摘要:文章主要(yao)介紹了海洋平(ping)台常用流量計(jì)
的原理和特點(diǎn)，結合海洋平台(tai)的特點叙述了(le)流量計選型時(shí)🌈的✊注意事項，并(bing)給出了海洋平(ping)台常用流量計(jì)的選型原則和(he)計算方法，爲海(hǎi)洋平台選出合(hé)适的流量計提(ti)供了一種方案(an)。
流量計量是海(hǎi)洋平台計量的(de)重要組成部分(fen)之海洋平台空(kōng)間緊張，油氣生(sheng)産設施布置緊(jǐn)湊，距離陸地較(jiào)遠，一旦發㊙️生風(feng)險，輕則影響生(shēng)産，重則導緻平(píng)台火災和原油(you)洩漏，造成重大(da)經濟損失和惡(è)劣的社會影響(xiang)。因此做好工作(zuo)流量🎯計的選型(xing)🈚，對保證生産質(zhì)量、提高生産效(xiao)率等😘具有重要(yao)的作用。
流量計(jì)量是一項極其(qi)複雜的工作，需(xu)要考慮各種環(huán)境因素、被測介(jiè)質的理化特性(xing)、被測介質當前(qián)的工藝參數等(děng)。流量測量方法(fǎ)很多，流量儀表(biao)的種類更是繁(fán)多，可供工業用(yong)的流量計量儀(yi)表就有60多種”。每(měi)種産品适用性(xing)和局限性都✍️不(bú)一樣。目前，海洋(yang)平🐪台可選的流(liú)量計類型主要(yao)有科氏質量流(liu)量計、超聲波流(liu)量計、容積式流(liu)量計、孔闆流量(liang)計、電磁流量計(jì)、渦輪流👄量計、渦(wō)街流量計、轉子(zi)流☂️量計、V錐型流(liú)量計、靶式流量(liàng)計等。
1海洋平台(tái)常用流量計的(de)原理及特點
1.1科(kē)氏質量流量計(ji)
科氏質量流量(liang)計的傳感器内(nèi)有2個平行流管(guan)，中間設有驅動(dong)線圈，兩端設有(you)檢測線圈。當發(fā)射機提供的激(ji)勵電壓加到驅(qū)動線圈上，振動(dòng)管在往複周期(qī)中振動，流體流(liu)過傳感器的振(zhen)動管時👄，振動管(guan)就會産生科氏(shì)力效應，使振動(dong)管産生扭轉振(zhen)動。安裝在🌐振動(dòng)管兩端的檢測(ce)線圈将産生2組(zǔ)不同相位的信(xìn)♊号，2個信号的相(xiàng)🤟位差與流體通(tong)過傳感器的質(zhi)量流量成正比(bi)。
優點:直接測量(liàng)流體的質量流(liú)量，測量精度高(gao);測量範圍廣泛(fan)👈;測量管的振動(dong)幅小，可視作非(fēi)活動件，無🌐擾流(liú)件和活動件;測(ce)量值對迎流流(liu)速分布不敏感(gǎn)、對流體黏度不(bu)敏感;流體密度(dù)對測量值影響(xiǎng)微小。缺點:零點(dian)❗不穩定;不能用(yong)于測量低密度(du)介質和低壓氣(qi)體;容易受到振(zhèn)動幹擾;無法測(ce)量大管徑;測量(liang)管内壁沉積🔴結(jié)垢或磨損腐蝕(shí)㊙️會嚴重影響測(ce)量精度”;壓損大(dà);重量較大，體積(jī)較大;價格昂貴(guì)。
1.2超聲波流量計(ji)
超聲波流量計(jì)
是指基于超聲(sheng)波在流動介質(zhì)中傳播速度等(deng)于被測介☁️質的(de)平均流速與聲(sheng)波在靜止介質(zhi)中速度的矢量(liàng)和的原理開發(fā)的流量計，主要(yao)有多普勒式、時(shí)差式、波束偏移(yi)式、噪聲式及相(xiàng)💃🏻關式等類型田(tian)。海洋平台通常(chang)采用多聲道、時(shi)差式。時差式基(jī)本原理:超聲波(bō)沿流體正向傳(chuan)播和其沿流體(ti)逆㊙️向傳播的速(su)度不同會引🧡起(qi)時差。采用2(多)個(gè)超聲波發送器(qi)(UA和UB)和2(多)個超聲(sheng)🤩波接收(RA和RB)，2組取(qǔ)自同一聲源的(de)聲波在UA與RA之間(jiān)和UB與RB之間分别(bie)傳送，這2組聲波(bō)與管道均成α角(jiǎo)🥵(α=45°)，超聲波流量計(jì)原理示意圖見(jiàn)圖1。向下遊發射(shè)的超聲波會被(bei)流體加速，而向(xiàng).上遊發射的超(chao)聲波會被延遲(chi)，其時間🌈差與流(liú)體流速成正比(bǐ)。。也可以發送正(zheng)弦波🧡信号測量(liang)2(多)組聲波之間(jiān)的相移來計算(suàn)出流體的流速(su)🙇🏻。
優點:可作非接(jiē)觸測量，無擾流(liu)，無壓損;可測量(liang)大尺💔寸🌈管道，在(zài)無法實現實流(liu)校驗時可選擇(zé)超聲波流量計(ji)👄;可測量非導電(dian)性流🈚體。缺點:耐(nài)溫性能不高;抗(kàng)幹擾能力差;直(zhí)管段要求嚴格(gé)✨;結垢會嚴重影(yǐng)響測量精度及(ji)測量精度;可靠(kao)性、精♊度等級不(bú)高;重複性🏃♂️差、使(shǐ)用壽命♌短、價格(gé)較高，超聲流量(liàng)計(時差式)隻能(néng)用于潔淨流體(tǐ)。
1.3容積式流量計(ji)
容積式流量測(cè)量是采用固定(dìng)的小容積來反(fǎn)複計⛹🏻♀️量通‼️過流(liu)💋量計的流體體(ti)積。在容積式流(liu)量計内部必須(xu)具有⛹🏻♀️一個或多(duō)個标準容積的(de)空間，通常稱爲(wei)“計量空🏃🏻♂️間”，該空(kōng)🔴間由儀表殼體(tǐ)内壁和流量計(jì)轉動🧑🏾🤝🧑🏼部件組成(cheng)。流體通過會帶(dai)動流量計的轉(zhuǎn)動部件旋轉，在(zài)這個過程中，流(liu)體一次又一次(ci)地充滿計量空(kong)間，然後在一次(ci)又一次地排出(chu)。在一定條件下(xia)，該計🏃量空間的(de)容積是固定的(de)，測得流量🔴計轉(zhuan)動部件的旋轉(zhuǎn)次數，即可以計(jì)算得到通過流(liú)量計的流體流(liú)量的累積值。
優(you)點:計量精度高(gāo);無直管段要求(qiú)，能用于高黏度(dù)、低雷諾數🔞流體(ti)的測量;可選直(zhi)讀式儀表，無需(xu)外部能源(也可(ke)采🍓用锂電池供(gòng)電)，可直接測量(liàng)累積流量。缺‼️點(dian):結構複雜，體積(ji)大;對被測介質(zhi)種類、潔淨度和(he)相态要求較高(gao);不能用于高溫(wen)和低溫工況;産(chan)生較大噪聲和(he)振動。
1.4孔闆流量(liàng)計
孔闆流量計(jì)
是由标準孔闆(pǎn)和
差壓變送器(qì)
配套組成的流(liú)量計量儀表，屬(shǔ)于差壓式流量(liàng)計的一種🈚。它是(shì)♻️以流動連續性(xing)方程和伯努利(lì)方程式爲基礎(chǔ)，當充滿管💞道的(de)流體流經标準(zhǔn)孔闆時，在孔闆(pan)的節流孔處流(liu)體流速加快，在(zai)孔闆前後産生(shēng)了壓差，流體的(de)流量越大，在孔(kǒng)闆前後産生的(de)😍壓差越大，便可(kě)通過測量壓差(chà)來計❤️算出流體(tǐ)流量。
優點:标準(zhǔn)節流孔闆無需(xū)實流校準;結構(gòu)簡單、易于⛱️複制(zhì);性能穩🔴定可靠(kao);應用廣泛，價格(ge)低廉。缺點:長期(qi)使用精度下降(jiàng)，需要适時保養(yǎng);重複性、精度不(bu)高，測🈚量範圍🌐窄(zhai)，受流⛹🏻♀️體雷諾數(shù)影響較大;安裝(zhuāng)要求較高;壓損(sun)大，長✉️期運行和(he)後期保養費用(yòng)高。
1.5電磁流量計(jì).
電磁流量計
是(shi)依據法拉第電(diàn)磁感應定律研(yan)發的适用于多(duo)數可導電介質(zhi)的流量計。根據(ju)該原理，在導管(guǎn)垂直方❗向施加(jiā)一個交變的⭕磁(cí)場，并在流量計(jì)絕緣襯裏的内(nei)壁兩❌側設置2台(tai)配套電極，兩電(diàn)極的📐連.線既與(yǔ)導管軸線垂直(zhi)，又與磁場方向(xiang)垂直，當流體🌈流(liu)經導管時，因切(qie)割磁感線，2個電(diàn)極上就産生感(gǎn)應電動勢，該感(gan)應電動勢與流(liu)量成正比，通過(guo)測量該電動勢(shi)的大小可計算(suàn)出管内流動的(de)流體的流量。
優(you)點:不受流體密(mì)度、黏度、溫度、壓(yā)力等物.理性質(zhì)變化的影響;無(wu)擾流，無壓損，特(te)别适合漿液測(ce)量;耐腐蝕、耐🐉磨(mó)損;功耗✉️低、零點(dian)穩定、精度高;可(ke)雙向測量;傳感(gan)器使用壽命極(jí)長;所需的直管(guǎn)段較短。缺點:無(wú)法測量含有大(da)量氣體的液體(ti);被測液體的電(diàn)導率須㊙️高于10-5S/cm;不(bu)能用于高溫和(hé)高壓流體的測(ce)🏃♀️量;易受外界環(huán)境電磁場的幹(gàn)擾。
1.6渦輪流量計(jì)
渦輪流量計
是(shì)應用力學原理(lǐ)進行流量測量(liàng)的典.型流量計(ji)。流體通過管道(dao)時帶動渦輪旋(xuan)轉，在--定條件下(xià)，測得轉動部件(jian)的旋轉速度，渦(wō)輪的轉速與流(liú)量成正比，通過(guò)測量渦輪的轉(zhuan)速可計算出管(guan)内流動流體的(de)流量。
優點:精度(dù)高，能耗少，重複(fú)性好，無零點漂(piāo)移，結構緊湊。缺(quē)點:校㊙️準時效不(bu)長，需要定期校(xiao)準;流體物性對(dui)流量👅特性影響(xiang)大;有⭐傳動部件(jian)，抗震動能力差(cha);必須水平安裝(zhuāng)。
1.7渦街流量計
渦(wō)街流量計
也稱(cheng)之爲旋渦流量(liang)計或卡門渦街(jiē)流量計，測量基(ji)🐪本原理🧑🏽🤝🧑🏻是流體(tǐ)在流經旋渦發(fa)生體時會産生(sheng)振蕩。當流體在(zai)管道中經💋過旋(xuán)渦發生體時，在(zài)旋渦發生體後(hou)上下交替産生(shēng)2列規則的旋渦(wo)，旋渦的釋放頻(pín)🌈率與流體平均(jun1)速度及旋渦發(fa)生體特征寬度(du)有關🐪，可用ƒ=Stuv/d表示(shi)。ƒ爲旋渦的釋放(fàng)頻率，Hz;v爲流體平(ping)均速度，m/s;d爲旋渦(wō)發生體特征寬(kuān)度，m;St爲斯特勞哈(ha)爾數(Strouhalnum-ber)，無量綱，它(tā)的數值範圍爲(wèi)0.14~0.27。St與流體的雷諾(nuò)數有關，流體的(de)雷諾數Re在2x104~7x106之間(jiān)時，St爲常數，這也(ye)是渦街流量計(jì)的精度保證範(fan)圍。
優點:結構簡(jiǎn)單，無可動部件(jian)，可靠性高;安裝(zhuāng)簡單，維💚護💯方㊙️便(bian);性能穩定，壽命(mìng)長;無零點漂移(yi)，精度較高;壓損(sǔn)較小，運👨❤️👨行費用(yòng)低。缺點:誤差大(da);抗振性能差;測(ce)量髒污介質适(shi)應性差;管⭕段要(yào)求高;耐溫性能(néng)差。
1.8轉子流量計(jì)
轉子流量計
也(ye)稱爲浮子流量(liàng)計，是根據節流(liu)原理測量流體(tǐ)流量的。在流速(su)💔和浮力的共同(tóng)作用下，浮子可(kě)以沿着自下向(xiang)上擴大的豎直(zhí)錐💁形管内運動(dòng)，當浮子重力與(yu)浮力及流體流(liu)動産生的摩擦(cā)力平衡後，浮子(zi)保持相對位置(zhì).上的靜止，在--定(ding)條件下，浮子的(de)位置與♍流體的(de)流速成正比關(guan)系，通過浮子的(de)位置可計算🌈出(chū)通過該處流體(tǐ)的流量。
優點:适(shi)用于小管徑和(hé)低流速;可用于(yú)較低雷諾數流(liu)态;工👅作可靠、維(wéi)護量小、壽命長(zhang);就地型指針指(zhi)示接近于線性(xìng);結構簡單，價格(ge)低廉。缺點:應用(yòng)局限于中小管(guan)徑;玻璃💜管轉子(zǐ)💃流量計的玻璃(lí)管易碎，不适用(yòng)于大部分工業(ye)場地;轉子流量(liàng)計隻能用于自(zì)下向上垂直流(liu)的管道安裝;使(shi)用流體和出廠(chǎng)标定流體不同(tong)時，要作流量示(shi)值修正。.
1.9V錐型流(liu)量計
V錐型流量(liang)計
是一種
差壓(yā)流量計
，其工作(zuò)原理示意圖如(ru)圖2所示，它以流(liu)動連續性方程(cheng)🔞和伯努利方程(chéng)式爲基礎，利用(yong)V錐體在流場中(zhong)産生的節流📧效(xiào)應，通過檢測❓V錐(zhuī)體前後的壓差(chà)來實現流量的(de)測量。與🈚其他節(jiē)流元件相比，它(tā)改變了節流布(bu)局，從中✔️心孔節(jie)流改爲環狀節(jie)流。當充滿管道(dao)的♻️流體，.流經管(guǎn)道内的節流元(yuan)件時，流體将在(zài)節流元件處形(xing)成局部收縮，從(cóng)而使流速加快(kuài)，靜壓力降低🌍，在(zài)節流元件前後(hou)便産生了壓差(cha)，介質流速越大(da)，在❄️節流元件前(qián)後産生🧡的壓差(chà)就越大，流體流(liu)量的大小可通(tong)過測量壓差來(lái)進行測量，由于(yu)其特殊的結構(gòu)，與标準節流裝(zhuāng)置相比，雷諾數(shu)下限值有了很(hěn)大程度的改善(shàn)，但當雷諾數🔞很(hen)小時，V錐型流量(liàng)計的不🤞确定度(dù)将增大，精度将(jiang)難以保證。
優點(dian):流量大、長期測(cè)量精度高、重複(fú)性和穩定性好(hǎo)，安裝限㊙️制少、耐(nai)磨損、耐贓耐污(wū)。缺點:易堵塞、壓(yā)損大、結構🏃♂️複雜(zá)、拆裝困難、量程(chéng)比小、小流量測(ce)量精度低。.
1.10靶式(shi)流量計
靶式流(liu)量計
主要用于(yú)解決高黏度、低(dī)雷諾數流.體的(de)流量測量，工作(zuo)原理是當介質(zhì)在測量管中流(liu)動時，因其自身(shēn)的動能會對阻(zu)👌流件施加一作(zuò)用力，其作用力(li)大小與介質流(liú)速的㊙️平方成正(zhèng)比，阻流件接受(shòu)的作用力💔，經剛(gāng)性連接的傳遞(di)💚件傳至傳🌐感器(qi)，傳感器産生電(diàn)信号輸出此🌈電(dian)壓信号經計算(suan)機處理後，即可(ke)得到🧑🏽🤝🧑🏻相應的瞬(shun)時😄流量和累積(jī)總量。
優點:結構(gou)堅固、無可動部(bu)件、安全可靠;适(shì)合大管徑、高低(di)🌈壓介質的測量(liàng)，拆卸方便;無任(rèn)何洩漏點、耐高(gao)壓，重複性好、測(cè)量速度快;壓損(sǔn)小;抗幹擾;基本(běn)不受流體内雜(za)質影響;能通過(guo)更換阻流件(靶(ba)片)的方法而變(bian)量程;安裝簡單(dān)方便，易維護。缺(que)點:每次安裝都(dou)需要設置零點(diǎn);精度較低❓，不推(tuī)薦用于⛹🏻♀️貿易結(jie)算;不能用于頻(pín)繁斷流的工況(kuàng)。
2雷諾數的計算(suàn)
雷諾數是流體(ti)力學中表征黏(nian)性影響的相似(si)準則✏️數，記✌️作Re。它(tā)🈚又稱雷諾準數(shu)，是用以判别黏(nian)性流體流動狀(zhuang)态的-個無因次(ci)數群。流體在圓(yuán)管内的流動形(xing)态除了與流速(su)有關外，還與管(guǎn)徑、流體的動力(lì)黏度、流體的密(mi)度這3個因🥰素有(yǒu)關，其數學公式(shi)表達爲:
Re=ρv´L/μ,(1)
式中，ρ爲(wei)流體密度;v´爲流(liú)場的特征速度(du)，L爲流場的特⭐征(zhēng)長度;μ爲動力黏(nian)性系數。
3常用流(liú)量計的選型
常(chang)用流量計各有(you)特點，在選用流(liú)量計時應揚長(zhang)避短，根據以下(xià)原則選擇适合(he)本項目的流量(liàng)計。
1)安全生産原(yuán)則。第一是測量(liàng)方式的可靠性(xing)，即取樣或節流(liu)裝置在生産中(zhōng)不會發生機械(xiè)強度或電氣回(hui)路故障✔️而引起(qǐ)事故;二是測量(liàng)儀表無論在正(zhèng)常工作還是在(zài)故障情況下都(dōu)不能對生産系(xì)統的安全性産(chǎn)生影響。高溫高(gao)壓下、沖蝕較嚴(yán)重的場合，不能(neng)使用結構強度(dù)低的靶式、渦輪(lun)流量計，也不能(néng)使☁️用需要插入(ru)安裝的流量計(jì)。
2)滿足工藝需求(qiu)要求原則。根據(jù)相關工藝參數(shu)(流量、密度、黏度(du)、管道的直徑)計(ji)算出雷諾數，當(dāng)雷諾數小于2300時(shi)，流體處于層流(liu)流态;當雷諾數(shù)大于2300且小于4000時(shi)，流體處于過渡(du)流流态;當雷諾(nuò)數大于4000時，流體(ti)處于紊流流态(tài)。工程上的流體(ti)大部分處于紊(wen)流流态，絕😄大部(bù)分的流量計量(liàng)儀表也是針對(duì)紊流流态的流(liu)體進行設計⛷️的(de)💋，所以對于處于(yu)💚層流流态和過(guo)渡流👨❤️👨流态流體(tǐ)的流量計量需(xu)要選用特殊的(de)流量計。
流量計(jì)在其量程比範(fàn)圍内才能保證(zheng)精度，選型時🈲應(ying)注意流量範圍(wei)，選擇合适量程(chéng)比的流量計。常(cháng)用♊流量計量程(chéng)比💋:科氏質量流(liú)量計，100:1;轉子流量(liàng)計，10:1;超聲波流量(liàng)計，100:1;渦街♌流量計(ji)，10:1;渦輪流🔞量計，10:1;靶(ba)式流量計，15:1;孔闆(pan)流量計，3:1;電磁流(liu)量計，100:1，V錐型流量(liàng)計，10:1，容積🚩式流量(liang)計💃，10:1。
3）安裝要求原(yuán)則。流量計精度(du)，受其前後直管(guan)段長度影響，選(xuan)型時應結合管(guǎn)道專業的三維(wéi)模型，按照前後(hou)直管段‼️長度相(xiàng)關要求進行流(liu)量計的選擇，常(chang)用流量計對.上(shang)遊、下遊直管段(duan)的要求如表1所(suo)示，其中D爲流量(liang)計直徑。
4)價格原(yuan)則。科氏質量流(liú)量計、容積式流(liú)量計和超聲波(bō)(管段式🐕)流📞量計(jì)是貴的流量計(ji)，轉子和孔闆流(liú)量💃計價🌈格較低(dī)，而渦輪、渦街、靶(ba)式、
超聲波(外夾(jia)式)
、V錐型等流量(liang)計的價格在250mm(10寸(cun))以内都相差不(bu)遠，250mm.(10寸)以上的流(liu)量計應盡量選(xuan)用價格便宜的(de)孔闆流量計。