天然氣現(xiàn)場智能旋進式旋渦流量計設計

王康 中國石油化工股份有限公司華北油氣分公司

溫度、壓力、流量是工業(yè)自動化領域的三人檢測參數(shù)。作為液體、氣體等流體流量計量流量計廣泛用于化工、冶金、石油輸送、天然氣輸送、民用水表、民用燃氣表等方面。隨著人們生產(chǎn)和生活的不斷發(fā)展，在商業(yè)貿(mào)易和工業(yè)生產(chǎn)中，對流體的流量計量的需求在不斷增長。傳統(tǒng)的流量計主要包括壓力損失較大的孔板流量計，噴嘴流量計及文氏里管流舉計，主要缺點是測量范圍很小，操作維護較煩瑣，易引起誤差。孔板流量計是根據(jù)流體通過安裝在管道中的流量檢測元件時所產(chǎn)生的差壓來測量流量的儀表[1]。目前是工業(yè)生產(chǎn)中用來測量氣體、液體和蒸汽流量最常用的一種流量檢測儀表。據(jù)調查統(tǒng)計，在整個工業(yè)測量鄰域中，差壓式流量計占流量儀表總數(shù)的一半以上，使用量一直居流量儀表的首位。其中用的最多的是由節(jié)流裝置和差壓計組成的節(jié)流式流量計[2]。

一、結構及設計原理

圖1為旋進式旋渦流量計的原理結構圖，當被測介質氣流或液流沿著軸方向流動的傳感器入口時，旋渦發(fā)生葉片強迫流體進行旋轉運動，于是在旋渦發(fā)生體中心產(chǎn)生旋渦流，旋渦流在文丘里管中旋進，到達收縮段突然節(jié)流使旋渦流加速，當旋渦流進入打一散段后，因回流的作用強迫進行旋進式二次旋轉。此時旋渦流的旋轉頻率與介質流速成正比并為線性。壓電傳感器檢測的微弱電荷信號經(jīng)前置放大器放大、整形、濾波后變成頻率與流速成正比的脈沖信號，最后送單片機進行運算處理，得到流體的流量值。

圖1 旋進式旋渦流量計的原理結構圖

由旋進式旋渦流量計的結構特點及其計量原理分析，只要將流體通過旋渦發(fā)生體時產(chǎn)生的旋渦用旋渦傳感器檢測到與流體流量相對應的電脈沖信號，通過放大及整形后得到該信號的頻率值。根據(jù)用戶要求，該系統(tǒng)應具有的功能有累計流量和瞬時流量的顯示包括體積流量、質量流量和熱值之間的切換，現(xiàn)場溫度、壓力的顯示，電池容量的檢測等等。包括：

（1）瞬時流量和累計流量顯示。旋渦傳感器發(fā)出的信號，經(jīng)過放大和整形，溫度、壓力信號經(jīng)放大及心轉換后送入單片機處理，然后單片機將計算得到的瞬時流量送液晶顯示一件顯示，在瞬時流量的基礎，每隔一個設定的時間進行累加，得到現(xiàn)場累計流量，同時把退水數(shù)據(jù)送到液晶顯示器顯示。

（2）密碼設定。儀表的密碼分為制造商密碼和用戶密碼兩級。制造商在儀表使用前將儀表系數(shù)通過功能設定按鈕輸入儀表，通常這些常數(shù)是不能由用戶隨意改變的，因為它們關系到系統(tǒng)的正常運行和顯示正確的流量。

（3）現(xiàn)場壓力、溫度顯示。場壓力和溫度是經(jīng)過單片機處理后得到的被測介質的溫度、壓力數(shù)據(jù)，通過該數(shù)據(jù)可以知道被測介質的工作情況，從而可以對天然氣流量必要補償。

（4）設定系統(tǒng)時鐘。儀表內(nèi)部設置了日歷時鐘，對流量數(shù)據(jù)按日期進行不斷的儲存，便于對使用情況進行監(jiān)控，方便用戶對自己的用量的了解。

（5）串口通信功能。流舉數(shù)據(jù)可以直接從液晶顯示器上面讀取。由于系統(tǒng)設置了外接數(shù)據(jù)接門即串口，可以方便的實現(xiàn)對系統(tǒng)數(shù)據(jù)的讀取，從而可以實現(xiàn)抄寫系統(tǒng)數(shù)據(jù)的自動化，節(jié)省大量的人力，甚至可實現(xiàn)遠程流量計量系統(tǒng)。

二、試驗結果與分析

本系統(tǒng)設計研究完成后，必須經(jīng)過多次反復試驗，使儀表顯示的流量值與理論計算完全一致，同時系統(tǒng)的每項功能還必須按照設定的程序正常、可靠地工作[3]。試驗的基本思想是通過接收來自溫度傳感器的溫度信號和壓力，傳感器的壓力信號，查取片內(nèi)程序存儲器中入然氣壓縮系數(shù)數(shù)據(jù)表格得到壓縮系數(shù)，單片機處理來白旋渦傳感器的領率信一號得到頻率值。

為剔除頻率信號的振動干擾和氣流擾動干擾，首先采用硬件電路的濾波方式，經(jīng)多次試驗和反復電路調試，表明硬件濾波措施得當，效果良好。為適應如北方地區(qū)室外低溫環(huán)境，液晶顯示器必須能在低溫下穩(wěn)定五作，正常刷新屏顯數(shù)據(jù)，所以有必要進行液晶顯示模塊的低溫試驗。試驗中是將液晶顯示模塊放入-25℃和-40℃的冷凍柜中，待60分鐘后取出，觀察其是否能在規(guī)定的時間內(nèi)比如秒鐘正常刷新屏幕顯示數(shù)據(jù)。結果表明該液品顯示模塊能達到預期日的，完全能夠滿足實際需要。

三、結語

本設計研究完成的天然氣現(xiàn)場智能儀表，從日前用戶實際使用情況看，系統(tǒng)的設計研究達到了預期目的，從實驗室試驗研究到現(xiàn)場使用表明系統(tǒng)運行正常，能夠完成預足的各項功能，從儀表市場狀況與前景分析，旋進式旋渦流量計，占一定的市場份額，井且市場前景看好。