流量計在船舶上的應(yīng)用淺析

陳琪

摘?要：現(xiàn)代智能船舶需要采集很多信號，而流量信號就是其中的一個很重要信號。通過流量我們能清楚地知道船上燃料的使用情況，這對船舶的智能管理起到了一個很好的幫助。本文主要介紹船上常用流量計的原理及應(yīng)用，并通過一些案例來進一步闡述流量計在船上的作用。

關(guān)鍵詞：智能船舶;流量計;信號;流量

現(xiàn)代船舶對資源的節(jié)約利用以及環(huán)境的保護要求越來越高。如何盡量節(jié)省燃料，減少污染排放，是所有現(xiàn)代造船企業(yè)都要思考和面對的課題。除了使用清潔能源和脫硫之外，盡量合理地使用燃料也是非常重要的，而如何控制和節(jié)約燃料的使用，就必須對燃料的使用有一個精準的測量，因此流量計在當中就起到一個很重要的作用。流量計除了能監(jiān)控船上燃料的使用，同時還能幫助發(fā)現(xiàn)和解決一些問題。

一、船上流量計常見的種類結(jié)構(gòu)及原理

流量計按原理可以分為差壓式流量計、靶式流量計、容積式流量計、渦輪流量計、電磁流量計、熱式質(zhì)量流量計等。船上用的比較多的就是差壓式流量計和容積式流量計以及轉(zhuǎn)子流量計。以下主要介紹這三種流量計。

（一）差壓式流量計

差壓式流量計是由節(jié)流裝置、導(dǎo)壓管和差壓變送器組成。流體流經(jīng)節(jié)流裝置后，節(jié)流原件使流束局部收縮，同時使流體產(chǎn)生了局部渦流損耗，從而使流體在節(jié)流裝置兩側(cè)產(chǎn)生了靜壓差，流速越大，靜壓差越大。之后兩側(cè)的壓力再通過導(dǎo)壓管傳到差壓變送器，這樣差壓變送器就可以計算出流體的流速。孔板式流量計可用于液體、氣體和蒸汽的流量測量，并適用于高溫高壓的工況。我們船上有相當多的地方就會用到這種流量計，例如鍋爐給水管路，隔艙熱乙二醇加熱系統(tǒng)。這些系統(tǒng)上都安裝了孔板式流量計。

（二）容積式流量計

容積式流量計在流量儀表中是精度較高的一類。它利用機械測量元件把流體連續(xù)不斷地分割成單個已知的體積部分，通過計算流體排放的次數(shù)就可以計算出流體的總量。而我們船上供油單元系統(tǒng)以及滑油日用系統(tǒng)上就有很多這樣的流量計。它們就是容積式流量計中的刮板流量計。這種流量計是由流量計殼體和里面的內(nèi)轉(zhuǎn)子及四塊石墨刮板組成。這四塊刮板可以在轉(zhuǎn)子內(nèi)做徑向滑動，它們把殼體分成幾個小的腔室。當液體進入流量計后，在流量計進出口壓差的作用下，液體推動石墨刮片讓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動起來，同時刮片在轉(zhuǎn)子內(nèi)滑動，這樣液體就會被不斷均勻地推出流量計。通過檢測內(nèi)轉(zhuǎn)子上的檢測點，就可以計算出單位時間內(nèi)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的次數(shù)。由于轉(zhuǎn)子每次轉(zhuǎn)動排出的液體體積相等，就可以計算出流量。這種流量計的優(yōu)點除了可以計算總流量外，還可以計算瞬時流量，但它有一個缺點就是整個管路必須干凈，否則容易卡死，從而使供給系統(tǒng)失效。

（三）轉(zhuǎn)子式流量計

轉(zhuǎn)子式流量計的工作原理是浮子在測量管中，隨著流量的變化，將浮子向上移動，當測量管內(nèi)流體對轉(zhuǎn)子的動壓力，轉(zhuǎn)子在流體中的浮力和轉(zhuǎn)子自身的重力，這三者達到一個平衡時，這個時候轉(zhuǎn)子就會停在某個位置不動。此時浮子與孔板間的流通環(huán)隙面積保持一定。環(huán)隙面積與浮子的上升高度成正比，即浮子在測量管中上升的位置代表流量的大小，這樣就可以計算出流經(jīng)管路中的流量。轉(zhuǎn)子流量計一般用在小流量介質(zhì)單一的系統(tǒng)中，比如艉管管系的控制空氣系統(tǒng)以及可燃氣體探測系統(tǒng)，而這些系統(tǒng)流量都不是很大。同時轉(zhuǎn)子流量計結(jié)構(gòu)簡單，而且可以用于易燃易爆的危險場合。

二、流量計在船上的具體使用及問題分析

現(xiàn)代船舶尤其是智能船舶，它對船上的燃料和能源的使用都要求進行測量和實時的監(jiān)控。例如發(fā)電機供油單元系統(tǒng)，它上面就安裝了很多流量計，不光在進口管路，在出口管路上也安裝了流量計，這樣就可以通過這一組流量計來分析出瞬時的流量使用情況。流量計的信號經(jīng)過傳感器轉(zhuǎn)換到監(jiān)測報警系統(tǒng)。在控制面板上可以實時的察看到管路中燃油的流量。當發(fā)電機運行時，進口的流量減去出口的流量就是發(fā)電機的消耗量。通過瞬時流量，電腦還能累積計算出發(fā)電機總的消耗量，而且通過油艙的液位遙測系統(tǒng)我們還能互相驗證整個燃料系統(tǒng)的使用情況和準確度。現(xiàn)代船舶的能效管理系統(tǒng)就會收集這些信號，然后通過網(wǎng)絡(luò)信號傳輸?shù)桨渡系目刂浦行摹＿@樣岸上人員就可以對船上油料的使用進行監(jiān)控，同時還能通過曲線進行預(yù)防監(jiān)測，提醒船上的人員。在知曉了船上燃油的使用情況，就可以大概推算出船只可以續(xù)航的里程，所以流量計在智能船舶的管理中是起到了一個很重要的作用。

（一）刮板式流量計使用及問題分析

發(fā)電機在使用的過程中，如果某個流量計突然不工作，那就很可能是流量計卡住了，這個時候流量的讀數(shù)就會變成0，由此就可以判斷出是這個地方出現(xiàn)了問題，系統(tǒng)就會給出報警，這樣我們就可以發(fā)現(xiàn)問題，更換備機，然后關(guān)閉有問題的管路的進出口閥，把流量計進行拆開清潔。由于這鐘刮板式流量計結(jié)構(gòu)簡單，所以可以比較容易進行拆裝，但是需要注意的是，由于這種流量計內(nèi)的刮板是石墨材質(zhì)，比較容易損壞，所以我們拆裝的時候就必須要仔細，同時里面的垃圾必須清除干凈，避免二次拆裝，而且這種流量計結(jié)構(gòu)相對比較對稱，所以里面元件的方向以及安裝位置必須準確，這樣才能保證安裝正確性。這種刮板式流量計在我們調(diào)試使用過程中，就遇到了很多流量計卡死的問題。在拆卸后發(fā)現(xiàn)很多都是由于管路的投油不徹底，里面垃圾沒有弄干凈，以及安裝法蘭的時候破損的墊片，這些都會導(dǎo)致流量計卡死。除了這些之外，有可能有些流量計保養(yǎng)不當或者放置時間過長，從而里面的金屬件生銹，所以不管是什么原因，當拆開之后，不僅要清潔干凈，同時也要把里面的銹打磨掉，把里面的劃傷元件進行修復(fù)打磨，使之順滑，這樣才不會影響它的使用。如何避免這個問題？那就需要調(diào)試的前道工序必須到位，管路酸洗干凈，以及管路的串油工作必須仔細，確保管路內(nèi)沒有垃圾。類似于這種刮板式流量計，在使用重油的情況下發(fā)生問題會更難處理，因為整個管路的溫度都比較高，這樣使得流量計也很燙手，并且由于使用的是重油也比較難以清潔，所以就必須用柴油進行清潔冷卻，這樣不光溫度能夠降低，而且柴油可以很好地洗去流量計內(nèi)的燃油，這樣清潔安裝起來就會比較方便。

通過流量計給出的流量信號，不僅可以判斷出管路或者流量計是否卡住或者堵塞，同時還能判斷管路是否發(fā)生了泄漏。如果在使用過程中，流量突然急劇變大，那就很可能出現(xiàn)了問題，極有可能就是發(fā)生了泄漏，通過系統(tǒng)給出的報警，我們就能第一時間發(fā)現(xiàn)問題并解決問題。曾經(jīng)我們還遇到過另一個問題，就是當我的供給管路正常運行的時候，在外部設(shè)備還沒有使用的情況下，系統(tǒng)流量一直保持一個數(shù)值不變，按照正常情況應(yīng)該是零消耗，但是檢查了所有地方發(fā)現(xiàn)都沒有泄露，這個時候我們必須首先確認流量計是否工作正常，能不能回零，通過關(guān)閉流量計前后的閥就可以確認，發(fā)現(xiàn)流量計工作正常。如果外部沒有泄漏，那就說明油還在系統(tǒng)內(nèi)，但如果找不到問題所在，那流量計測出來的消耗量就不準確。最后我們分析出問題是出在透氣管上的自動放氣閥，拆開后發(fā)現(xiàn)里面的小球破裂導(dǎo)致閥關(guān)不掉，從而使油流回到燃油艙，在更換了這個小球后問題得到了解決。

（二）壓差式流量計使用及問題分析

壓差式流量計常用于鍋爐給水管路。它主要是運用了質(zhì)量守恒和能量守恒這兩個定律。這種流量計由兩部分組成，一部分是測量元件，以鍋爐給水管系為例，它就是一塊節(jié)流孔板，另一部分就是轉(zhuǎn)換元件，它把節(jié)流孔板前后的壓差信號轉(zhuǎn)換成流量顯示。這類流量計，它不僅可以計算流量，也可以輸出開關(guān)量的報警，當流量低于設(shè)定時輸出一個開關(guān)信號，這樣就知道了系統(tǒng)出現(xiàn)了問題。一般情況都是由于系統(tǒng)中進氣導(dǎo)致的，或者是初次使用時候氣沒有放干凈，這樣就會出現(xiàn)流量波動;而當系統(tǒng)使用較長時間，有可能濾器堵塞也會使整個系統(tǒng)流量減小，這個時候就需要清潔濾器。這種壓差式流量計對節(jié)流孔板的選型也很重要，孔不能太大，也不能太小。太小流量不夠，滿足不了系統(tǒng)的使用量;太大則不能進行準確控制。在之前的調(diào)試過程中，我們有幾次就遇到了因為節(jié)流孔板選型不對，使得系統(tǒng)沒有達到工作狀態(tài)而報警的問題，后來通過重新查閱資料，確定孔的尺寸后，重新打孔，解決了這些問題。因此在安裝之前必須和廠家進行溝通，確認這個孔的尺寸，如果太小，則需要進行擴孔;如果太大，則需要更換一個尺寸合適的孔板，這樣才能滿足整個系統(tǒng)的使用。有些壓差式流量計是用閥來替代節(jié)流孔板的作用，通過調(diào)節(jié)閥的開度，我們就可以控制系統(tǒng)的流量，雖然形式不一樣，但是原理還是一樣的。

（三）轉(zhuǎn)子式流量計使用及問題分析

轉(zhuǎn)子式流量計一般用于氣體管路。例如艉軸管的密封空氣系統(tǒng)和氣體探測系統(tǒng)。因為這些系統(tǒng)流量都不是很大，所以轉(zhuǎn)子式流量計一般都用于低流速小流量的介質(zhì)的流量測量。轉(zhuǎn)子式流量計本身尺寸也比較小，同時觀察調(diào)節(jié)也比較直觀，所以安裝和使用都比較方便。例如艉管的密封空氣管路上的流量計，我們就可以通過流量計上的小旋鈕進行直接調(diào)節(jié)。在旋轉(zhuǎn)旋鈕的時候，流量計玻璃管內(nèi)的浮子就會上下移動。一般流量都控制在50%左右，因為系統(tǒng)本身是會隨吃水狀態(tài)的不同而有所變化，空氣流量也會隨之變化，吃水越深，流量越小，所以一般情況都調(diào)節(jié)到一半。這樣就有足夠的空間去滿足吃水的變化。這種流量計一般也很少出現(xiàn)問題，通常都是閥沒有打開，氣體沒有流通導(dǎo)致的問題，這些都是比較容易發(fā)現(xiàn)和解決的。

船上的流量計除了以上幾種用的比較多，還有一些其他形式的流量計也在使用，例如電磁流量計，渦街流量計等。因為相對于之前三種用量較少，這里就不詳加論述。每一種流量計都有自己的優(yōu)缺點，所以在選用的時候要綜合考慮，不光要考慮安裝方便，可靠之外，也要考慮維護的方便性，同時對流量計本身的穩(wěn)定性和精準度也要進行衡量，以達到一個最優(yōu)的結(jié)果。所以在選用流量計的時候，一定要綜合考慮來選擇一個合適的產(chǎn)品，以滿足日常的使用和調(diào)試。

三、結(jié)語

智能船舶的發(fā)展是目前的一個主流趨勢，而對各種信號進行監(jiān)控就成為了必然。流量信號在船上各個系統(tǒng)中都起到了一個很重要的作用，而且越來越多的系統(tǒng)將會使用各種流量計，因此遇到的問題就會增多，所以我們就需要對各種流量計進行研究和學習，從而滿足我們的調(diào)試和使用。

參考文獻：

[1]徐英華，沈文新，崔驪水.浮子流量計.中國計量出版社，2009.

[2]周人，何衍慶.流量測量和控制使用手冊.化學工業(yè)出版社，2013.

[3]楊有濤，陳梅，苗豫生.液體流量計.中國質(zhì)檢出版社，2017.