旋進旋渦流量計進氣道堵塞和磨損對計量誤差的影響

旋進旋渦流量計(以下簡稱流量計)作為一種高精度的氣體流量計量儀表，與其它流量計相比，具有結構緊湊，操作簡單，準確度高，量程比寬，安裝使用方便，不受介質密度和粘度影響并可直接讀數等優點。因此，近年來，被越來越廣泛地應用于油氣田天然氣的計量中。然而，隨著該流量計在油田天然氣計量中的應用，逐漸產生了一些問題。例如，由于實際生產計量中天然氣的成分不純，往往夾雜著一些雜質(如原油、沙礫等)，容易造成流量計進氣道的堵塞和磨損，從而影響流量計的計量誤差。如果流量計在兩次檢定的周期內發生這些故障，人們往往搞不清楚這些故障對流量計計量誤差的影響究竟有多大，到底是正誤差還是負誤差，不利于準確分析誤差產生的原因，正確判斷并排除故障。因此，本文作者試圖模擬流量計在生產現場的使用情況，利用實驗的方法，確定流量計在不同狀況下的計量誤差，為實際生產提供一定的參考依據。

2實驗方法及數據

旋進旋渦流量計的結構主要由殼體1、旋渦發生器2、壓電傳感器3、出口導流體4以及積算儀5等部件組成(見圖1)。其工作原理是:當沿著軸向的氣體進人流量計人口時，旋渦發生器的螺旋形葉片強迫氣流進行旋轉運動，于是在旋渦發生器中心產生旋渦流，旋渦流在文丘利管中旋進，到達收縮段突然節流使旋渦流加速，當旋渦流進人擴散段后，因回流作用強迫進行旋進式二次旋轉。在某一流量范圍內，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前置放大、濾波、整形后，變成頻率與流體流速成正比的脈沖信號，最后送流量積算儀進行計數處理。

多數流量討一的旋渦發生器是鋁制材料，容易被腐蝕和磨損，同時，由于旋渦發生器的進氣道比較狹窄，在實際計量中容易被雜質堵塞。因此，根據這種特點以及實際運行中容易發生的故障，我們設計了如下兩種實驗方案:

其一，選擇一臺檢定合格的新流量計，將其安裝在鐘罩式氣體流量標準裝置上，調節流量調節閥，依據《速度式流量計檢定規程》( JJG198一94)在大流量下重復檢定三次，計算出該流量點的平均儀表系數Ko。然后用Gl香糖堵塞住旋渦發生器的一個進氣道，在不改變流量調節閥狀態的情況下，對該流量計重復檢定三次，計算出該流量點的平均儀表系數K1、同樣的情況，分別堵塞旋渦發生器的兩個、三個直至五個進氣道(即只剩下1個進氣道不堵)進行檢定，求出對應的儀表系數Ki.(具體實驗數據見表1)

其二，選擇一臺檢定合格的新流量計，調節流量調節閥在最大和最小流量點下分別求出其儀表系數Ko，然后將流量計卸下、拆開，用手動砂輪機將旋渦發生器進氣道的每個葉片磨去1 mm，盡量保持流量調節閥的開口狀態與原始狀態一致，對流量計分別在大流量和小流量點進行檢定，求出該狀態下的儀表系數K,，同樣的情況，分別將旋渦發生器的進氣道葉片磨去2一Smm再進行檢定，求出對應的儀表系數Ki.(具體實驗數據見表2)

表1、表2中的儀表系數和線性度的計算參見《速度式流量計檢定規程》( JJG198一94)中對流量計的儀表系數和線性度的計算方法。相對誤差的計算則是利用公式逐步推導出來的。

假設流量計在旋渦發生器堵塞或磨損后的某次檢定中所發出的脈沖數為N，根據檢定規程的計算方法可以求出這時的儀表系數K}，由于鐘罩內的氣體溫度和氣體壓力與流量計處的溫度、壓力差別不大，在不考慮溫度壓力修正的情況下得出公式(1)

式中v為鐘罩的標準體積。

同時，由于流量計內所設置的儀表系數為原始狀態的儀表系數K0，根據流量計積算儀的工作原理可以得出公式(2):

利用公式(4)可以求出改變旋渦發生器后的梅次相對誤差。

3實驗結果的分析

從表1的數據中可以看出，當逐個堵塞旋渦發生器的進氣道時，由于流量計的有效流通面積逐漸變小，壓力損失增大，其流量值越來越小。同時，還可以看出儀表系數越來越大(堵塞5個進氣道情況除外)，表明堵塞個別進氣道后，旋渦流的旋轉頻率加快，壓電傳感器發出的脈沖數增多，流量計的顯示值也比實際數值大，從而造成正相對誤差越來越大。當堵塞5個進氣道，只剩下1個進氣道時，由于氣流通過這個進氣道后不能形成完整的旋渦流，致使旋渦流的旋轉頻率變慢，造成負相對誤差。

從表2的數據中可以看出，隨著進氣道每個葉片磨損程度的加深，氣流通過磨損了的進氣道后不能形成完整的旋渦流，致使旋渦流的旋轉頻率逐漸變慢，壓電傳感器發出的脈沖數減少，流量計的顯示值也比實際數值小，造成負相對誤差越來越大。通過對表2中最后一組數據的分析，可以看出，當進氣道的入口邊緣被磨損后，儀表系數和相對誤差都發生廠較大的變化，這說明旋渦流的產生主要依靠進氣道的入口形狀。

通過實驗可以得出，在實際生產計量過程中，如果發生堵塞兩個以上進氣道的情況(或者進氣道被磨損1 mm以上)，都將會造成10%以上的正(或負)相對誤差，這種計量誤差即使在計量站的一級計量中也是不允許的。因此，在流量計的使用過程中，應該嚴格按照有關要求安裝使用，定期拆卸、清洗過濾器，發現計量數據異常，要及時清洗或更換流量計的旋渦發生器，并送檢定機構檢定后再使用。

另外，本實驗只是一個模擬實驗，實驗方法和過程還存在一些不足之處，例如，流量計在現場使用發生堵塞時，會不會是只將一個進氣道完全堵塞，而其它的進氣道內沒有雜質;旋渦發生器在什么情況下，使用多長時間會被磨損1mm等等。因此，本實驗只能定性地得出一些結論，而不能定量地進行分析。