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浅析天然气流量计的调试与维修
点击次数:585 发布时间:2020-12-20 11:19:20
 AK-LUGB系列天然气流量计,具有仪表常数稳定、容易在较恶劣的环境中保证精度、量程范围大、压力损失小、精度高、维护量小等特点,在各生产装置中使用较为普遍。另外它在测量体积流量时,几乎不受流速、密度、压力、温度、粘度等参数的影响。无活动部件的简单设计,也提高了仪表的使用寿命。下面笔者就日常工作中该类型仪表运行过程中出现的一系列问题及处理问题的方法给以叙述。
 
     2  组成及功能
 
     天然气涡街流量计仪表由以下6部分组成:
 
     变送器壳体;涡街发生体;信号检测器;输出放大器;脉冲整形器;输入放大器。
 
     变送器壳体是流体管道的一部分,由于选择了合适的通径、涡街发生体的形状和尺寸比例,流体在壳体内流动时可在较宽雷诺数范围内产生稳定的涡街信号。涡街发生体使流体流经时产生涡列。信号检测器检测涡列并转换成脉冲信号。输入放大器将微弱的电信号进行放大,并滤除干扰信号。脉冲整形器将不规则的电脉冲转换为幅度和宽度一定的方波信号。输出放大器将方波信号进行放大转换为4~20mA直流电流信号输出。
 
     3  天然气流量计工作原理
 
     在流体中插入柱状物体时,在柱状物体的两侧将交替产生有规则的旋涡列,称谓“卡门涡街现象”。卡门涡街的频率与流速成正比 。
 
     式中:
 
     F为旋涡频率;
 
     V为管道内平均流速;
 
     d为柱状体迎流面宽度;
 
     D为管道内径;
 
     St为斯特罗哈数。
 
     在雷诺数104~106范围内,是一个无量纲常数。
 
     当旋涡在柱体两侧产生时,柱体受到与流向垂直的交变升力的作用,升力的变化频率就是旋涡频率,利用埋设于柱体内的压电元件检测此升力的变化,将其转换为频率信号送人放大器,由放大器进行放大和整形,得到其频率与流速成比例的方波信号。由上式可见,通过测量涡街频率就可算出流速V,进而求出体积流量, 。
 
     4  天然气流量计的调试
 
     在管道内没有液体流动时,由于管线振动所产生的噪声使接收器反常地计数,这时就应该对仪表进行灵敏度调节。
 
     4.1  放大器增益的调整
 
     一般情况下无需对放大器的增益进行调整,除非在更换了传感器之后。通过放大器板A上的AMP电位计调节放大器增益,在示波器上监视放大后的涡流波形,在*小流量时,涡流波形的峰值约为100mVP-P。
 
     4.2  触发电平的调整
 
     触发电平的增加(脉冲发生的灵敏度),会使流量的灵敏度减小。在管道内没有任何液体流动时,因管线振动,脉动流动出现噪声而造成不正常脉冲发生可以通过增加触发电平有效地进行处理。
 
     通过放大器板上的TRG电位计可调节触发电平,放大的涡流波形的峰值无论何时超过预先确定的触发电平,都能转换成一个脉冲。因此,由于增加触发电平,流量灵敏度就会减小。
 
     当触发电平80mVP-P变到350mVP-P,其结果的灵敏度将是80/350=1/4.4(灵敏度比率)倍。
 
     当改变灵敏度时,结果的*小流量(可测的低限流量)约为1/(灵敏度的开平方乘以标准的*小流量)。
 
     4.3  零点调整
 
     正确的接线,通过低频信号发生器给涡街流量计输入幅度为零的信号,调整零点调节电位计,数字万用表的显示值应为4mA。
 
     4.4  满量程的调整
 
     如果不知道仪表的满量程频率,可通过*大流量,计算出满量程频率乙来调校仪表,其关系式为:
 
     fmax=KQQmax
 
     正确的接线,用信号发生器输出信号至电荷放大器,加大输入信号幅值,转换输出方波,改变信号发生器的输出频率,直到频率计上显示的值是按上式计算出的满量程频率为止。此时,固定频率不变,并调整量程电位计,数字万用表的示值为20mA时为止。
 
     5  故障现象及处理方法
 
     (1)故障现象:通电后五指示、无输出信号。
 
     故障原因:
 
     1)流量积算仪没有24VDC输出;
 
     2)接线有错误或断线;
 
     3)传感器内断线或放大器损坏;
 
     4)管道内无流量或流量太小。
 
     处理措施:
 
     1)检查积算仪输出是否正常;
 
     2)重新接线;
 
     3)维修或更换;
 
     4)缩小仪表安装处的管道内径。
 
     (2)故障现象:没有流量时有信号输出。
 
     故障原因:
 
     1)仪表引线屏蔽或接地不良引人50Hz干扰;
 
     2)周围有强电设备或动力线;
 
     3)管道有强烈振动。
 
     处理措施:
 
     1)加强屏蔽或接地,消除50Hz干扰;
 
     2)使仪表或信号线远离干扰源;
 
     3)采取减振、加强滤波或降低灵敏度。
 
     (3)故障现象:流量指示值波动大。
 
     故障原因:
 
     1)管道振动影响;
 
     2)灵敏度调得过高;
 
     3)传感器发生体上有附着物;
 
     4)压电晶片损坏;
 
     5)工艺过程波动大。
 
     处理措施:
 
     1)加强滤波或减振;
 
     2)降低灵敏度;
 
     3)清洁传感器发生体;
 
     4)更换;
 
     5)将仪表安装在流量波动小的工艺管道上。
 
     (4)故障现象:指示误差大。
 
     故障原因:
 
     1)上游直管段长度不够;
 
     2)仪表常数设定有误;
 
     3)电源电压和负载电阻不符合要求;
 
     4)发生体粘污严重;
 
     5)放大器参数有变化;
 
     6)有气穴现象。
 
     采取措施:
 
     1)改变安装地点,加整流器或降低使用精度,上游直管段大于5D;
 
     2)重新设定参数;
 
     3)按仪表要求提供电源电压;
 
     4)清洗发生体;
 
     5)重新调整;
 
     6)改变安装地点,增加人口压力。
 
     6  在使用过程中的注意事项
 
     (1)仪表维修人员日常巡检过程中应严格关注涡街流量计显示板的左上角低电池指示灯是否闪光,如有闪光现象应尽快更换内部电池。
 
     (2)应避免工艺管道振动,仪表受到强烈冲击,会造成干扰大于流量信号现象,使仪表显示错误的流量。
 
     (3)在仪表投用的初始阶段,要使液体流量缓慢增加,突然增加流量会损坏仪表的涡街发生体。
 
     (4)为了消除杂散电流的干扰,现场布线要离开高压线,电源线和电力设备要有足够的距离。
 
涡街天然气流量计有多种检侧方式和检测技术,所采用的检测元件也丰富多彩,与各种检测元件配套的测量电路,也有较大的差别,所以仪表出现故障时,表现形式也不同、但这些不同都只限于涡街流量计的前面部分(即检测元件和前置放大电路部分)。后面的信号处理部分:如滤波电路整形电路、A/D转换和微处理器 显示单元等都是相似的,所以常见故障也都具有共性。
 
 
 
  1.涡街(天然气)流量计故障判断及处理(通电后,无流量时有信号输出)
 
 
 
  ( 1 )接通电源,阀门未开,有信号输出
 
 
 
  ①传感器(或检测元件)输出信号的屏蔽或接地不良,引人了外界电磁干扰;
 
 
 
  ②仪表过于靠近强电设备或高频设备,空间电磁辐射干扰,对仪表造成影响;
 
 
 
  ③安装管道有较强的振动;
 
 
 
  ④转换器的灵敏度过高,对干扰信号灵敏过高;
 
 
 
  应采取的措施是加强屏蔽和接地,消除管道振动,调整降低转换器的灵敏度。
 
 
 
  ( 2 )处于间歇工作状态的涡街流量计,电源未断,阀门关闭,输出信号不回零
 
 
 
  这种现象可能的原因与第( 1)种现象相同,主要原因可能是管道振荡影响和外界电磁干扰。应采取调低转换器的灵敏度,提高整形电路的触发电平,可抑制噪声,克服间歇期间的误触发。
 
 
 
  ( 3 )通电状态下,关断下游阀门,输出不回零,关上游阀门输出回零
 
 
 
  这主要来自祸街流量计上游流体脉动压力的影响。如果涡街流量计安装在T型支管上,且上游主管有压力脉动,或者是涡街流量计的上游有脉动的动力源(如活塞式泵或罗茨风机)时,脉动压力造成涡街流量计的假信号。解决的办法就是:把下游阀门安装到涡街流量计的上游,在停机时关闭上游的阀门,,隔绝脉动压力的影响。但安装时,上游阀门应尽量远离涡街流量计,并保证足够的直管段长度。
 
 
 
  ( 4 )通电状态下,关上游阀门输出不回零,只有关下游阀门输出回零
 
 
 
  这种故障是管内流体扰动引起的,扰动来自涡街流一量计下游管道。在管网中如果涡街流量计下游直管段较短且出口与管网中其他管道的阀门相距较近,则这些管道内流体扰动(例如下游其他管道中的阀门开、关、调节阀的频繁动作)传到涡街流量计检测元件,引起假信号。解决办法是加长下游直管段,减小流体扰动的影响。
 
 
 
  2 .涡街(天然气)流量计故障判断及处理(通电通流后无输出信号)
 
 
 
  这种故障的出现,有以下几方面原因:
 
 
 
  (1)电源断线,实际上电源并未加到转换器上,即转换器未工作;
 
 
 
  (2)电源线接错;
 
 
 
  (3)检测元件与转换器输人端之间的信号线断线,信号未加到前置放大器输人端;
 
 
 
  (4) 转换器中某部件(例如,放大电路、滤波电路、整形电路、输出电路等的某些元件失效;
 
 
 
  (5)管道中无流量或流量太小;
 
 
 
  (6) 管道堵塞,检测元件被卡死;
 
 
 
  (7) 力检测元件损坏;
 
 
 
  以上七种故障中的六种均属硬故障,比较容易发现,处理方法也相对简单。第五种故障比较麻烦,特别是“流量太小”这一故障原因,如果不是因阀门开度太小所致,就牵涉到选表问题。要彻底解决,就需要重新选择量程合适的仪表,对工艺管道进行缩径,重新安装。
 
 
 
  3 .涡街(天然气)流量计输出(或指示)信号不随流量变化。这种故障的出现有以下几方面原因:)
 
 
 
        故障判断及处理(通电、通流后,
 
 
 
  (1 )由于信号线的屏蔽层接地不良或接地点选择不合适,外界电磁干扰十分严重(例如 50Hz工频干扰),完全抑制了微弱的涡街信号,输出信号全被噪声干扰淹没,这时调节阀门开度、仪表的增益,都无济于事。
 
 
 
  (2)检测元件与转换器之间的连接断线,前置放大器的输人端开路,或检测元件有一根信号线与地短接造成前置放大器输人严重失衡,共模干扰趁机而人,涡街信号被噪声干扰压制,输出端完全被干扰控制。
 
 
 
  (3 )前置放大器的增益过高,产生自激振荡现象,输出被锁定在自激频率上。
 
 
 
  以上三方面,属于电气方面的原因引起的故障,只有加强屏蔽与接地,合理走线,减小或消除干扰,仪表正常工作才能恢复。
 
 
 
  (4)管道(或环境)的强烈振动,当振动方向与仪表检测元件的敏感方向一致时,振动把涡街信号完全抑制,输出信号就是振动频率信号。调整阀门开度也不能改变输出。
 
 
 
  解决的方法是,采用减振措施(加管道防振座、固定管道),弄清振动方向,把涡街流量计的传感器绕管轴转动士 90 ℃,把检测元件敏感方向调整到与振动方向相垂直,可减小振动的影响口或适当降低前置放大器的增益和触发灵敏度。采取以上措施可消除振动影响。
 
 
 
  (5) 脉动流对涡街信号的“锁定”在没有采取有效抑制脉动流影响的情况下,脉动流对旋涡稳定分离的破坏作用不可低估,如果脉动频率与涡街信号频率合拍,可能把涡街信号“锁定”在该频率附近,这时调节阀门和仪表灵敏度,输出信号频率都不会改变。
 
 
 
  解决方法是如本章**节所介绍的那样,在仪表的安装管道设计、施工时采取吸收或降低流体脉动的措施。
 
 
 
  4. 涡街流量计故障判断及处理(输出信号不规则、不稳定)
 
 
 
  信号不规则主要表现在天然气流量计输出的脉冲信号不规则,脉冲宽度宽窄严重不均,有时有多波、有时有漏波;用频率计测量信号频率时,频率值有明显跳动,显示数字分散度较大;模拟输出信号指示值时大时小,不稳定。
 
 
 
  天然气流量计产生这种现象的原因较多,我们分别进行讨论。
 
 
 
  (1) 电气方面的原因
 
 
 
  电磁干扰的影响,干扰噪声与涡街信号相叠加,使信号时强时弱,出现输出脉冲信号有多波和漏波现象。另外,前置放大器的滤波参数设置、增益和灵敏度调整不合适,也会出现多波和漏波现象。
 
 
 
  (2) 检测元件的原因
 
 
 
  检测元件被沾污、受潮,灵敏度降低,输出信号减弱,造成漏波;
 
 
 
  检测元件灵敏度过高,一些无用的扰动,主旋涡以外的子旋涡及流体噪声都被检测,造成多波现象扩检测元件引线接触不良、检测元件松动等,造成信号时大时小。
 
 
 
  (3)安装方面的原因
 
 
 
  安装时仪表的测量管与配管不同心、密封垫凸人管内、引起流体扰动、·产生附加旋涡;
 
 
 
  测量管道内液体不满管、旋涡不能规则分离;
 
 
 
  仪表安装位置与动力源相距过近,管道振动、流场扰动;
 
 
 
  安装管道的上、下游直管段长度不足,阻流件产生扰动,影响涡街的稳定性。
 
 
 
  (4)一工艺方面的原因
 
 
 
  管内流量不稳定;工况参数变化大,流量变化大。
 
 
 
  (5) 流体的原因
 
 
 
  流体中有块状、团状或带状杂物,冲击、一缠绕发生体和检测元件,涡街不能稳定分离;
 
 
 
  存在两相流或多相流,流型多变,涡街信号不稳定;
 
 
 
  测量液体流量时,工作压力低、流速较高、可能产生气穴现象。
 
 
 
  以上这些故障原因有的可通过调整仪表的参数解决;有的需要与客户密切配合、调整工艺流程、几改变仪表安装位置才有可能解决;而有的则是选表问题,例如对于严重的多相流、脏污流、脉动流,选用涡街流量计是不合适的。
 
 
 
  5 .涡街流量计故障判断及处理(测量误差大)
 
 
 
  测量误差大的问题,产生的原因也是多方面的。
 
 
 
  (1) 仪表方面的原因
 
 
 
  仪表超过检定周期,仪表系数 K 发生了变化;
 
 
 
  设定的参数(例如测量管内径 , 标准状态密度和仪表系数)有误;
 
 
 
  模拟转换电路的零点漂移或量程调整不对;
 
 
 
  供电电源过大地偏离额定值或纹波过大。
 
 
 
  以上这几种原因会直接给仪表带来测量误差。应把仪表迅速送检,及时检查设定的各种参数,定期校正仪表的零点和量程,保持仪表的完好率。
 
 
 
  (2 )安装方面的原因
 
 
 
  上、下游直管段长度不够.
 
 
 
  仪表测量管内径与配管内径偏差大;
 
 
 
  安装不同心、密封垫凸人管内;
 
 
 
  仪表流向装反;
 
 
 
  检测元件被杂质覆盖;
 
 
 
  检测灵敏度降低,小流量漏计;
 
 
 
  管道泄漏(例如安装在地下的管道,小的泄漏不被发现),阀门泄漏,旁通阀泄漏造成累积流量(总量)偏小;
 
 
 
  存在两相流、脉动流影响准确计量;
 
 
 
  测量管内壁和发生体被腐蚀,发生体表面有沉积物附着,几何参数发生变化,改变了仪表系数,造成测量误差。
 
 
 
  由上述种种现象分析可知,提高测量精确度是客户和制造厂的共同心愿,如发现了测量误差较大,应该及时查找原因,及时对仪表进行校准,减少因计量不准造成的损失。
 
 
 
  6 .涡街流量计故障判断及处理(测量管道泄漏)
 
 
 
  经长期的应用,测量管道发生泄漏也属常见故障,其原因可能有:
 
 
 
  (1) 管内压力过高;
 
 
 
(2)管内流体温度过高或管内流体温度变化过快过大,容易引起紧固件松动;
 
(3) 密封件失效;
 
 
 
  (4) 表体或检测元件被腐蚀;
 
 
 
  出现测量管道泄漏,应及时修复,以免酿成其他事故。
 
 
 
  7 .涡街流量计故障判断及处理(传感器发止异常的啸叫声)
 
 
 
  (1) 流速过高,引起发生体或检测元件颤动;
 
 
 
  (2)管道内发生气穴现象;
 
 
 
  (3)发生体或检测元件松动;