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(xiàn)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(chēng)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(mǎn)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(xiàn)，常采用沖洗油隔離和干脆取消引壓管線(xiàn)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(hù)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(chēng)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)?？剖狭|(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(zhuān)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。
