智能氣體渦輪流量計的探索應用

如何精確測量小管徑氫氣一直是困擾我公司的一個問題。由于氫氣的密度很小,且受溫度、壓力變化的影響較大,我公司經現場檢驗,最終選定帶溫度、壓力補償功能的智能氣體渦輪流量計,以達到準確測量氣體介質的目的。本文通過對江蘇奧科儀表公司AK-LWQ氣體渦輪流量計的工作原理、測量原理、計算公式、檢定、標定、優點和注意事項的闡述,并從實際測量氫氣的過程中,分析了氫氣壓縮因子對氣體渦輪流量計測量的相關影響,供同行參考。

一、氣體渦輪流量計的工作原理渦輪流量計是一種速度式流量儀表,當被測流體流經渦輪流量計時,流體的動能作用于渦輪的螺旋葉片上,產生驅動力矩Td,使渦輪旋轉,渦輪旋轉時,驅動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動微分方程:Jdd=Td-(Ti+Tb+Tw+Tt+Th)式中:J渦輪的轉動慣量;渦輪的旋轉角速度;時間。當流量恒定時,即渦輪處于勻速旋轉運動時,以上驅動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關系,當來流速度變化時,其平衡狀態的轉速也隨之改變。根據運動學的相關知識可以看出,渦輪的流量與轉速并不是簡單的線性關系,其力矩與來流速度的函數關系與渦輪的具體結構參數有關,這就是渦輪流量計的基本數學模型。

AK-LWQ系列智能氣體渦輪流量計的測量原理我公司采用的是江蘇奧科儀表公司生產的AK-LWQ系列智能氣體渦輪流量計,它是集流量、溫度、壓力檢測功能于一體,并能進行溫度、壓力、壓縮因子自動補償的新一代流量計。其工作原理如下:當氣流進入流量計時,首先經過獨立機芯的前導流體并加速,流體的動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,此時渦輪產生轉動力矩,在渦輪克服阻力矩和摩擦力矩后開始。當諸力矩達到平衡時,轉速穩定,渦輪轉動角速度與流量呈線性關系,通過旋轉的發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出與流體體積流量成正比的脈沖信號,該信號經前置放大器放大、整形后和壓力傳感器、溫度傳感器檢測到的壓力、溫度信號同時輸出給流量積算儀進行處理,直接顯示標準體積流量和標準體積總量。

氣體渦輪流量計的計算公式由于是對氣體的測量,與溫度、壓力有關系,并將不同工況條件下的氣體體積流量轉換成標準狀態下的(P=101.325kPa,T=293.15K)的體積流量,其氣態方程為Qn=ZZng(PgP+nPa)TTngQg式中:Qn標準狀態下的體積流量,m3/h;Qg未經修正的體積流量;Pg流量計壓力檢測點處的表壓,kPa;Pa當地大氣壓,kPa;Tg介質的絕對溫度(273.15+t),K;t被測介質攝氏溫度,;Zn標準狀態下的壓縮系數;Zg工作狀態下的壓縮系數;Tn標準狀態下的絕對溫度,293.15K;Pn標準大氣壓,101.325kPa。我公司采用的儀表以20、1個標準大氣壓(101.325kPa)作為統一基準。儀表顯示的壓力就是絕對壓力,即Pg+Pa,被測氣體的溫度也可直接測出,通過公式將工況轉換為標況,儀表上可以直接顯示出總量、標況、工況、工況的溫度、絕對壓力,使用非常方便。

四、壓縮因子對氫氣的影響分析大家都知道天然氣必須經過壓縮因子修正,由于檢測的氣體為氫氣,根據廠家提供的氫氣在不同的溫度對應的不同的壓力下所測出的氫氣壓縮系數修正因子,如表1所示。由表1可以看出,壓縮因子均在0.991.0006范圍內,五、智能氣體渦輪流量計的標定和檢定對智能氣體渦輪流量計的標定和檢定與普通氣體渦輪流量計的標定、檢定一樣,