渦街(天然氣)流量計的調試與維修

1  概述http://apwanrong.com/st280826/product_16467183.html

     AK-LUGB系列天然氣流量計，具有儀表常數穩(wěn)定、容易在較惡劣的環(huán)境中保證精度、量程范圍大、壓力損失小、精度高、維護量小等特點，在各生產裝置中使用較為普遍。另外它在測量體積流量時，幾乎不受流速、密度、壓力、溫度、粘度等參數的影響。無活動部件的簡單設計，也提高了儀表的使用壽命。下面筆者就日常工作中該類型儀表運行過程中出現的一系列問題及處理問題的方法給以敘述。

     2  組成及功能

     天然氣渦街流量計儀表由以下6部分組成：

     變送器殼體；渦街發(fā)生體；信號檢測器；輸出放大器；脈沖整形器；輸入放大器。

     變送器殼體是流體管道的一部分，由于選擇了合適的通徑、渦街發(fā)生體的形狀和尺寸比例，流體在殼體內流動時可在較寬雷諾數范圍內產生穩(wěn)定的渦街信號。渦街發(fā)生體使流體流經時產生渦列。信號檢測器檢測渦列并轉換成脈沖信號。輸入放大器將微弱的電信號進行放大，并濾除干擾信號。脈沖整形器將不規(guī)則的電脈沖轉換為幅度和寬度一定的方波信號。輸出放大器將方波信號進行放大轉換為4～20mA直流電流信號輸出。

     3  天然氣流量計工作原理

     在流體中插入柱狀物體時，在柱狀物體的兩側將交替產生有規(guī)則的旋渦列，稱謂“卡門渦街現象”?？ㄩT渦街的頻率與流速成正比 。

     式中：

     F為旋渦頻率；

     V為管道內平均流速；

     d為柱狀體迎流面寬度；

     D為管道內徑；

     St為斯特羅哈數。

     在雷諾數104～106范圍內，是一個無量綱常數。

     當旋渦在柱體兩側產生時，柱體受到與流向垂直的交變升力的作用，升力的變化頻率就是旋渦頻率，利用埋設于柱體內的壓電元件檢測此升力的變化，將其轉換為頻率信號送人放大器，由放大器進行放大和整形，得到其頻率與流速成比例的方波信號。由上式可見，通過測量渦街頻率就可算出流速V，進而求出體積流量， 。

     4  天然氣流量計的調試

     在管道內沒有液體流動時，由于管線振動所產生的噪聲使接收器反常地計數，這時就應該對儀表進行靈敏度調節(jié)。

     4.1  放大器增益的調整

     一般情況下無需對放大器的增益進行調整，除非在更換了傳感器之后。通過放大器板A上的AMP電位計調節(jié)放大器增益，在示波器上監(jiān)視放大后的渦流波形，在zui小流量時，渦流波形的峰值約為100mVP-P。

     4.2  觸發(fā)電平的調整

     觸發(fā)電平的增加(脈沖發(fā)生的靈敏度)，會使流量的靈敏度減小。在管道內沒有任何液體流動時，因管線振動，脈動流動出現噪聲而造成不正常脈沖發(fā)生可以通過增加觸發(fā)電平有效地進行處理。

     通過放大器板上的TRG電位計可調節(jié)觸發(fā)電平，放大的渦流波形的峰值無論何時超過預先確定的觸發(fā)電平，都能轉換成一個脈沖。因此，由于增加觸發(fā)電平，流量靈敏度就會減小。

     當觸發(fā)電平80mVP-P變到350mVP-P，其結果的靈敏度將是80/350＝1/4.4(靈敏度比率)倍。

     當改變靈敏度時，結果的zui小流量(可測的低限流量)約為1/(靈敏度的開平方乘以標準的zui小流量)。

     4.3  零點調整

     正確的接線，通過低頻信號發(fā)生器給渦街流量計輸入幅度為零的信號，調整零點調節(jié)電位計，數字萬用表的顯示值應為4mA。

     4.4  滿量程的調整

     如果不知道儀表的滿量程頻率，可通過zui大流量，計算出滿量程頻率乙來調校儀表，其關系式為：

     fmax＝Kmax

     正確的接線，用信號發(fā)生器輸出信號至電荷放大器，加大輸入信號幅值，轉換輸出方波，改變信號發(fā)生器的輸出頻率，直到頻率計上顯示的值是按上式計算出的滿量程頻率為止。此時，固定頻率不變，并調整量程電位計，數字萬用表的示值為20mA時為止。

     5  故障現象及處理方法

     (1)故障現象：通電后五指示、無輸出信號。

     故障原因：

     1)流量積算儀沒有24VDC輸出；

     2)接線有錯誤或斷線；

     3)傳感器內斷線或放大器損壞；

     4)管道內無流量或流量太小。

     處理措施：

     1)檢查積算儀輸出是否正常；

     2)重新接線；

     3)維修或更換；

     4)縮小儀表安裝處的管道內徑。

     (2)故障現象：沒有流量時有信號輸出。

     故障原因：

     1)儀表引線屏蔽或接地不良引人50Hz干擾；

     2)周圍有強電設備或動力線；

     3)管道有強烈振動。

     處理措施：

     1)加強屏蔽或接地，消除50Hz干擾；

     2)使儀表或信號線遠離干擾源；

     3)采取減振、加強濾波或降低靈敏度。

     (3)故障現象：流量指示值波動大。

     故障原因：

     1)管道振動影響；

     2)靈敏度調得過高；

     3)傳感器發(fā)生體上有附著物；

     4)壓電晶片損壞；

     5)工藝過程波動大。

     處理措施：

     1)加強濾波或減振；

     2)降低靈敏度；

     3)清潔傳感器發(fā)生體；

     4)更換；

     5)將儀表安裝在流量波動小的工藝管道上。

     (4)故障現象：指示誤差大。

     故障原因：

     1)上游直管段長度不夠；

     2)儀表常數設定有誤；

     3)電源電壓和負載電阻不符合要求；

     4)發(fā)生體粘污嚴重；

     5)放大器參數有變化；

     6)有氣穴現象。

     采取措施：

     1)改變安裝地點，加整流器或降低使用精度，上游直管段大于5D；

     2)重新設定參數；

     3)按儀表要求提供電源電壓；

     4)清洗發(fā)生體；

     5)重新調整；

     6)改變安裝地點，增加人口壓力。

     6  在使用過程中的注意事項

     (1)儀表維修人員日常巡檢過程中應嚴格關注渦街流量計顯示板的左上角低電池指示燈是否閃光，如有閃光現象應盡快更換內部電池。

     (2)應避免工藝管道振動，儀表受到強烈沖擊，會造成干擾大于流量信號現象，使儀表顯示錯誤的流量。

     (3)在儀表投用的初始階段，要使液體流量緩慢增加，突然增加流量會損壞儀表的渦街發(fā)生體。

     (4)為了消除雜散電流的干擾，現場布線要離開高壓線，電源線和電力設備要有足夠的距離。

渦街天然氣流量計有多種檢側方式和檢測技術，所采用的檢測元件也豐富多彩，與各種檢測元件配套的測量電路，也有較大的差別，所以儀表出現故障時，表現形式也不同、但這些不同都只限于渦街流量計的前面部分(即檢測元件和前置放大電路部分)。后面的信號處理部分：如濾波電路整形電路、A/D轉換和微處理器 顯示單元等都是相似的，所以常見故障也都具有共性。

　　1.渦街（天然氣）流量計故障判斷及處理(通電后，無流量時有信號輸出)

　　( 1 )接通電源，閥門未開，有信號輸出

　?、賯鞲衅?/span>(或檢測元件)輸出信號的屏蔽或接地不良，引人了外界電磁干擾;

　　②儀表過于靠近強電設備或高頻設備，空間電磁輻射干擾，對儀表造成影響;

　?、郯惭b管道有較強的振動;

　　④轉換器的靈敏度過高，對干擾信號靈敏過高;

　　應采取的措施是加強屏蔽和接地，消除管道振動，調整降低轉換器的靈敏度。

　　( 2 )處于間歇工作狀態(tài)的渦街流量計，電源未斷，閥門關閉，輸出信號不回零

　　這種現象可能的原因與第( 1)種現象相同，主要原因可能是管道振蕩影響和外界電磁干擾。應采取調低轉換器的靈敏度，提高整形電路的觸發(fā)電平，可抑制噪聲，克服間歇期間的誤觸發(fā)。

　　( 3 )通電狀態(tài)下，關斷下游閥門，輸出不回零，關上游閥門輸出回零

　　這主要來自禍街流量計上游流體脈動壓力的影響。如果渦街流量計安裝在T型支管上，且上游主管有壓力脈動，或者是渦街流量計的上游有脈動的動力源(如活塞式泵或羅茨風機)時，脈動壓力造成渦街流量計的假信號。解決的辦法就是：把下游閥門安裝到渦街流量計的上游，在停機時關閉上游的閥門，，隔絕脈動壓力的影響。但安裝時，上游閥門應盡量遠離渦街流量計，并保證足夠的直管段長度。

　　( 4 )通電狀態(tài)下，關上游閥門輸出不回零，只有關下游閥門輸出回零

　　這種故障是管內流體擾動引起的，擾動來自渦街流一量計下游管道。在管網中如果渦街流量計下游直管段較短且出口與管網中其他管道的閥門相距較近，則這些管道內流體擾動(例如下游其他管道中的閥門開、關、調節(jié)閥的頻繁動作)傳到渦街流量計檢測元件，引起假信號。解決辦法是加長下游直管段，減小流體擾動的影響。

　　2 .渦街（天然氣）流量計故障判斷及處理(通電通流后無輸出信號)

　　這種故障的出現，有以下幾方面原因：

　　(1)電源斷線，實際上電源并未加到轉換器上，即轉換器未工作;

　　(2)電源線接錯;

　　(3)檢測元件與轉換器輸人端之間的信號線斷線，信號未加到前置放大器輸人端;

　　(4) 轉換器中某部件(例如，放大電路、濾波電路、整形電路、輸出電路等的某些元件失效;

　　(5)管道中無流量或流量太小;

　　(6) 管道堵塞，檢測元件被卡死;

　　(7) 力檢測元件損壞;

　　以上七種故障中的六種均屬硬故障，比較容易發(fā)現，處理方法也相對簡單。第五種故障比較麻煩，特別是“流量太小”這一故障原因，如果不是因閥門開度太小所致，就牽涉到選表問題。要*解決，就需要重新選擇量程合適的儀表，對工藝管道進行縮徑，重新安裝。

　　3 .渦街（天然氣）流量計輸出(或指示)信號不隨流量變化。這種故障的出現有以下幾方面原因：)

        故障判斷及處理(通電、通流后，

　　(1 )由于信號線的屏蔽層接地不良或接地點選擇不合適，外界電磁干擾十分嚴重(例如 50Hz工頻干擾)，*抑制了微弱的渦街信號，輸出信號全被噪聲干擾淹沒，這時調節(jié)閥門開度、儀表的增益，都無濟于事。

　　(2)檢測元件與轉換器之間的連接斷線，前置放大器的輸人端開路，或檢測元件有一根信號線與地短接造成前置放大器輸人嚴重失衡，共模干擾趁機而人，渦街信號被噪聲干擾壓制，輸出端*被干擾控制。

　　(3 )前置放大器的增益過高，產生自激振蕩現象，輸出被鎖定在自激頻率上。

　　以上三方面，屬于電氣方面的原因引起的故障，只有加強屏蔽與接地，合理走線，減小或消除干擾，儀表正常工作才能恢復。

　　(4)管道(或環(huán)境)的強烈振動，當振動方向與儀表檢測元件的敏感方向一致時，振動把渦街信號*抑制，輸出信號就是振動頻率信號。調整閥門開度也不能改變輸出。

　　解決的方法是，采用減振措施(加管道防振座、固定管道)，弄清振動方向，把渦街流量計的傳感器繞管軸轉動士 90 ℃，把檢測元件敏感方向調整到與振動方向相垂直，可減小振動的影響口或適當降低前置放大器的增益和觸發(fā)靈敏度。采取以上措施可消除振動影響。

　　(5) 脈動流對渦街信號的“鎖定”在沒有采取有效抑制脈動流影響的情況下，脈動流對旋渦穩(wěn)定分離的破壞作用不可低估，如果脈動頻率與渦街信號頻率合拍，可能把渦街信號“鎖定”在該頻率附近，這時調節(jié)閥門和儀表靈敏度，輸出信號頻率都不會改變。

　　解決方法是如本章*節(jié)所介紹的那樣，在儀表的安裝管道設計、施工時采取吸收或降低流體脈動的措施。

　　4. 渦街流量計故障判斷及處理(輸出信號不規(guī)則、不穩(wěn)定)

　　信號不規(guī)則主要表現在天然氣流量計輸出的脈沖信號不規(guī)則，脈沖寬度寬窄嚴重不均，有時有多波、有時有漏波;用頻率計測量信號頻率時，頻率值有明顯跳動，顯示數字分散度較大;模擬輸出信號指示值時大時小，不穩(wěn)定。

　　天然氣流量計產生這種現象的原因較多，我們分別進行討論。

　　(1) 電氣方面的原因

　　電磁干擾的影響，干擾噪聲與渦街信號相疊加，使信號時強時弱，出現輸出脈沖信號有多波和漏波現象。另外，前置放大器的濾波參數設置、增益和靈敏度調整不合適，也會出現多波和漏波現象。

　　(2) 檢測元件的原因

　　檢測元件被沾污、受潮，靈敏度降低，輸出信號減弱，造成漏波;

　　檢測元件靈敏度過高，一些無用的擾動，主旋渦以外的子旋渦及流體噪聲都被檢測，造成多波現象擴檢測元件引線接觸不良、檢測元件松動等，造成信號時大時小。

　　(3)安裝方面的原因

　　安裝時儀表的測量管與配管不同心、密封墊凸人管內、引起流體擾動、·產生附加旋渦;

　　測量管道內液體不滿管、旋渦不能規(guī)則分離;

　　儀表安裝位置與動力源相距過近，管道振動、流場擾動;

　　安裝管道的上、下游直管段長度不足，阻流件產生擾動，影響渦街的穩(wěn)定性。

　　(4)一工藝方面的原因

　　管內流量不穩(wěn)定;工況參數變化大，流量變化大。

　　(5) 流體的原因

　　流體中有塊狀、團狀或帶狀雜物，沖擊、一纏繞發(fā)生體和檢測元件，渦街不能穩(wěn)定分離;

　　存在兩相流或多相流，流型多變，渦街信號不穩(wěn)定;

　　測量液體流量時，工作壓力低、流速較高、可能產生氣穴現象。

　　以上這些故障原因有的可通過調整儀表的參數解決;有的需要與客戶密切配合、調整工藝流程、幾改變儀表安裝位置才有可能解決;而有的則是選表問題，例如對于嚴重的多相流、臟污流、脈動流，選用渦街流量計是不合適的。

　　5 .渦街流量計故障判斷及處理(測量誤差大)

　　測量誤差大的問題，產生的原因也是多方面的。

　　(1) 儀表方面的原因

　　儀表超過檢定周期，儀表系數 K 發(fā)生了變化;

　　設定的參數(例如測量管內徑 , 標準狀態(tài)密度和儀表系數)有誤;

　　模擬轉換電路的零點漂移或量程調整不對;

　　供電電源過大地偏離額定值或紋波過大。

　　以上這幾種原因會直接給儀表帶來測量誤差。應把儀表迅速送檢，及時檢查設定的各種參數，定期校正儀表的零點和量程，保持儀表的完好率。

　　(2 )安裝方面的原因

　　上、下游直管段長度不夠.

　　儀表測量管內徑與配管內徑偏差大;

　　安裝不同心、密封墊凸人管內;

　　儀表流向裝反;

　　檢測元件被雜質覆蓋;

　　檢測靈敏度降低，小流量漏計;

　　管道泄漏(例如安裝在地下的管道，小的泄漏不被發(fā)現)，閥門泄漏，旁通閥泄漏造成累積流量(總量)偏小;

　　存在兩相流、脈動流影響準確計量;

　　測量管內壁和發(fā)生體被腐蝕，發(fā)生體表面有沉積物附著，幾何參數發(fā)生變化，改變了儀表系數，造成測量誤差。

　　由上述種種現象分析可知，提高測量度是客戶和制造廠的共同心愿，如發(fā)現了測量誤差較大，應該及時查找原因，及時對儀表進行校準，減少因計量不準造成的損失。

　　6 .渦街流量計故障判斷及處理(測量管道泄漏)

　　經長期的應用，測量管道發(fā)生泄漏也屬常見故障，其原因可能有：

　　(1) 管內壓力過高;

(2)管內流體溫度過高或管內流體溫度變化過快過大，容易引起緊固件松動;

(3) 密封件失效;

　　(4) 表體或檢測元件被腐蝕;

　　出現測量管道泄漏，應及時修復，以免釀成其他事故。

　　7 .渦街流量計故障判斷及處理(傳感器發(fā)止異常的嘯叫聲)

　　(1) 流速過高，引起發(fā)生體或檢測元件顫動;

　　(2)管道內發(fā)生氣穴現象;

　　(3)發(fā)生體或檢測元件松動;

　　當這種現象發(fā)生時，為避免造成發(fā)生體或檢測元件的損壞，首先應調整閥門，把流量減小，流

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