1 旋進旋渦流量計工作原理、結(jié)構(gòu)及特點

1.1 工作原理
流量計中流量傳感器的流通剖面類似文丘利管的型線，在入口側(cè)安放一組螺旋型導流葉片。當流體進入流量傳感器時，導流葉片迫使流體產(chǎn)生劇烈的旋渦流；當流體進入擴散段時，旋渦流受到回流的作用，開始作二次旋轉(zhuǎn)，形成陀螺式的渦流進動現(xiàn)象。該進動頻率與流量大小成正比，不受流體物理性質(zhì)和密度的影響，檢測元件測得流體二次旋轉(zhuǎn)進動頻率就能在較寬的流量范圍內(nèi)獲得良好的線性度。信號經(jīng)前置放大器放大、濾波、整形轉(zhuǎn)換為與流速成正比的脈沖信號，然后再與溫度、壓力等檢測信號一起被送往微處理器進行積算處理，在液晶顯示屏上顯示出測量結(jié)果(瞬時流量、累積流量及溫度、壓力數(shù)據(jù))。流量計由溫度和壓力檢測模擬通道、流量傳感器通道以及微處理器單元組成，并配有外輸出信號接口，輸出各種信號[2]。
當被計量介質(zhì)沿著流動的流體進入流量傳感器
入口時，螺旋形葉片強迫流體進入旋轉(zhuǎn)運動，于是在旋渦發(fā)生體中心產(chǎn)生旋渦流，旋渦流在文丘利管中旋進，到達收縮段突然節(jié)流使旋渦流加速。當旋渦流進入擴散段后，因回流作用強迫進行旋進式二次旋轉(zhuǎn)，此時旋渦流的旋轉(zhuǎn)頻率與介質(zhì)流速成正比，并為線性。兩個壓電傳感器檢測的微弱電荷信號，同時經(jīng)前置放大器放大、濾波、整形后變成兩路頻率與流速成正比的脈沖信號，積算儀中的處理電路對兩路的脈沖信號進行比較與判別，剔除干擾信號，而對正常的流量信號進行計數(shù)處理。其工作原理如圖1 所示。
1.2 組成結(jié)構(gòu)
流量計由殼體、旋渦發(fā)生體、除旋整流器、旋渦檢測組件、壓力接口、信號輸出接口、溫度接口

等組成（圖2）。
  圖2 智能型旋進旋渦流量計原理結(jié)構(gòu)
1.3 特點
1） 測量流量范圍較寬，可有效工作在孔板流量計無法準確計量的小流量區(qū)域。
2） 在工藝安裝中，較孔板流量計可大大縮短儀表上、下游直管段。
3） 流量信號既可就地顯示，也可按需遠傳。
4） 體積小、重量輕，便于離線標定。
5） 無可動部件，對于一般的測量不存在儀表的機械磨損。

度影響較大，為了能準確計量氣體介質(zhì)的體積流量，對于油田生產(chǎn)中氣體的計量，必須同時跟蹤被測量介質(zhì)的壓力和溫度，并將不同工況下的氣體流量轉(zhuǎn)換成標準狀態(tài)（P=101.325 kPa，T=293.15 K） 下的體積流量。流量計雖然實現(xiàn)了溫度、壓力和壓縮系數(shù)等動態(tài)參數(shù)的在線自動補償，但在流量計檢定過程中僅限于對流量誤差進行標定，而沒有對其壓力和溫度檢測及其補償模塊進行動態(tài)變化擬和檢定與校驗。
表1 流量計檢定誤差對比
 誤差/%

其流量數(shù)學模型為
(Pa + P )Tn  Zn

2 旋進旋渦流量計現(xiàn)場應用與檢驗

2.1 現(xiàn)場應用
油田的各類站、庫天然氣計量大面積應用智能型流量計，以大慶油田部分使用的流量計為例，并抽樣對幾年來檢定誤差進行對比（表1）。
通過對流量計的現(xiàn)場使用、跟蹤抽樣以及標校表明， 流量計投用 3 年， 誤差均在規(guī)定誤差范圍內(nèi)；流量計的重復性較好，使用性能穩(wěn)定。
2.2 離線檢定校驗
當被測量介質(zhì)為氣體時，因其密度受壓力、溫
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式中：Qn——標況下的體積流量，m3/h；
Pa——當?shù)卮髿鈮毫?，kPa；
Pn——標準狀態(tài)下的大氣壓力（101.325 kPa）； Tn——標準狀態(tài)下的絕對溫度（293.15 K）； T——被測流體的絕對溫度，K；
Zn——氣體在標況下的壓縮系數(shù)； Z——氣體在工況下的壓縮系數(shù)； P——流量計取壓孔測量的表壓，kPa； Qv——工況下的體積流量，m3/h。
通過對流量計統(tǒng)計應用分析證實，由于受現(xiàn)場 工況條件影響，流量計在使用過程中表內(nèi)的溫度、壓力檢測模塊會出現(xiàn)檢測數(shù)據(jù)漂移。而通常情況下
對于流量誤差的檢定，無法對溫度、壓力檢測模塊的數(shù)據(jù)漂移進行校準，因此應對流量計的壓力、溫度模塊進行校準，從而減小由于壓力、溫度準確度影響所導致的氣體流量計量誤差，降低計量氣量的損失[3]。

3 技術(shù)經(jīng)濟效果評價

氣體計量儀表壓力標定器設(shè)計和使用，已填補了大慶油田氣體流量計離線檢定、校驗 量值傳遞中壓力補償檢定的空白；同時，配套應用 高精度GDW-800 型高低溫試驗裝置對溫度補償檢測與檢定[4]，從而減小系統(tǒng)測量過程中由于壓力和 溫度波動帶來的壓力、溫度參數(shù)誤差和系統(tǒng)誤差， 以及由此而產(chǎn)生的計量效益損失[5]。
1） 根據(jù)氣體流量計數(shù)學模型對比初步評估計 算，假設(shè)其他參數(shù)不變的情況下，理論壓力誤差漂 移千分之三 （即0.3%），那么流量誤差將在0.9% 左右。以某廠年度外輸天然氣總量4.3×108 m3/a 為例進行簡易理論計算，可減少誤差氣量3.87×106 m3 /a，
即每年可減少潛在的天然氣計量損失387×104 m3 /a。按目前油田濕氣價格夏季 （210 天） 為 0.3 元/m3， 冬季 （150 天） 為 0.9 元/m3 計算，年創(chuàng)經(jīng)濟效益可達212.9 萬元
2） 根據(jù)氣體流量計數(shù)學模型對比初步評估計算，假設(shè)其它參數(shù)不變的情況下，理論溫度誤差漂移千分之一（即 0.1%），那么流量誤差將在 0.05% 左右。溫度誤差影響產(chǎn)生的經(jīng)濟效益如上所述[6]。

4 存在問題、注意事項及數(shù)字化改進建議

4.1 存在問題
1） 根據(jù)計量現(xiàn)場的生產(chǎn)變化情況，通過設(shè)置 截止頻率自行調(diào)整流量計的始動流量。但是，如果 截止頻率設(shè)定太低，流量計的敏感程度相應提高， 外界的一些微弱振動或雜散信號就有可能導致流量 計在沒有被測介質(zhì)通過的情況下開始動作，造成流 量的多計現(xiàn)象；如果截止頻率設(shè)置太高，流量計的 始動流量相應增大，可能造成流量的漏記現(xiàn)象。
2） 對噪聲或震動等干擾信號較為敏感。如果在流量計測量上游有明顯的噪聲、擾動 （由流向改變或節(jié)流引起的嘯叫或機械震動） 或在靠近流量計的附近有較強的磁場，那么流量計的運行將受到一定程度的影響。
3） 沒有測量參數(shù)的歷史記錄。由于流量測量是工藝控制、成本考核等的重要依據(jù)，有時就要對不同歷史時期的測量數(shù)據(jù)進行對比分析，需要調(diào)用溫度、瞬時（累積） 流量、壓力的歷史記錄；所以，如果不采取人工定期錄取，就無法獲得所需資料。
4.2 注意事項
1） 室內(nèi)外安裝時，流量計應有以防積液、日曬、雨水浸透和寒區(qū)保溫及區(qū)域差別等措施，安裝流量計前應清理管道內(nèi)各種雜物，從而保證流量計使用壽命。
2） 流量計安裝周圍不能有強烈的機械振動或強的外磁場干擾，應遠離流態(tài)干擾元件 （彎頭、匯管、調(diào)壓閥、壓縮機、大小頭等），保持流量計內(nèi)壁光滑平直及前后直管段同心，保證被測介質(zhì)為潔凈的單相流體等。
3） 應定期對流量計進行標校，以保證流量計長期工作的準確性、可靠性 （避免意外停運和數(shù)據(jù)丟失）。
4） 對于同規(guī)格的流量計，其旋渦導流體、發(fā)生體等核心組件不能互換，因清理表內(nèi)各種雜物后檢定不合格，或更換傳感器等器件后都必須對其溫度及壓力補償傳感器進行系統(tǒng)校正并重新標定儀表計量系數(shù)。
5） 流量計應可靠接地，但不能與強電系統(tǒng)共地以及傳輸信號屏蔽，投運時應緩慢開/關(guān)儀表閥防止瞬間氣流沖擊而損壞流量計。
4.3 改進建議
1） 建議流量計在出廠時完善對壓力、溫度補償模塊的功能，增設(shè)壓力、溫度補償模塊動態(tài)檢測、測量輸出端口。
2） 建議智能表頭增設(shè)外接數(shù)據(jù)檢測口、RS-
485 通訊口等，可直接對流量計進行現(xiàn)場數(shù)據(jù)調(diào)校， 并具有自診斷功能和遠端地址查詢，以及適應數(shù)字 化油田對流量計的特殊功能要求。

5 結(jié)束語

在對流量計進行定期離線標定與校驗時，對流體壓力和溫度參數(shù)變化所引起的測量誤差進行判定；在貿(mào)易或交接計量時，可減少上述原因引起的誤差所導致的效益損失和量差糾紛，使其更具有實用性、合規(guī)性并符合企業(yè)間利益。