輸油管線在現(xiàn)代的能源工業(yè)中是極為重要的傳輸設備，對于輸油管線中的流體精確測量的要求是相關技術人員苦苦追求的目標，也是一個永遠沒有盡頭的技術難題，畢竟工業(yè)生產(chǎn)對于技術的追求也是無止境的。隨著科學技術的長足進步，這一難題也得到越來越完善的解決，針對這一情況，通過本文，筆者結(jié)合單位的工作實踐，跟各位交流一下渦輪流量計在輸油管道中的設計問題。
 
渦輪流量計
一、渦輪流量計的工作原理
渦輪流量計的工作原理是通過在管道中安裝一個渦輪，兩邊由軸承加以支撐。在流體經(jīng)過管道時，沖擊渦輪的葉片，沖擊力對渦輪產(chǎn)生驅(qū)動力矩，使渦輪克服磨擦力矩產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)。在一定的流量范圍內(nèi)，對一定的流體介質(zhì)粘度，渦輪的旋轉(zhuǎn)角速度與流體流速成正比。由此，流體流速可通過渦輪的旋轉(zhuǎn)角速度得到，以此便能通過計算得到通過管道的流體流量。
 
渦輪的轉(zhuǎn)速通過裝在機殼外的傳感線圈來檢測。當渦輪葉片切割由殼體內(nèi)永久磁鋼產(chǎn)生的磁力線時，就會引起傳感線圈中的磁通變化。傳感線圈將檢測到的磁通周期變化信號送入前置放大器，對信號進行放大、整形，產(chǎn)生與流速成正比的脈沖信號，送入單位換算與流量積算電路得到并顯示累積流量值；同時亦將脈沖信號送入頻率電流轉(zhuǎn)換電路，將脈沖信號轉(zhuǎn)換成模擬電流量，進而指示瞬時流量值。

二、渦輪流量計在輸油管道中的設計應用
1.渦輪流量計的主要性能
額定壓力：四兆帕；長度：六百毫米；流量范圍：每小時五十立方米至二百五十立方米；壓降：在最大流量下壓力損失小于四十千帕（以水為測試介質(zhì)時）；總質(zhì)量：小于四十公斤。能在零下四十一攝氏度至零上四十六攝氏度的環(huán)境下正常工作。表頭同時顯示瞬時流量和累積流量，并可切換顯示總累積流量、批累積量、瞬時流量及介質(zhì)溫度，讀數(shù)方便，清晰直觀。
所配備的通訊接口，傳輸距離不小于九百米。儀表系數(shù)應用多段非線性修正，根據(jù)不同流量點對應的儀表系數(shù)，插值計算出流量計的儀表系數(shù)。溫度補償功能：基準溫度二十攝氏度，不同的油品采用不同溫度體積系數(shù)進行補償。
計量精度：零點二級。

        2.渦輪流量計的設計
液體渦輪流量計由渦輪流量傳感器和流量積算儀組成。
         第一，渦輪流量傳感器的設計。渦輪流量傳感器是渦輪流量計的基本單元，主要由整流器、導流體、渦輪、感應線圈、槽頭接頭、提手等組成。它基于動力矩平衡原理，當流體流經(jīng)傳感器時，在整流器和導流體作用下得到整流并加速由于渦輪葉片與流體流向成一定角度，在加速流體的作用下，葉輪產(chǎn)生轉(zhuǎn)動力矩，克服摩擦力矩和流體阻力矩后，渦輪開始旋轉(zhuǎn)。在一定流量范圍內(nèi)，渦輪轉(zhuǎn)速與流體體積流量成正比。葉輪旋轉(zhuǎn)切割磁力線，周期性地改變線圈中的磁通量，使線圈兩端感應出與流體體積流量成正比的脈沖信號，該信號經(jīng)放大、濾波、整形后送入流量積算儀。
渦輪。渦輪由導磁不銹鋼材料制成，裝有螺旋葉片，葉片數(shù)為六片，葉片傾角為三十五度，葉片與內(nèi)殼間的間隙為零點八毫米。
整流器。渦輪流量計特性與管線內(nèi)的速度分布有很大的關系，因此保證進入流量計的流體具有均勻的速度分布，是提高計量的準確性一個重要的前提條件。因此研制的渦輪流量計內(nèi)置了整流器。整流器由一束細不銹鋼管組成，整流束的長度為一百毫米：整流束管子的數(shù)目為四十二。通過增加整流器，可以減少流量計前后直管段的長度，提高計量精度，減小體積和重量。
         第二，流量積算儀的設計。流量積算儀作為流量計的計算顯示部分，采用高性能微功耗的集成芯片，配有脈沖輸出、四毫安至二十毫安模擬信號輸出和YG——865通訊接口三種輸出方式，內(nèi)置高容量三點六伏鋰電池供電，并內(nèi)置溫度傳感器。積算儀接收傳感器的信號，并進行運算處理，就地顯示于顯示窗口上。其主要特點如下：
采用高性能微功耗的集成芯片，整機多功能，功耗低。
可切換顯示總累積流量、批累積量、瞬時流量及介質(zhì)溫度，清晰直觀，讀數(shù)方便。
配有脈沖輸出，四毫安至二十毫安模擬信號輸出。
內(nèi)置高容量三點六伏鋰電池供電，壽命長，更換方便，電池壽命可達兩年以上。
軟件中采用了多段非線性修正，把生產(chǎn)過程中由于加工精度造成的儀表誤差通過軟件計算修正到標準值以內(nèi)。
內(nèi)置式溫度傳感器，可以在線補償由于溫度引起的變化量。
在軟件包中內(nèi)置了汽油、噴氣燃料和柴油的體積膨脹率，通過設置的切換開關，可對不同油品進行溫度補償。
溫度補償。流體的體積隨溫度的變化而變化，一般來說，溫度升高，體積膨脹，流體的這種屬性稱為熱膨脹性，用熱膨脹率表示。不同流體具有不同的熱膨脹率。
下面通過示例，計算不同介質(zhì)當溫度每升高一攝氏度時的體積變化率。對于柴油，當密度為每立方米八百三十千克時，溫度體積系數(shù)為零點零零零八四，當溫度升高一攝氏度時，體積變化率為千分之零點八四，若溫度變化十攝氏度的話，將會引起百分之零點八四的計量誤差。
當輸送原油時，溫度對體積的影響很大，當溫度變化十攝氏度時，會引起分百之一點二三的計量誤差，而一般流量計的計量精確度都可達到百分之零點五，只從提高儀表的精度出發(fā)，而不考慮被測介質(zhì)溫度的變化是不準確的，不能滿足計量交接的要求。溫度補償?shù)哪康木褪菍崪y油品的流量值轉(zhuǎn)換成可代計量交接的標準溫度條件（以二十攝氏度為基準）下的流量值。

         3.渦輪流量計的標定
確定流量計儀表系數(shù)及精確度分析渦輪流量計屬于速度式流量計，在一定的流量范圍內(nèi)，對一定的流體介質(zhì)粘度，渦輪的旋轉(zhuǎn)角速度與流體的流速成正比。
該流量計采用活塞式液體體積管進行檢定。體積管型號為WD-GY-150，流量范圍：每小時零點五六立方米至五百六十立方米、準確度為百分之零點零三。根據(jù)規(guī)程要求，在流量每小時二十五立方米至二百五十立方米的范圍內(nèi)進行檢定，對每個檢定點進行九次檢定，檢定時記錄每個檢定點的條件。對不同流量工況下的檢定結(jié)果進行分析，流量計的線性度、重復性、精度分別為千分之零點一五二，千分之零點零三一和千分之零點零點一五八。

三、本文結(jié)語
綜上，筆者針對著輸油管道中如何準確測量流量的問題談了渦輪流量計的設計應用，分別從其工作原理、結(jié)構(gòu)特點，以及結(jié)合筆者單位的工作情況談了設計應用問題。希望淺顯的論述能為輸油管道液體的準確計量起到積極推動和幫助作用。