d.彈性刮板式流量計(jì)。前面所述的幾種容積式流量計(jì)雖然具有較高的計(jì)量精確度，但有一個(gè)共同的弱點(diǎn)，即要求流經(jīng)流量計(jì)的介質(zhì)相當(dāng)清潔，介質(zhì)中固體顆粒不得大于轉(zhuǎn)子與殼體之間所存在的最小間隙，否則會(huì)造成流量計(jì)卡死或因磨損而誤差顯著增大。故要求在流量計(jì)的上游安裝過(guò)濾器，過(guò)濾網(wǎng)的目數(shù)必須根據(jù)所采用的流量計(jì)合理選擇。但在雜質(zhì)量較多的場(chǎng)合，過(guò)濾器極易堵塞，需進(jìn)行頻繁的清洗，使管線無(wú)法正常輸液，例如未經(jīng)處理的井口原油。
彈性刮板流量計(jì)是一種結(jié)構(gòu)獨(dú)特的容積式流量計(jì)，其結(jié)構(gòu)如圖3.36所示。作為計(jì)量部件的轉(zhuǎn)子和刮板與計(jì)量腔為彈性接觸，刮板具有很大的回彈余地。所以，即使介質(zhì)中含有較多雜質(zhì)、固體粒度較大，也可正常工作，不會(huì)發(fā)生卡死和嚴(yán)重的磨損現(xiàn)象。與腰輪流量計(jì)相比，具有運(yùn)行無(wú)脈動(dòng)和噪聲小的優(yōu)點(diǎn)。但計(jì)量精確度不如腰輪高，一般能做到±1%R，使用氟橡膠作彈性材料時(shí)，使用溫度可達(dá)130℃。
e.螺桿式流量計(jì)。螺桿式流量計(jì)也有稱雙螺旋流量計(jì)和雙轉(zhuǎn)子流量計(jì)，其典型結(jié)構(gòu)如圖 3.37所示。它是由兩個(gè)以徑向螺旋線間隔套裝的螺旋狀轉(zhuǎn)子組成，當(dāng)液體從正方向流經(jīng)轉(zhuǎn)子時(shí)帶動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)子與測(cè)量室殼體將流入的液體分割成已知體積的“液塊”并排出，液體流量與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)數(shù)成正比。
螺桿式流量計(jì)的另一種結(jié)構(gòu)如圖3.38所示，其核心是一對(duì)螺旋回轉(zhuǎn)子。
螺桿式流量計(jì)具有橢圓齒輪、腰輪流量計(jì)等高精確度的優(yōu)點(diǎn)，但消除了橢圓齒輪、腰輪流量計(jì)等所固有的流量脈動(dòng)和噪聲大的缺點(diǎn)。
由于特殊設(shè)計(jì)的螺旋轉(zhuǎn)子，使得轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)矩一定，等速回轉(zhuǎn)，等流量，無(wú)脈動(dòng)，無(wú)噪聲。由于一對(duì)轉(zhuǎn)子排量大，所以相同流量上限的儀表，螺桿式流量計(jì)體積小得多，重量也輕。
范圍度寬，最大可達(dá)300:1。但當(dāng)液體黏度很高(>100mPa·s)時(shí)，因流量上限受儀表兩端壓差制約，范圍度有一定程度下降。
表 3.11所示為典型的螺桿式流量計(jì)測(cè)量范圍。
③渦輪流量計(jì)的使用。渦輪流量計(jì)在石油成品流量測(cè)量中應(yīng)用得也很廣，這主要是因?yàn)槭捅旧硎橇己玫臐?rùn)滑劑，在流量測(cè)量過(guò)程中能對(duì)軸和軸承進(jìn)行良好的潤(rùn)滑，有利于儀表的長(zhǎng)時(shí)期可靠運(yùn)轉(zhuǎn)。軸和軸承經(jīng)特殊設(shè)計(jì)的渦輪流量計(jì)甚至在難度較高的液化石油氣流量測(cè)量中，也能獲得成功應(yīng)用。
a.優(yōu)點(diǎn)
·精確度高，對(duì)于液體，國(guó)內(nèi)產(chǎn)品能做到±(0.2~0.5)%R，國(guó)外產(chǎn)品有的可達(dá)到±0.15%R。
·重復(fù)性好，短期重復(fù)性可達(dá)0.05%，如經(jīng)常校準(zhǔn)，可得到非常高的準(zhǔn)確度，在定量發(fā)料、定量裝桶操作中都能獲得理想效果。
·輸出脈沖頻率信號(hào)，在與批量控制儀、流量顯示表連接進(jìn)行信號(hào)處理中，可基本做到不增加誤差。
·范圍度較寬，最大和最小流量比可達(dá)6:1~10:1，中大口徑甚至可達(dá)40:1。
·慣性小，響應(yīng)快，時(shí)間常數(shù)為1~50ms，變化速率較低的脈動(dòng)流量引入的誤差可忽略。
·結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、輕巧，安裝維護(hù)方便，流通能力大。如果發(fā)生故障，不影響管道內(nèi)液體的輸送。
·耐高壓，可用于高壓流體的測(cè)量。
·耐腐蝕，傳感器采用耐腐蝕材料制造，能耐一般腐蝕性介質(zhì)腐蝕。
b.缺點(diǎn)
·渦輪軸承與軸之間的摩擦導(dǎo)致磨損，使儀表準(zhǔn)確度發(fā)生變化,所以用于貿(mào)易結(jié)算的表計(jì)須定期校準(zhǔn)?，F(xiàn)在有的產(chǎn)品采用寶石軸承和鎳基碳化鎢軸，使耐磨性得到根本改進(jìn)，準(zhǔn)確度可保持3~4年不變。
·一般渦輪流量計(jì)不適用于高黏度流體，隨著黏度的增大，流量計(jì)測(cè)量下限值提高，范圍度縮小，線性度變差。
·對(duì)流體的潔凈程度要求較高，流量計(jì)前應(yīng)加裝過(guò)濾器，濾網(wǎng)目數(shù)與儀表口徑有關(guān)，小口徑目數(shù)多些，大口徑目數(shù)少些。
c.儀表精確度與其范圍度有關(guān)，這一點(diǎn)同容積式流量計(jì)相似。儀表的誤差隨相對(duì)流量變化的典型曲線如圖3.39所示，即在20%~30%FS處儀表出現(xiàn)誤差的“高峰”，其原因人們尚在討論之中。在實(shí)際應(yīng)用中，要避開(kāi)誤差大的區(qū)間才能獲得高的精確度，因而引起范圍度的縮小。在批量發(fā)料和定量裝桶操作中，儀表運(yùn)行在非常狹小的流量范圍內(nèi)，這時(shí)能得到極高的準(zhǔn)確度。
d.儀表精確度與黏度的關(guān)系。對(duì)于同一臺(tái)渦輪流量計(jì)，當(dāng)所測(cè)流體的黏度變化時(shí)，其測(cè)量精確度和范圍度都會(huì)有明顯的變化。黏度升高，范圍度縮小，誤差向負(fù)方向移動(dòng)，如圖3.40所示。因此，黏度和溫度都較高的場(chǎng)合不宜使用渦輪流量計(jì)。
e.材料的熱膨脹引入誤差的修正。當(dāng)實(shí)際使用流體溫度同校準(zhǔn)時(shí)有很大差別時(shí)，就需按下式對(duì)儀表常數(shù)進(jìn)行修正。
f.防止產(chǎn)生氣穴。流體流過(guò)渦輪流量計(jì)總是有一定的壓力損失，如果被測(cè)流體為易汽化的液體或干脆就處于氣液平衡狀態(tài)，則在流量計(jì)葉輪處很容易出現(xiàn)液體的部分汽化，并在葉輪的出口側(cè)產(chǎn)生氣穴。由于液體汽化時(shí)體積膨脹，導(dǎo)致儀表示值顯著偏高。遇到這種情況，應(yīng)設(shè)法使流量傳感器出口端壓力高于式(3.88)計(jì)算的最低壓力。
g.能測(cè)量雙向流的渦輪流量計(jì)。這種流量計(jì)至少有兩個(gè)信號(hào)檢測(cè)器，流量顯示儀表同這兩個(gè)檢測(cè)器配合能鑒別信號(hào)的相位，從而對(duì)流向作出判斷。儀表分別累積“正”向流量總量、“逆”向流量總量，并計(jì)算“正”“逆”向總量之差，最后予以顯示。瞬時(shí)流量顯示不僅有數(shù)值，而且有代表流動(dòng)方向的符號(hào)。
④差壓式流量計(jì)。前面所述的容積式流量計(jì)、渦輪流量計(jì)主要是因精確度高，在油品計(jì)量中獲得廣泛應(yīng)用，但壽命和可靠性不盡如人意，尤其是轉(zhuǎn)子式容積流量計(jì)安全性不高，因此在過(guò)程控制油品流量測(cè)量中，因精確度要求不高，首先滿足可靠性，常優(yōu)先選擇差壓流量計(jì)。例如石油煉制過(guò)程中的油品流量測(cè)量，各種工業(yè)爐窯、鍋爐等燃油流量測(cè)量。
差壓式流量計(jì)在油品流量測(cè)量中的應(yīng)用同在水流量測(cè)量中的差異主要是黏度和冷卻后易堵兩個(gè)問(wèn)題，有些牌號(hào)的油品黏度較高，為了不使流量測(cè)量下限被抬高，常常選用噴嘴節(jié)流裝置。原油、重油、渣油等被加熱后才能在管道中正常輸送的流體，為了防止因冷卻而堵塞引壓管線，常采用沖洗油隔離和干脆取消引壓管線而采用帶隔離膜片的法蘭式差壓變送器直接裝在取壓口上。有些測(cè)量對(duì)象，流體中雜質(zhì)含量較高，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置易因固形物沉積和對(duì)銳緣的磨損而失準(zhǔn)，常采用楔形節(jié)流件，如圖3.41所示。圖中的沖洗油經(jīng)恒節(jié)流孔對(duì)取壓口連同短管進(jìn)行連續(xù)沖洗，高低壓管沖洗流量近似相等,對(duì)儀表零點(diǎn)的影響可以忽略。這一措施一方面可防止黏稠物堵塞取壓管，另一方面在流體溫度很高時(shí)，可以降低與差壓變送器測(cè)量頭接觸的流體溫度。
⑤內(nèi)錐式流量計(jì)。內(nèi)錐式流量計(jì)(V- Cone flowmeter)是美國(guó)MCCROMETER公司于20世紀(jì)80年代研制推向市場(chǎng)的一種新型差壓式流量計(jì)。其結(jié)構(gòu)如圖3.42所示。
由于它用懸掛于管道中央的一個(gè)錐形桶來(lái)節(jié)流，因此耐磨性好，在測(cè)量含有固體顆粒的液體時(shí)，有顯著的優(yōu)越性。由于流體在內(nèi)錐與管壁之間所構(gòu)成的環(huán)縫中流過(guò)，所以在測(cè)量濕氣體和飽和蒸汽時(shí)，不會(huì)積液。由于流體在由內(nèi)錐與管壁所構(gòu)成的環(huán)形通道中流過(guò)時(shí)，流通截面積逐漸縮小，流速加大，因而具有整流作用，所以對(duì)上游阻流件不敏感。由于它須在流量標(biāo)準(zhǔn)裝置上逐臺(tái)標(biāo)定，而且可以將標(biāo)定點(diǎn)誤差在二次表中進(jìn)行校正，所以精度可以提高。在測(cè)量氣液、氣固兩相流方面有明顯的優(yōu)勢(shì)。
在儀表口徑較小、環(huán)形通道寬度較窄時(shí)，建議在內(nèi)錐流量計(jì)前面安裝過(guò)濾器，以防直徑較大的固形物卡在通道內(nèi)，引起示值偏高。
⑥ 超聲流量計(jì)。近幾年來(lái)，超聲流量測(cè)量技術(shù)已發(fā)展得相當(dāng)成熟，價(jià)格也在降低，其突出的優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用領(lǐng)域主要體現(xiàn)在以下方面。
流量換能器可不與被測(cè)介質(zhì)直接接觸，流體的高壓、含有較多雜質(zhì)以及易凝固、易結(jié)晶等惡劣條件都不對(duì)流量測(cè)量構(gòu)成威脅。近幾年來(lái)，超聲流量計(jì)應(yīng)用于重油、燃油流量測(cè)量的實(shí)例逐漸多起來(lái)。
夾裝式超聲流量計(jì)雖然精確度不高，但安裝方便，常用于流量監(jiān)視和過(guò)程控制，尤其適合無(wú)停車(chē)機(jī)會(huì)的場(chǎng)合。還常用來(lái)作其他流量計(jì)的比對(duì)手段，即在懷疑已經(jīng)裝設(shè)的液體流量計(jì)失準(zhǔn)時(shí)，將其夾裝在相應(yīng)的管段，同被校表進(jìn)行比對(duì)。
近幾年有的公司推出的多聲道超聲流量計(jì)精確度達(dá)到±0.5%R。有的適用于氣體，有的適用于清潔的液體，可用于貿(mào)易交接。
在超聲流量計(jì)應(yīng)用中，以下幾方面需正確處理。
a.正確選型。超聲流量計(jì)按工作原理分有傳播時(shí)間法和多普勒(效應(yīng))法。而多普勒(效應(yīng))法是利用聲學(xué)多普勒原理確定流體流量的。多普勒效應(yīng)是當(dāng)聲源和目標(biāo)之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)引起聲波在頻率上的變化，這種頻率變化正比于運(yùn)動(dòng)的目標(biāo)和靜止的換能器之間的相對(duì)速度。圖3.43所示是多普勒流量計(jì)示意，超聲換能器安裝在管外，超聲換能器A向流體發(fā)出頻率為fA的連續(xù)超聲波，經(jīng)照射域內(nèi)液體中散射體懸浮顆?；驓馀萆⑸洌⑸涞某暡óa(chǎn)生多普勒頻移 fd，接收換能器B收到頻率為fB的超聲波，其值為：
在液體流量測(cè)量中，傳播時(shí)間法超聲流量計(jì)適用于潔凈流體的流量測(cè)量，而多普勒超聲流量計(jì)適用于固相含量較多或含有氣泡的液體。
超聲流量計(jì)的精確度差異很大。在傳播時(shí)間法超聲流量計(jì)中，大管徑的帶測(cè)量管的多聲道流量計(jì)，精確度較高，基本誤差一般可達(dá)到±(0.5~1)%R,也有高達(dá)±0.15%R，夾裝式可達(dá)到±(1~3)%R。而多普勒法超聲流量計(jì)一般可達(dá)到±(3~10)%FS，但當(dāng)固體粒子含量基本不變時(shí)，可達(dá)±(0.5~3)%FS。
b.黏度對(duì)儀表示值的影響。式(3.91)所示的流體流速其實(shí)只是換能器聲道上的流體平均流速，而人們要測(cè)量的是整個(gè)流通截面上的平均流速，由于整個(gè)截面上流速分布的不均勻，由式(3.91)測(cè)得的流速v計(jì)算平均流速時(shí)還得進(jìn)行流速分布系數(shù)修正，此系數(shù)是流體雷諾數(shù)的函數(shù)。圖 3.44示出此修正系數(shù)同雷諾數(shù)的關(guān)系。從圖中可以看出，流體在從層流向紊流過(guò)渡的區(qū)間修正系數(shù)K存在明顯的突變，這對(duì)儀表示值影響較大，而且?guī)в幸欢ǖ碾S機(jī)性，因?yàn)楫?dāng)被測(cè)流體為黏度較高的油品時(shí)，黏度隨溫度有大幅度的變化，很難準(zhǔn)確計(jì)算流體的雷諾數(shù)以進(jìn)行恰到好處的修正。所以在流速較低、ReD＜5000時(shí)，流量測(cè)量精確度難以提高，具體應(yīng)用時(shí)應(yīng)盡量避開(kāi)這一段。
對(duì)于黏度較低的液體，這個(gè)問(wèn)題卻不用擔(dān)心，例如常溫條件下的水在DN150管道中流動(dòng)，ReD=5000所對(duì)應(yīng)的流速低于0.05m/s，在流速如此低的條件下，超聲流量計(jì)精確度指標(biāo)原本就定得很低，所以用戶不會(huì)計(jì)較。
c.注意換能器的耐溫等級(jí)。換能器的耐溫等級(jí)一般有低、中、高溫三種，其中高溫?fù)Q能器適用的流體溫度可達(dá)210℃，當(dāng)被測(cè)流體為重油、渣油時(shí)，由于流體溫度較高，換能器連同耦合劑都應(yīng)選高溫型。
⑦科氏力質(zhì)量流量計(jì)
a.工作原理?？评飱W利質(zhì)量流量計(jì)(Coriolis mass flowmeter)簡(jiǎn)稱科氏力質(zhì)量流量計(jì)，它是基于下述原理工作的。
由此可以看出，通過(guò)（直接或間接）測(cè)量在旋轉(zhuǎn)管道中流動(dòng)的流體施加的科氏力就能測(cè)得質(zhì)量流量。
b.優(yōu)點(diǎn)。科氏力質(zhì)量流量計(jì)投入工業(yè)應(yīng)用之后，盡管售價(jià)高，但仍以其不可替代的許多優(yōu)點(diǎn)取代部分容積式流量計(jì)、速度式流量計(jì)、差壓式流量計(jì)等，穩(wěn)定地占領(lǐng)市場(chǎng)。其優(yōu)點(diǎn)主要如下。
·直接測(cè)量質(zhì)量流量，有很高的測(cè)量精確度。
·可測(cè)量流體范圍廣泛，包括高黏度流體、液固兩相流體、含有微量氣體的液氣兩相流體以及密度足夠高的中高壓氣體。
·上、下游管路引起的旋渦流和非均勻流速分布對(duì)儀表性能無(wú)影響，通常不要求配置專門(mén)長(zhǎng)度的直管段。
·流體黏度變化對(duì)測(cè)量值影響不顯著，流體密度變化對(duì)測(cè)量值影響極微小。
·有多路輸出，可同時(shí)分別輸出瞬時(shí)質(zhì)量流量或體積流量、流體密度、流體溫度等信號(hào)。還帶有若干開(kāi)關(guān)量輸入輸出口，某些型號(hào)儀表能實(shí)現(xiàn)批量操作。
·有雙向流量測(cè)量功能。
c.缺點(diǎn)
·零點(diǎn)穩(wěn)定性差，影響其精確度的進(jìn)一步提高。
·不能用于測(cè)量密度較低的介質(zhì)，如低壓氣體。
·液體中含氣量稍高一些就會(huì)使測(cè)量誤差顯著增大。
·對(duì)外界振動(dòng)干擾較為敏感。
·不能用于較大管徑，目前只能做到DN150~DN300。
·測(cè)量管內(nèi)壁磨損、腐蝕、沉積結(jié)垢會(huì)影響測(cè)量精確度。
·壓力損失大，尤其是測(cè)量氣壓較高的液體時(shí)，壓損很易導(dǎo)致液體汽化，出現(xiàn)氣穴，導(dǎo)致誤差增大甚至無(wú)法測(cè)量。
