渦輪流量計在直管段長度測量中性能的影響
摘要:利用恒定水壓作為流動介質，以流出系數平均相時誤差、線性度為評價指標，通過實流實驗，研究上游組合管件時渦輪流量計測童性能的影響。根據不同的上游阻流件對渦輪流量計測童精度的影響進行了實流實驗研究。根據實驗結果，為保證相對誤差在可接受范圍，給出對于不同形式的上游組合管件渦輪流童計對前直管段長度的建議。
0、引言：
在海洋石油平臺上，渦輪流量計常用于對淡水系統和柴油系統的測量，對流量計精度要求不大于0.5%，重復性不超過1. 0%。為了保證渦輪流量計的測量精度，廠家使用的安裝條件大都要求直管段長度為前10D后5D。然而海洋平臺空間非常緊湊，通常情況下無法滿足真正意義上的前10D后5D的要求。在實際平臺常用的阻流件之后，需要提供多長的直管段就可以滿足工藝精度的要求，這已成為流量計應用到海洋平臺的一項重要議題。本文分別對2006年以后投產的9個新建海洋平臺JZ2s-1 CEP, JZ2s-1S CEP, JZ2s一1 S WHPB、BZ26-3WHPA、BZ26-3 WHPB、SZ36-1 CEPK、JX1-1 CEPA、BZ19-4 WHPB,LD32-2 PSP的三維模型進行了流量計安裝上游的管件形式的整理，總結出3種常見的組合阻流件形式，主要包括球閥+900彎頭、球閥+90“彎頭+漸縮管、球閥+漸縮管，并開展上游組合管件對渦輪流量計性能影響的研究。
1、實驗平臺的設計研究：
1. 1、實驗裝置介紹：
實驗所需液體流量標準裝置如圖1所示。其中包括DN100渦輪流量計(被檢表)、電磁流量計(標準表)、溫度傳感器、三種不同類型阻流件、不同長度的直管段、水泵、實驗操作儀器(計算機)以及一些配件等。
水泵連續的將水池里的水送人高位水塔，水塔通過溢流來保持水壓的恒定。實驗時，水從水塔的下水管引人到標準實驗管道，依次流過標準表和被校表，***后回到水池，中間通過對各種調節閥的調節來進行流量大小的調節以及實驗管線的選擇。
(1) DN100渦輪流量計介紹
LWGY系列渦輪流量傳感器基于力矩平衡原理，屬于速度式流量儀表。傳感器具有結構簡單、輕巧、精度高、復現性好、反應靈敏、安裝維護使用方便等特點，廣泛應用于石油、化工、冶金、供水、造紙等行業，是流量計量和節能的理想儀表。本設計中選用的渦輪流量計如下:
型號:LMGY
精度等級:0. 5級
***大工作壓力:2. 5 MPa
流量范圍:10一200 m3/h
(2)電磁流量計介紹
本設計中選用的電磁流量計如下:
型號編號:MF-/E1014021100EH11
精度等級:0. 2級
儀表系數:K1=1. 138
電源:85一265 V AC
功耗:20 VA
圖1實驗液體流量標準裝呈框圖
1.2、渦輪流量計實驗步驟：
1)做好實驗前的準備工作
按照制定的實驗流程注意事項，實驗人員應在每次實驗開始之前做好準備工作，其中包括更換管段長度或阻流件類型，打開水泵，檢查液體流量標準裝置管道上的閥門是否處于正確的狀態等。
2)開始實驗
(1)打開程序，進人到實驗界面，選擇DN1001 #標準表2號管道，確認后進人到控制面板，打開2號管道所需的閥門;
(2)將流量調到接近***大值，檢查實驗管段各處是否漏水，若無漏水現象，則調回流量點進行測量;若發現漏水現象，須及時關閉程序，解決漏水問題后重新打開程序，重復上述步驟;
(3)實驗以儀表系數為主要實驗結果，需測量的流量點為15 m³/h,20 m³/h,45 m³/h,70 m³/h,95 m³/h,120m³/h,145 m³/h ,170m³/h ,195 m³/h，由于管道口徑的限制以及管道壓力損失等因素的影響，實驗當中可以做到的***大流量為145襯/h，以此測得的結果進行各工況實驗結果間的比較與分析。適當調節調節閥的開度，保證每次調節到規定的流量點下，才能開始該流量點的測量;
(4)每量點檢定3次，每次測量時間為30 s,在測量過程中，要實時分析數據，確保在同量點下至少有兩組實驗數據是可靠的;
(5)整個流量范圍測量完畢后，保存數據到指定文件夾，進行實驗數據處理與分析。
3)實驗完畢后，打掃實驗臺，保持實驗環境清潔。
1.3、渦輪實驗數據處理中各評價指標介紹：
在渦輪流量實驗中，每個流量點***少測量兩次，***終要選擇至少兩組可靠數據，單次測量包括3次小循環，單次小循環測量時長30 s。
渦輪實驗的評價指標:線性度8( %)、平均儀表系數相對誤差△K(%)。
2、直管段長度對渦輪流量計測量精度影響的實驗研究:
2. 1、阻流件類型-DN 100球閥+DN100單彎頭:
阻流件類型為DN100球閥+DN100單彎頭的流量-儀表系數曲線圖如圖2所示，圖中每條曲線代表不同流量下儀表系數的變化情況。從圖中可以看出，流量值小于20 m3/h時，儀表系數變化較大，而在20 m3/h之后，儀表系數變化比較平緩，并且各工況的儀表系數均小于基準實驗的儀表系數;從流量為45 m'/h開始，隨著前直管段長度的縮短，儀表系數呈遞減趨勢。
圖2流量一儀表系數曲線
從表1中可以看出，各工況下的平均儀表系數相對誤差均在0. 5%之內。在整個流量范圍內，平均儀表系數相對誤差沒有明顯的變化趨勢，如圖3所示。
表1阻流件為DN100球閥+ DN100單彎頭
圖3前直管段長度一平均儀表系數相對誤差曲線
2. 2、阻流件類型一DN150球閥+DN 150變DN 100漸縮管:
阻流件類型為DN 150球閥+DN 150變DN100漸縮管的流量一儀表系數曲線圖如圖4所示，圖中每條曲線代表不同流量下儀表系數的變化情況。從圖中可以看出，流量值小于20 m3/h時，儀表系數變化較大，而在20 m³/h之后，儀表系數變化平緩，并且各工況的儀表系數均小于基準實驗的儀表系數;流量為45 m3/h開始，隨著前直管段的縮短，儀表系數基本呈遞減趨勢。
圖4流童一儀表系數曲線
從表2中可以看出，各工況下的平均儀表系數相對誤差均在0. 5%之內。從前10D開始，隨著前直管段的縮短，平均儀表系數相對誤差呈遞增趨勢，前20D平均儀表系數相對誤差與前5D平均儀表系數相對誤差極為接近，并且均為負值，如圖5所示。
表2阻流件為DN150球閥+ DN150變DN100漸縮管
圖5前直管段長度.平均儀表系數相對誤差曲線
2. 3、阻流件類型一DN150球閥+900單彎頭+DN 150變D100漸縮管：
阻流件類型為DN150球閥+900單彎頭+DN150變D100漸縮管的流量一儀表系數曲線圖如圖6所示，圖中每條曲線代表不同流量下儀表系數的變化情況。從圖中可以看出，流量值小于20m³/h時，儀表系數變化較大，而在20 m'/h之后，前l OD的儀表系數隨流量變化較大除外，其他工況的儀表系數變化平緩;四種工況下的儀表系數均低于基準實驗的儀表系數，但是沒有明顯的變化趨勢。
圖6流童一儀表系數曲線
從表3中可以看出，前SD的平均儀表系數相對誤差大于0. 5 %，不在允許的范圍內，其他三種工況的平均儀表系數相對誤差均在0. 5%之內。隨著前直管段的縮短，平均儀表系數相對誤差呈遞增趨勢，但到前2D時，平均儀表系數相對誤差***小，并且均為負值，如圖7所示。
表3阻流件為DN150球閥+90“單彎頭+DN150變D100漸縮管
圖7前直管段長度一平均儀表系數相對誤差曲線
3、總結：
1)在前直管段長度為10D時，三種工況對流量計的測量性能影響較小，在允許(0. 5 %)的范圍內，并且這些工況的線性度均保持在1%之內。
2)在前直管段長度為5D時，DN 150球閥+90單彎頭+DN 150變DN 100漸縮管工況對流量計測量性能影響稍大一點，為0. 56%，其他兩種工況對流量計的測量性能影響較小，都在允許(0. 5%)的范圍內，并且這些工況的線性度均保持在1%之內。
3)在前直管段長度為2D時，三種工況對流量計的測量性能影響較小，在允許(0. 5%)的范圍內，并且這些工況的線性度均保持在1%之內。
可見如果在海洋平臺空間受限非常嚴重的實際情況下，而工藝對過程計量精度的要求不是嚴格低于0. 5%的時候，可以考慮將前直管段長度從10D縮短為5D，也可以滿足渦輪流量計測量精度。上述實流實驗結果數據可提供后續設計者參考使用。