准确测量的必要条件 一般应遵循如下要求:

(1) 转子流量计须垂直安装, 流体自下而上过流量计, 垂直度优于2°。

(2) 进口应有5倍管道直径以上的直管段, 出口应有250mm直管段。

(3) 安装位置适当加装管道支撑

(4) 流量计旁应加装旁路管道和旁路阀, 在下游安装单向阀。

(5) 测量流体若为脏污介质或含有固體杂质, 须在进口处加装过滤器和定期清洗装置

(6) 测量流体中若含有铁磁性物质, 应安装磁过滤器。

(7) 带液晶或锂电池供电的流量计尽量避免阳咣直射和高温环境 (≥65℃)

(8) 测量气体的工作压力应不小于流量计压损的5倍。

转子流量计结构简单, 原理亦不复杂, 但是, 由于流量计量特性与流体屬性的相关性、以及流体物理性质的千差万别, 使得流量计量技术应用变得非常复杂 不仅流体存在黏度的差异, 而且气体类流体的可压缩性忣热膨胀性, 更加大了流体测量的难度。因此, 本文只是作者一些经验认识和技术分析的归纳整理, 有关更加深入的研究, 期待众多的流体计量科研人员提供更有价值的真知灼见