1、概述：
   輸油管線作為大型骨干輸油裝備，各國十分重視其現(xiàn)代化，隨著信息化大發(fā)展，對輸油管線提出了更高的要求，但是輸油管線與油庫輸油管道有明顯的區(qū)別，其工作條件比較特殊:
    (1)要求所有的設備便于安裝和拆卸;  
   (2)系統(tǒng)壓力較高，而且要求在耐高壓的同時便于拆卸和安裝;
   (3)輸送介質(zhì)易燃、易爆，而且容易攜帶雜質(zhì);
   (4)輸送的流量范圍廣，要求流量計的量程比寬;
   (5)要求的環(huán)境適應范圍廣。
   輸油管線系統(tǒng)主要包括泵站，它是系統(tǒng)的心臟，各種便于連接和拆卸的管子、管件，則相當于系統(tǒng)的血管，其他部件包括各種閥門相當于執(zhí)行機構(gòu)，而流量和壓力測量系統(tǒng)就相當于眼睛，他們的功能是將系統(tǒng)的工作情況傳達給控制系統(tǒng)。隨著信息化的發(fā)展。對流量和壓力測量系統(tǒng)提出了更高的要求。而且，長期以來，如何保證輸油管線系統(tǒng)中使用的流量計量值的準確度是管線系統(tǒng)一直探討的課題。
    本文主要介紹為DN150輸油管線系統(tǒng)研制的"DN150液體渦輪流量計”，該流量計主要承擔管線系統(tǒng)流量的計量工作，并將數(shù)據(jù)遠傳到控制中心，為輸油調(diào)度提供依據(jù)，同時還可以作為泄漏監(jiān)測的輔助設備。該流量計具有準確度高、重復性好、線性度優(yōu)、適應性強、工作壓力高及成本低等特點。    本文結(jié)合目前國內(nèi)石化行業(yè)用流量計的現(xiàn)況、裝置的工作特點和實際標定流量計所做的測試數(shù)據(jù).對裝置的設計依據(jù)和工作原理，以及主要技術參數(shù)、檢定和使用性能等方面進行全面介紹，使裝置在基礎上進一步完善。

2、設計依據(jù)：
   目前石化系統(tǒng)常用的流量計主要是容積式流量計和速度式流量計。    容積式流量計測量的是體積流量，它不受流體密度和勃度的影響，對流動狀態(tài)和速度分布無特殊要求，但是它對流體的潔凈度要求較高，由于它是用具有標準體積的計量空間來測量流量的，因此體積比較龐大。
   常用的速度式流量計種類較多，其中渦輪流量計是***常用的一種，具有體積小、質(zhì)量輕、量程比寬、適應性強、價格便宜的特點。    我們研制的流量計主要用于輸油管線系統(tǒng)，輸送的介質(zhì)一般為柴油、汽油和航空煤油等輕質(zhì)油品，綜合考慮各種因素采用渦輪流量計作為輸油管線系統(tǒng)的配套設備，但對其性能提出了更高的要求:

 (1)流量計額定壓力為4. OMPa，流量計長度為600mm，流量范圍50一250m3 /h，在***大流量下壓力損失小于40kPa(以水為測試介質(zhì)時)，總質(zhì)量小于4okg;  
 (2)防爆等級為d  13"t5，能在一41一46℃環(huán)境下正常工作;  
 (3)要求表頭同時顯示瞬時流量和累積流量，并可切換顯示總累積流量、批累積量、瞬時流量及介質(zhì)溫度，且讀數(shù)方便，清晰直觀;  
 (4)配備RS – 485通訊接口，傳輸距離不小于900m;  
 (5)儀表系數(shù)應用多段非線性修正，不同流量時采用所對應的流量計儀表系數(shù);
  (6)溫度補償功能，基準溫度200C，不同的油品采用不同溫度體積系數(shù)進行補償;  
 (7)計量精度要求0. 2級。

3、渦輪流量計的設計：
   液體渦輪流量計結(jié)構(gòu)由傳感器和智能流量顯示儀兩部分組成，結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。
3. 1、渦輪流量傳感器：
   渦輪流量傳感器是渦輪流量計的基本單元，它基于動力矩平衡原理，當流體流經(jīng)傳感器時，在特殊結(jié)構(gòu)整流器導流體作用下得到整流并加速。由于渦輪葉片與流體流向成一定角度，在加速流體作用下，葉輪產(chǎn)生轉(zhuǎn)動力矩，克服摩擦力矩和流體阻力矩后，渦輪開始旋轉(zhuǎn)。在一定流量范圍內(nèi)，渦輪轉(zhuǎn)速與流體體積流量成正比。葉輪旋轉(zhuǎn)切割磁力線，周期地改變線圈中的磁通量，使線圈兩端感應出與流體體積流量成正比的脈沖信號，該信號經(jīng)放大、濾波、整形后送人流量積算儀進行運算處理，并顯示于顯示窗口上。

    渦輪由導磁不銹鋼材料制成，裝有螺旋葉片，葉片數(shù)為8片，葉片傾角為350，葉片重疊度為1. 1，葉片與內(nèi)殼間的間隙為0. 8mm。
3. 2、整流器：
   渦輪流量計特性與管線內(nèi)的速度分布有很大的關系，因此保證進人流量計的流體具有均勻的速度分布，是提高計量準確性的一個重要前提條件。因此研制的渦輪流量計內(nèi)置了整流器。其結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。通過增加整流器，可以減少流量計前后直管段的長度，提高計量精度，減小體積和質(zhì)量。    整流器是由一束細不銹鋼管組成，整流束的長度B=100mm，整流束管子的數(shù)目n=42。

圖2整流器結(jié)構(gòu)圖

3. 3、溫度補償：
   流體的體積隨溫度的變化而變化，一般來說，溫度升高，體積膨脹，流體的這種屬性稱為熱膨脹性，用熱膨脹率表示，不同流體霎擎育不同的熱膨脹率。    對于汽油，當相對密度為0. 710-}-0. 730時，溫度體積系數(shù)為0. 00123。. 00115，計算時可取平均值0. 00119;對于噴氣燃料，當相對密度為0. 775一0. 790時，溫度體積系數(shù)為0. 00099 -0. 00095，計算時可取平均值0. 00097;對于柴油，當相對密度為0. 800~0. 830時，溫度體積系數(shù)為0. 00089 -}-0. 00084，計算時可取平均值0.0008650    以20℃為基準進行換算，計算見式(1>和式(2)。

    下面通過示例，計算不同介質(zhì)當溫度每升高1℃時的體積變化率。    對于柴油，當相對密度為0. 83時，溫度體積系數(shù)為0. 00084，當溫度升高1℃時，體積變化率為0. 84編，若溫度變化10℃的話，將會引起0. 84%的計量誤差。    對于噴氣燃料，當相對密度為0. 780時，溫度體積系數(shù)為0. 00098;當溫度升高1℃時，體積變化率為0. 981%0;若溫度變化10℃的話，將會引起0. 981%的計量誤差。    對于汽油，當相對密度為0. 710時，溫度體積系數(shù)為0. 00123;當溫度升高1℃時，體積變化尊為1. 232練;若溫度變化10℃的話，將會引走. 232%的計量誤差。
   從計算結(jié)果可看出，輸送汽油時，溫度對體移的影響很大。當溫度變化10℃時，會引起1. 232的計量誤差，而一般流量計的計量都可達至!0.500，只從提高儀表的精度出發(fā)，而不考慮被澳介質(zhì)溫度的變化是不準確的，不能滿足計量交接爾要求。溫度補償?shù)哪康木褪菍崪y油品的流量值轉(zhuǎn)換成可代計量交接的標準溫度條件(以20℃為基準:下的流量值。    我們通過在渦輪流量計內(nèi)置高精度的Pt 100C熱電偶，可測量輸送介質(zhì)的溫度，通過智能流量積算儀可以根據(jù)測得的溫度進行(每間隔4s)振度補償，從而提高計量精度。

3. 4、智能流且積算儀：    智能流量積算儀作為流量計的計算顯示部分，為適應上述渦流流量傳感器的要求采用***先進的微功耗單片機技術，其操作簡單，使用方便，其主要特點如下:    (1)采用高性能微功耗的集成芯片，整機多功能，功耗低;    (2)可切換顯示總累積流量、批累積量、瞬時流量及介質(zhì)溫度，清晰直觀，讀數(shù)方便;    (3)配有脈沖輸出，可選裝4-,-20mA模擬信號輸出，RS – 485通訊接口;    (4)內(nèi)置高容量3. 6 V銼電池供電，壽命長，更換方便，電池壽命可達兩年以上;    (S)軟件中采用了多段非線性修正，把儀表在生產(chǎn)過程中由于加工精度造成的誤差通過軟件計算修正到標準值以內(nèi);    (6)內(nèi)置式溫度傳感器，可以在線補償由于溫度引起的變化量;    (7)在軟件包中內(nèi)置了汽油、噴氣燃料和柴油的體積膨脹率，通過設置的切換開關，可在輸送不同油品時進行溫度補償;    (8)為滿足野外作業(yè)場合和保護顯示儀表.增加了金屬保護罩。

4、渦輪流量計的標定，確定流量計儀表系數(shù)及度分析：
  渦輪流量計屬于速度式流量計，在一定的流量范圍內(nèi)，對一定的流體介質(zhì)勃度，渦輪的旋轉(zhuǎn)角速度與流體的流速成正比。渦輪流量計輸出的脈沖頻率與通過流量計的流量成正比，其比例系數(shù)K稱為流量計的儀表系數(shù)。用公式表示為K= f/qv，式中f為渦輪流量計的脈沖頻率，qv為通過流量計的流量。
    該流量計采用活塞式液體體積管對樣機進行檢定。體積管型號為JHYG一150，流量范圍為。.56一560m' /h，精度為0.0300。壓力采用壓力變送器測量，溫度采用溫度變送器測量，試驗介質(zhì)為輕柴油。根據(jù)規(guī)程要求，對樣機在流量25~250m3 / h的范圍內(nèi)進行檢定，對每個檢定點進行9次檢定，檢定時記錄每個檢定點的條件。
    從不同流量工況下的檢定結(jié)果看，流量計的線性度、重復性、精度分別為0.152%, 0.031%, 0.158%。

5、結(jié)論：
   設計完成后的DN150渦輪流量計參加了管線的高低溫適應性試驗和定型試驗，該流量計共計使用140h，輸送介質(zhì)18800m3，其中輸送清水16000m3 ,輸送柴油約2800m3。試驗表明，該流量計具有工作可靠、性能穩(wěn)定，展開撤收方便，操作簡單，讀數(shù)清晰、直觀的特點，并且與DN150輸油管線系統(tǒng)具有良好的匹配性。其主要特點在于:  
 (1) DN150渦輪流量計將整流器與流量計集成在一起，消除了流量計上游管件對流動狀態(tài)的影響，提高了計量精度，而且結(jié)構(gòu)緊湊，體積小、質(zhì)量輕，與同流量、同額定壓力的容積流量計相比，其質(zhì)量只相當于容積式流量計的1/20;  
 (2) DN150渦輪流量計采用了多段非線性修正，對非檢定點的儀表系數(shù)進行插值運算，運算時對不同工況采用不同的儀表系數(shù)，提高了計量的準確性;
 (3) DN150渦輪流量計內(nèi)置溫度傳感器，可以在線補償由于溫度引起的變化量，提高計量要求。    總之，研制的DN150渦輪流量計完全滿足輸油管線系統(tǒng)的要求，同時也為以后管線的信息化提供了支持。