智能氣體渦輪流量計(jì)的探索應(yīng)用

如何精確測(cè)量小管徑氫氣一直是困擾我公司的一個(gè)問題。由于氫氣的密度很小,且受溫度、壓力變化的影響較大,我公司經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn),最終選定帶溫度、壓力補(bǔ)償功能的智能氣體渦輪流量計(jì),以達(dá)到準(zhǔn)確測(cè)量氣體介質(zhì)的目的。本文通過對(duì)江蘇奧科儀表公司AK-LWQ氣體渦輪流量計(jì)的工作原理、測(cè)量原理、計(jì)算公式、檢定、標(biāo)定、優(yōu)點(diǎn)和注意事項(xiàng)的闡述,并從實(shí)際測(cè)量氫氣的過程中,分析了氫氣壓縮因子對(duì)氣體渦輪流量計(jì)測(cè)量的相關(guān)影響,供同行參考。

一、氣體渦輪流量計(jì)的工作原理渦輪流量計(jì)是一種速度式流量?jī)x表,當(dāng)被測(cè)流體流經(jīng)渦輪流量計(jì)時(shí),流體的動(dòng)能作用于渦輪的螺旋葉片上,產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力矩Td,使渦輪旋轉(zhuǎn),渦輪旋轉(zhuǎn)時(shí),驅(qū)動(dòng)力矩必須克服同樣作用于渦輪上流過葉片的流體黏性阻力矩Ti、軸承阻力矩Tb、輪殼端部摩擦阻力矩Tw、頂隙阻力矩Tt和作用于輪殼的流體黏性摩擦阻力矩Th。由此可建立渦輪的運(yùn)動(dòng)微分方程:Jdd=Td-(Ti+Tb+Tw+Tt+Th)式中:J渦輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量;渦輪的旋轉(zhuǎn)角速度;時(shí)間。當(dāng)流量恒定時(shí),即渦輪處于勻速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí),以上驅(qū)動(dòng)力矩與阻力力矩相等,則有Td=Ti+Tb+Tw+Tt+Th所有力矩均與來流速度呈一定的函數(shù)關(guān)系,當(dāng)來流速度變化時(shí),其平衡狀態(tài)的轉(zhuǎn)速也隨之改變。根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)的相關(guān)知識(shí)可以看出,渦輪的流量與轉(zhuǎn)速并不是簡(jiǎn)單的線性關(guān)系,其力矩與來流速度的函數(shù)關(guān)系與渦輪的具體結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān),這就是渦輪流量計(jì)的基本數(shù)學(xué)模型。

AK-LWQ系列智能氣體渦輪流量計(jì)的測(cè)量原理我公司采用的是江蘇奧科儀表公司生產(chǎn)的AK-LWQ系列智能氣體渦輪流量計(jì),它是集流量、溫度、壓力檢測(cè)功能于一體,并能進(jìn)行溫度、壓力、壓縮因子自動(dòng)補(bǔ)償?shù)男乱淮髁坑?jì)。其工作原理如下:當(dāng)氣流進(jìn)入流量計(jì)時(shí),首先經(jīng)過獨(dú)立機(jī)芯的前導(dǎo)流體并加速,流體的動(dòng)能作用于渦輪的葉片上,由于渦輪葉片與流體流向成一定角度,此時(shí)渦輪產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)力矩,在渦輪克服阻力矩和摩擦力矩后開始。當(dāng)諸力矩達(dá)到平衡時(shí),轉(zhuǎn)速穩(wěn)定,渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)角速度與流量呈線性關(guān)系,通過旋轉(zhuǎn)的發(fā)信盤上的磁體周期性地改變傳感器磁阻,從而在傳感器兩端感應(yīng)出與流體體積流量成正比的脈沖信號(hào),該信號(hào)經(jīng)前置放大器放大、整形后和壓力傳感器、溫度傳感器檢測(cè)到的壓力、溫度信號(hào)同時(shí)輸出給流量積算儀進(jìn)行處理,直接顯示標(biāo)準(zhǔn)體積流量和標(biāo)準(zhǔn)體積總量。

氣體渦輪流量計(jì)的計(jì)算公式由于是對(duì)氣體的測(cè)量,與溫度、壓力有關(guān)系,并將不同工況條件下的氣體體積流量轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的(P=101.325kPa,T=293.15K)的體積流量,其氣態(tài)方程為Qn=ZZng(PgP+nPa)TTngQg式中:Qn標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積流量,m3/h;Qg未經(jīng)修正的體積流量;Pg流量計(jì)壓力檢測(cè)點(diǎn)處的表壓,kPa;Pa當(dāng)?shù)卮髿鈮?/span>,kPa;Tg介質(zhì)的絕對(duì)溫度(273.15+t),K;t被測(cè)介質(zhì)攝氏溫度,;Zn標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的壓縮系數(shù);Zg工作狀態(tài)下的壓縮系數(shù);Tn標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的絕對(duì)溫度,293.15K;Pn標(biāo)準(zhǔn)大氣壓,101.325kPa。我公司采用的儀表以20、1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓(101.325kPa)作為統(tǒng)一基準(zhǔn)。儀表顯示的壓力就是絕對(duì)壓力,即Pg+Pa,被測(cè)氣體的溫度也可直接測(cè)出,通過公式將工況轉(zhuǎn)換為標(biāo)況,儀表上可以直接顯示出總量、標(biāo)況、工況、工況的溫度、絕對(duì)壓力,使用非常方便。

四、壓縮因子對(duì)氫氣的影響分析大家都知道天然氣必須經(jīng)過壓縮因子修正,由于檢測(cè)的氣體為氫氣,根據(jù)廠家提供的氫氣在不同的溫度對(duì)應(yīng)的不同的壓力下所測(cè)出的氫氣壓縮系數(shù)修正因子,如表1所示。由表1可以看出,壓縮因子均在0.991.0006范圍內(nèi),五、智能氣體渦輪流量計(jì)的標(biāo)定和檢定對(duì)智能氣體渦輪流量計(jì)的標(biāo)定和檢定與普通氣體渦輪流量計(jì)的標(biāo)定、檢定一樣,