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銘宇生產的智能渦街流量計在油氣處理廠中在次成功應用
點擊次數：1549 發布時間：2013-7-12
智能渦街流量計型號為: MY-LUG主要用于工業管道介質流體的流量測量,如氣體、液體、蒸氣等多種介質。無可動機械零件，因此可靠性高,維護量小。儀表參數能長期穩定。渦街流量計采用壓電應力式傳感器,可靠性高,可在-20℃～+250℃的工作溫度范圍內工作。
1、 智能渦街流量計工作原理
智能渦街流量計的用途非常廣泛，可以測量液體、氣體和蒸汽，可以測量高溫介質而不必分體式安裝，也可以測量低溫介質，同一臺儀表可以用于溫度在-200~427℃的工況下測量。由于渦街信號是頻率信號，因此，不需要對儀表進行調整零點或量程漂移的定期維護。在一些渦街儀表的設計中，傳感機構沒有孔或縫隙，這樣儀表就不會發生堵卡。智能渦街流量計具有寬量程（當雷諾數大于10000時可達30:1）、高精度、口徑范圍寬（15~300mm）、可靠性高、泄漏點少及壓力損失小等點。但是智能渦街流量計的使用也有一定的條件限制：一是對雷諾數、速度和背壓的限制；二是不能測量高黏度的流體、漿料或流速過低的流體；三是上游和下游直管段的要求。
寬量程以及簡單的安裝與調試，使智能渦街流量計成為近10年來發展z為迅速的流量技術之一。渦街流量計z初被廣泛用于蒸汽流量的測量，這是由于兩個主要原因：一是由于沒有導壓管，渦街技術簡化了流量計的安裝。渦街技術可以測量高溫介質，而不必分體安裝傳感器，因此不需要價格昂貴的冷卻處理；二是由于沒有導壓管，避免了由于維護不當而產生附加測量誤差。渦街流量計在許多種流量測量中也得到了應用，如水、空氣和氮氣。但是，當智能渦街流量計在要求更加苛刻的工況中使用時，儀表設計中存在的一些不足之處也開始暴露出來，通常是由于管線振動和傳感器積垢或堵塞所引起的測量誤差。
2 、采用的較精良的技術
（1）在解決振動引起誤差方面的技術
渦街的生成是一種基于頻率的現象，如果電子部分不能區分振動產生的頻率和流體流動產生的頻率，儀表的輸出就容易出錯。微處理器是*個被用于渦街技術的主要增強技術。在過程儀表中引進微處理器，有助于儀表進行通信和數字信號傳輸，微處理器與渦街技術的自然結合，為改善傳感器的信號處理提供了一個解決方法。無論液體還是氣體，渦街流量計在滿量程范圍內所測的頻帶在250:1的系數以上變化。對于尺寸在口徑范圍內的管道，動態工作范圍擴大為10000:1。在未采用微處理器時，要解決這個復雜的關系，必須在儀表體中采用不同的電路設計。采用微處理器后，電子部分可以根據需要在大范圍內調節量程，而不必改變內部模擬電路。采用微處理器的另一個優點是可以進行數字通信。渦街流量計中采用微處理器，可以顯著地減小啟動和投運時間。現在的智能渦街流量計只需輸入6個參數，就可以投入運行，使儀表的組態時間從45min減少到小于15min，另外，組態可以*遠程進行，而不必將電子部分暴露在現場中。電子部件發生故障時，也可以保存和重新裝載組態信息。
增強的第二個主要技術是低功耗的ASIC（集成電路）技術與DSP（數字信號處理器）技術的結合。在微處理器的控制下，這兩個技術的結合使得儀表在噪聲環境中能夠調整信號處理，達到*的性能。如前所述，如果不能地將振動頻率濾掉，那么測量結果會出錯。這對于低頻和高頻噪聲部分都是一個難點。流速高時，被測流體會產生使流量信號發生畸變的低頻噪聲。流速低時，渦街信號的幅值小，會受到低頻和高頻噪聲部分的干擾。這些因素與因流量和密度范圍的增加而引起的電位幅度變化疊加在一起。信號幅度（A）、密度（ρ）和流速（V）的關系為：
密度不變時，典型應用中可用的流速范圍約為25:1，與之對應的信號幅度范圍為625:1。另外，從大氣壓下的空氣到液體，其密度變化范圍為800:1。目前市場上的許多渦街流量計還在使用模擬技術過濾旋渦信號，這些濾波器不僅會發生模擬漂移，而且隨時間的衰減還是靜態的，不會根據實際工況的要求變化而進行調整，這將z終導致測量誤差。盡管可以對某個定的流量條件加強濾波，但是也存在著濾掉好的流量信號可能性。在某些點上，這種調整可能會使流量信號也一起被濾除。一旦確定了*的濾波設置，如果工況或使用情況發生了變化，那么該濾波方案就有可能失效。另外，電子部件本身的變化也會影響使用情況，如隨著時間的推移而發生的正常衰減，或者溫度變化對關鍵部件的影響等。如果使用*DSP技術，就可以根據實際使用情況來優化濾波器，并可以根據工況變化進行動態調節。該濾波技術的基礎是數字帶通濾波器，可以根據管道尺寸和被測介質類型（液體或氣體）進行調節，將單的低通和高通濾波器串聯起來可以構成帶通濾波。
預置過的低通濾波器使濾波過的渦街信號仍然可以在實際的流量范圍內保持相對恒定的水平，高通濾波器進行動態調整以適應旋渦頻率的變化，這樣在將噪聲減小到z小的同時可以保持旋渦信號的強度。z后，信號閾值檢測算法確保被衰減的噪聲部分被濾除。接收的旋渦信號必須有足夠的幅度以突破所設置的觸發電平。總之，這些濾波器能提供的性能，并保持信號的完整性。由于這是數字濾波，因此，可以遠距離調節濾波器的設置，并且可以對某一方面定應用情況進行優化。
（2）解決渦街傳感器堵塞或積垢的較精良的技術
智能渦街流量計表體和傳感機構設計的改進使儀表抗干擾能力和可靠性得到提高。較早的渦街流量計是通過管道內漩渦發生體上或緊靠發生體的傳感器測量分離頻率。由于化學腐蝕以及流束引起的磨損，傳感器很容易損壞，現在渦街流量計的傳感器設計在流體流束外。一種解決渦街傳感器堵塞或積垢的較精良的技術就是將傳感器與表體一體化澆鑄。這就消除了易堵塞并影響儀表運行的端口或縫隙，省去了形密封圈可以消除儀表泄漏，不必擔心材料的兼容。
（3）用于儀表和過程診斷的較精良的技術
智能渦街流量計正在逐漸形成自診斷的功能。有了診斷功能，用戶可以了解到管道內的情況，解決了因儀表從管道上拆下來造成整個生產過程停產的問題。另外，診斷功能還可以簡化例行的裝置檢查，降低維護費用并可以增加正常運行時間。
由于智能渦街流量計是以頻率為基礎，因此在提供診斷工具方面有別的便利。渦街流量計除了能讀取頻率外，也能產生頻率，在此模式下，儀表可以模擬用戶的實際工況給定一個上升時間，使儀表在兩個預置的流速間線性的或連續的輸出頻率。在使用這些功能時，傳感器并不需要被真正斷開連接，但其輸出信號被切斷，由內部頻率發生器取代流量信號。用數字手操器可以遠程控制流量模擬。這個工具對于排除儀表或回路故障都是非常有用的，如果使用外部頻率發生器，可以按ISO的要求向儀表輸入模擬信號，以驗證儀表的輸出，
式1表明，信號的幅值與密度和速度平方成正比，這個關系提供了另外一個有用的診斷工具。將濾波過的信號幅值與預置的觸發電平進行比較，可以驗證能否得到足夠的信號強度，以保證讀數的性。一般建議信號電平與觸發電平之比的z小值為4:1，這樣，在調節漩渦傳感器中正常存在的信號幅值時，可以使帶內噪聲的濾除率z大。當這個比例降到4:1以下，可以通過調整濾波器的設置改善流量信號。在帶有DSP的渦街流量計中可以通過人工方法改變每個濾波器參數或通過使用優化濾波器功能的自動方法來進行調整。優化濾波器功能可以對某個給定的介質密度給出可能的z寬衰減比以z大限度的濾除帶內噪聲。
3 、工程上的成功應用
（1）精良的技術改善了污水流量測量
在哈薩克斯坦扎那諾爾油氣處理新廠含油污水處理裝置中，由于工藝采用短流程、低壓處理技術，要求污水計量儀表在性能上應能滿足一定的要求：一是污水含硫化氫較高，儀表不能有泄漏；二是污水含泥沙，儀表不能有堵塞情況；三是流程短、壓力低，要求儀表壓力損失z小；四是油田工況變化范圍大，儀表要考慮寬的流量范圍；五是儀表安裝要求空間小，抗震動強。
設計中對超聲波、電磁、差壓式流量計進行分析評估，差壓式流量計存在著泄漏危險；超聲波流量計測量困難；電磁流量計安裝要求高、投資高，抗硫化氫腐蝕差。設計選用*渦街流量計后，儀表的傳感機構與儀表體澆鑄在一起，取消了導壓管，消除了堵塞的可能性。選用的渦街流量計具有自適應數字信號處理的能力，以達到所需的30:1的變化范圍。采用自適應DSP，濾波方法可以進行調節，以適用于較寬工藝范圍。
（2）*表體設計改善了蒸汽計量
在哈薩克斯坦扎那諾爾油氣處理新廠鍋爐蒸汽計量中，應用*一體化設計的渦街流量計，解決了以往用差壓式流量計由于引壓管造成的蒸汽泄漏，冬季保溫測量誤差大的問題，實際測量精度達到±1.35%。而且由于渦街流量計安裝在管道上壓力損失小，對鍋爐技能效果非常明顯。相對孔板流量計，渦街流量計選型設計計算簡單容易，可節省大量設計安裝時間；渦街流量計所需測量直管段比孔板小，在現場地方窄小不能*所需直管段要求時，通過調整渦街流量計的流量系數進行修正。渦街流量計由于無任何可動部件，生產維護非常方便，工作量小。
（3）*防震動設計和在線自診斷功能是天然氣計量的有效途徑
在哈薩克斯坦扎那諾爾油氣處理新廠設計中應用*智能渦街流量計計量分離器出口、壓縮機、氣舉壓縮機出口的天然氣流量。由于數字信號處理器DSP技術和濾波技術的成功應用，解決了壓縮機出口天然氣震動較大的問題。由于渦街流量計的輸出脈沖信號不受流體密度、黏度和組分等變化的影響，可使用一種典型介質進行標定而適用于實際被測介質。例如，用于測量液體的渦街流量計可以用水標定；用于測量氣體的渦街流量計可以用空氣標定。通過在線修正儀表系數，改變天然氣工況流量范圍，在DCS系統中在線修改天然氣壓縮系數并根據工況溫度、壓力自動跟蹤天然氣壓縮系數，使天然氣計量達到用戶滿意的效果。
4 渦街流量計在線溫度、壓力及密度的補償
（1）渦街流量計使用中溫度、壓力補償
智能渦街流量計的儀表系數K在一定的雷諾數范圍內僅與旋渦發生體的形狀和管道尺寸有關，但是當流量計測量質量流量時，流量計的輸出信號就要受被測介質的密度、黏度和組分的影響。被測介質為氣體時，渦街流量計在工作時測得的是實際工況下的體積流量。實際工況下的體積流量應先折算成設計工況下的體積流量，再折算成標況下的體積流量，然后乘以標況下氣體的密度，從而得出質量流量。體積流量由實際工況折算成設計工況時，必須考慮溫度、壓力補償。如果流量計的示值為質量流量，則還應考慮由于氣體組分變化而引起的密度變化，即必須進行密度補償。
（2）渦街流量計使用中天然氣壓縮系數補償
當天然氣壓力超過4.0MPa，天然氣壓縮系數K是隨溫度、壓力、流量值變化的，由于壓縮機出口壓力和氣舉壓縮機出口壓力較高，在應用渦街流量計測量天然氣時進行溫度、壓力補償運算的基礎上，在DCS系統中計算天然氣超壓縮因子自動跟蹤工況下的壓縮系數K，保證了天然氣流量測量的性。
5 總結
（1）針對不同的使用場合，對渦街流量計進行必要的參數補償，不但可提高渦街流量計計量的準確度，還可為企業能源核算提供可靠的計量數據。
（2）由于渦街流量計技術的進步，石油生產過程中一些苛刻工況如：安裝位置受限，冬季保溫、工況變化范圍大、壓損小、震動環境、高溫、低溫、高壓力、泄漏限制、腐蝕介質等情況下，使液體、氣體流量測量變的很簡單。
（3）渦街流量計適應于多種工況，可以減少流量計應用種類，為工廠流量測量儀表維護帶來方便，應用渦街流量計的遠程診斷技術．提供儀表在線組態。參數調整、過程信息采集、故障預測等功能，可以降低運行維護費用。
（4）隨著渦街測量技術的發展，不久的將來，多變量測量流量、一體化溫度壓力補償的新型渦街流量計會為流量計量帶來更快發展。
智能渦街流量計便是依據卡門旋渦原理進行封閉管道流體流量測量的新型流量計。因其具有良好的介質適應能力，無需溫度壓力補償即可直接測量蒸汽、空氣、氣體、水、液體的工況體積流量，配備溫度、壓力傳感器可測量標況體積流量和質量流量，是節流式流量計的理想替代產品。
文章作者：電磁流量計 文章版主：銘宇自控