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影響氣體渦輪流量計流量范圍和性能的主要因素

發(fā)布時間:2021-03-10 06:44:25??點擊次數(shù):1969次
摘要:對影響雙葉片帶溫壓補償氣體渦輪流量計流量范圍和性能的4個主要因素(葉片安裝角、磁電轉(zhuǎn)換器的磁感應(yīng)強度、葉片軸架安裝位置和軸尖軸承添加潤滑油)進行了大量試驗。通過數(shù)據(jù)分析,對上述4個因素確定出*佳取值范圍。目前,已批量生產(chǎn),并在大慶長垣南部油田采油七廠計量站上已推廣應(yīng)用26臺DN25流量計,其中6臺流量計已連續(xù)使用半年多未出現(xiàn)任何故降,用戶反映良好。從而解決了大慶低產(chǎn)油田井口測氣的技術(shù)難題,滿足了生產(chǎn)需要。
1、前言
雙葉片氣體渦輪流量計是一種新型流量計,其結(jié)構(gòu)設(shè)計新穎獨創(chuàng),流量變送器的轉(zhuǎn)子上只有2個葉片,采用摩擦力矩*小的軸尖軸承,設(shè)計了一個尺寸很小的軸架。具有靈敏度高、壓力損失小、耐砂性強、使用壽命長、體積小、重量輕、安裝維修方便等特點。該流量計于1992年獲****(**號ZL92227907.1)。
目前已生產(chǎn)了量程范圍為15~150m³/h和30~200m³/h的DN25和DN50兩種規(guī)格雙葉片氣體渦輪流量計。為滿足氣產(chǎn)量變化幅度大的生產(chǎn)實際需要,特別是老油田和低產(chǎn)油田產(chǎn)氣量較低的需要,只需擴大DN25和DN50流量計流量范圍的下限。為此對可以改善小流量性能的4個主要因素(葉片安裝角、磁電轉(zhuǎn)換器的磁感應(yīng)強度、葉片軸架安裝位置和軸尖軸承添加潤滑油)做了大量試驗,并對試驗數(shù)據(jù)進行了研究分析,*后得出了它們的*佳取值范圍,達到了擴大下限量程的目的。
2、主要技術(shù)指標
擴大流量范圍下限的流量計的主要技術(shù)指標如下:
公稱通徑:DN25,DN50
流量范圍:5~50m³/h,10~139m³/h
介質(zhì)溫度:-20℃~100℃
*大工作壓力:6.4MPa
精度等級:2級
防爆標志:iaⅡBT3
關(guān)聯(lián)設(shè)備:JZA-1晶體管組合安全柵
防護等級:IP54
外供電壓:12VDC±20%
累積值顯示位數(shù):9999999.9m³
瞬時值顯示位數(shù):999m³/h
輸出信號:脈沖Vpp>9V.2ms
環(huán)境溫度:-20℃~50℃
3、試驗研究
試驗是在**原油大流量計量站的噴嘴式氣體流量標準裝置和150L鐘罩式氣體流量標準裝置上完成的,其準確度為±0.5%和±0.2%。該噴嘴式氣體流量標準裝置的*大流量上限為139m³/h。
3.1葉片安裝角試驗
對DN25流量計分別做了葉片安裝角a為27°和34°的變角度試驗,其結(jié)果見表1和圖1。
對DN50流量計分別做了a為13.5°、27°、32°和37°變角度試驗,其結(jié)果見表2和圖2。
當葉片安裝角a較小時,葉片所受驅(qū)動力矩較小,阻力矩相對較大,使儀表系數(shù)較小,導(dǎo)致小流量時性能曲線較差,下限流量值較高,量程范圍變窄,啟動流量較高。反之,當a較大時,儀表系數(shù)變大,使小流量性能曲線變好,可測量較低的流量,量程范圍變寬。通過變角度試驗可知,增大葉片安裝角,可改善小流量性能,達到擴大量程的目的。但是,當a太大時,葉片所受驅(qū)動力矩很大,使葉片高速旋轉(zhuǎn),則軸尖軸承將受到較大的推力,使軸尖軸承磨損較大,流量計使用壽命降低。因此,a取值要適當,既要保證流量計的量程范圍,又要考慮軸承磨損問題。
3.2磁感應(yīng)強度試驗
位于流量計之上,緊貼殼體處安裝著磁電轉(zhuǎn)換器,它將對渦輪葉片(由鐵磁性材料制成)產(chǎn)生一個恒定的磁性阻力矩。無論葉片處在靜止或轉(zhuǎn)動過程中都將始終受到這一磁力作用。這一磁力將直接影響著流量計的性能,尤其小流量時影響更大。為了研究該磁力對流量計性能的影響情況,我們選取適當?shù)拇鸥袘?yīng)強度,對同一臺DN25流量計進行了變磁感應(yīng)強度B的影響試驗,其試驗結(jié)果見表3和圖3。
試驗結(jié)果表明,同一臺流量計使用兩個不同磁感應(yīng)強度的磁電轉(zhuǎn)換器,其測試結(jié)果不同。當B為660×10-4T時,葉片將受到一個較大的磁性阻力矩作用,使葉片轉(zhuǎn)速變低,儀表系數(shù)較小,致使小流量特性曲線較差。反之,當B為320×10-4T時,葉片所受磁性阻力矩較小,葉片轉(zhuǎn)速加快,儀表系數(shù)變大,因而使小流量特性曲線變好。由此可知,磁感應(yīng)強度的大小主要影響流量計小流量的性能曲線,一般選用較小的強感應(yīng)強度,可以改善小流量性能,達到擴大量程的目的。但是,當磁感應(yīng)強度較低時,其輸出的脈沖信號幅值也較低。當流量計殼體或管路偶而發(fā)生較大振動時,磁電轉(zhuǎn)換器也將輸出一低幅值的脈沖信號,從而給流量測量帶來誤差。因此,為了減小振動干擾影響,提高測量精度,則要求選擇適當?shù)拇鸥袘?yīng)強度。既要保證流量計的量程,又要使流量計具有一定的抗干擾能力。
3.3軸架位置試驗
葉片靜止時由于受磁電轉(zhuǎn)換器的吸引,葉片所在位置如圖4所示。當氣體流過時,由于軸架幾乎把上部葉片的迎流面積擋住,這時只有下部葉片受到氣體的沖力,而上部葉片幾乎不受力,所以需要較大的啟動流量才能使葉片轉(zhuǎn)動。通過對DN25流量計的試驗,當軸架垂直時*小啟動流量為5m³/h。
為了降低啟動流量,把圖4中的軸架順時針旋轉(zhuǎn)90°,軸架為水平位置如圖5所示。這樣,上、下葉片都受到氣流作用,則*小啟動流量為3.7m³/h。由此看出,軸架水平安裝較好,不但所需的啟動流量較小,亦可達到擴大量程范圍的目的。
3.4軸尖軸承添加潤滑油試驗
通常,流量計在出廠標定前都在軸尖和軸承處加入少量的潤滑油,以防軸尖和軸承磨損過快。但是,由于潤滑油具有一定的粘性,它將影響流量計的性能,故我們對同一臺流量計做了不加潤滑油和加潤滑油的試驗,其試驗結(jié)果見表4和圖6.
通過試驗表明,潤滑油對流量計小流量的性能的影響較大,隨著流量的增大,兩條曲線之間的差值逐漸減小。由于軸尖和軸承的摩擦阻力很小,并且采用硬質(zhì)合金材料制成,耐磨性很強,故建議流量計在出廠標定前可以不必加入潤滑油。
4、結(jié)論
目前,經(jīng)過改進后的DN25雙葉片氣體渦輪流量計已經(jīng)在大慶長恒南部的低產(chǎn)油田采油七廠計量站中推廣應(yīng)用26臺,其中已有6臺流量計已連續(xù)運行半年以上,沒有出現(xiàn)故障,用戶反映良好。它為解決大慶外圍低產(chǎn)油田井口測氣創(chuàng)造了條件。
(1)隨著葉片安裝角度的增大,將使流量計的,小流量性能變好,量程擴大。但是,軸尖軸承磨損亦大,所以在流量計設(shè)計中,葉片安裝角度取值要適當,既要保證流量計的量程,又要考慮軸承磨損問題。
(2)減小磁電轉(zhuǎn)換器的磁感應(yīng)強度,也可達到擴大量程的目的。但是,外部振動干擾信號也將影響流量測量粘度,因此磁感應(yīng)強度取值要適當,要時考慮流量計的量程和抗干擾能力。
(3)由于該流量計僅有2個葉片,應(yīng)該盡量增大葉片的迎流面積,減小啟動流量,擴大量程范圍,所以軸架要求水平放置為好。
(4)由于軸尖軸承的摩擦阻力很小,并采用硬質(zhì)合金制成,耐磨性強,因此建議該流量計出廠前可不必在軸尖軸承處添加潤滑油?,F(xiàn)場推廣應(yīng)用,證明該種流量計是一種理想的油田井口測氣儀表。它具有測量范圍寬,耐砂性強,故障率低等突出優(yōu)點。