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渦街(天然氣)流量計(jì)的調(diào)試與維修

1  概述http://www.frjs.com.cn/st280826/product_16467183.html

     AK-LUGB系列天然氣流量計(jì)，具有儀表常數(shù)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(hù)量小等特點(diǎn)，在各生產(chǎn)裝置中使用較為普遍。另外它在測量體積流量時(shí)，幾乎不受流速、密度、壓力、溫度、粘度等參數(shù)的影響。無活動(dòng)部件的簡單設(shè)計(jì)，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(yùn)行過程中出現(xiàn)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(jì)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(nèi)流動(dòng)時(shí)可在較寬雷諾數(shù)范圍內(nèi)產(chǎn)生穩(wěn)定的渦街信號。渦街發(fā)生體使流體流經(jīng)時(shí)產(chǎn)生渦列。信號檢測器檢測渦列并轉(zhuǎn)換成脈沖信號。輸入放大器將微弱的電信號進(jìn)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(zhuǎn)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(jìn)行放大轉(zhuǎn)換為4～20mA直流電流信號輸出。

     3  天然氣流量計(jì)工作原理

     在流體中插入柱狀物體時(shí)，在柱狀物體的兩側(cè)將交替產(chǎn)生有規(guī)則的旋渦列，稱謂“卡門渦街現(xiàn)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(nèi)平均流速；

     d為柱狀體迎流面寬度；

     D為管道內(nèi)徑；

     St為斯特羅哈數(shù)。

     在雷諾數(shù)104～106范圍內(nèi)，是一個(gè)無量綱常數(shù)。

     當(dāng)旋渦在柱體兩側(cè)產(chǎn)生時(shí)，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(shè)于柱體內(nèi)的壓電元件檢測此升力的變化，將其轉(zhuǎn)換為頻率信號送人放大器，由放大器進(jìn)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(jìn)而求出體積流量， 。

     4  天然氣流量計(jì)的調(diào)試

     在管道內(nèi)沒有液體流動(dòng)時(shí)，由于管線振動(dòng)所產(chǎn)生的噪聲使接收器反常地計(jì)數(shù)，這時(shí)就應(yīng)該對儀表進(jìn)行靈敏度調(diào)節(jié)。

     4.1  放大器增益的調(diào)整

     一般情況下無需對放大器的增益進(jìn)行調(diào)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(jì)調(diào)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(shí)，渦流波形的峰值約為100mVP-P。

     4.2  觸發(fā)電平的調(diào)整

     觸發(fā)電平的增加(脈沖發(fā)生的靈敏度)，會(huì)使流量的靈敏度減小。在管道內(nèi)沒有任何液體流動(dòng)時(shí)，因管線振動(dòng)，脈動(dòng)流動(dòng)出現(xiàn)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(jìn)行處理。

     通過放大器板上的TRG電位計(jì)可調(diào)節(jié)觸發(fā)電平，放大的渦流波形的峰值無論何時(shí)超過預(yù)先確定的觸發(fā)電平，都能轉(zhuǎn)換成一個(gè)脈沖。因此，由于增加觸發(fā)電平，流量靈敏度就會(huì)減小。

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

     當(dāng)改變靈敏度時(shí)，結(jié)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(biāo)準(zhǔn)的zui小流量)。

     4.3  零點(diǎn)調(diào)整

     正確的接線，通過低頻信號發(fā)生器給渦街流量計(jì)輸入幅度為零的信號，調(diào)整零點(diǎn)調(diào)節(jié)電位計(jì)，數(shù)字萬用表的顯示值應(yīng)為4mA。

     4.4  滿量程的調(diào)整

     如果不知道儀表的滿量程頻率，可通過zui大流量，計(jì)算出滿量程頻率乙來調(diào)校儀表，其關(guān)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(zhuǎn)換輸出方波，改變信號發(fā)生器的輸出頻率，直到頻率計(jì)上顯示的值是按上式計(jì)算出的滿量程頻率為止。此時(shí)，固定頻率不變，并調(diào)整量程電位計(jì)，數(shù)字萬用表的示值為20mA時(shí)為止。

     5  故障現(xiàn)象及處理方法

     (1)故障現(xiàn)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(cuò)誤或斷線；

     3)傳感器內(nèi)斷線或放大器損壞；

     4)管道內(nèi)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(nèi)徑。

     (2)故障現(xiàn)象：沒有流量時(shí)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(qiáng)電設(shè)備或動(dòng)力線；

     3)管道有強(qiáng)烈振動(dòng)。

     處理措施：

     1)加強(qiáng)屏蔽或接地，消除50Hz干擾；

     2)使儀表或信號線遠(yuǎn)離干擾源；

     3)采取減振、加強(qiáng)濾波或降低靈敏度。

     (3)故障現(xiàn)象：流量指示值波動(dòng)大。

     故障原因：

     1)管道振動(dòng)影響；

     2)靈敏度調(diào)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(dòng)大。

     處理措施：

     1)加強(qiáng)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(dòng)小的工藝管道上。

     (4)故障現(xiàn)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(shù)設(shè)定有誤；

     3)電源電壓和負(fù)載電阻不符合要求；

     4)發(fā)生體粘污嚴(yán)重；

     5)放大器參數(shù)有變化；

     6)有氣穴現(xiàn)象。

     采取措施：

     1)改變安裝地點(diǎn)，加整流器或降低使用精度，上游直管段大于5D；

     2)重新設(shè)定參數(shù)；

     3)按儀表要求提供電源電壓；

     4)清洗發(fā)生體；

     5)重新調(diào)整；

     6)改變安裝地點(diǎn)，增加人口壓力。

     6  在使用過程中的注意事項(xiàng)

     (1)儀表維修人員日常巡檢過程中應(yīng)嚴(yán)格關(guān)注渦街流量計(jì)顯示板的左上角低電池指示燈是否閃光，如有閃光現(xiàn)象應(yīng)盡快更換內(nèi)部電池。

     (2)應(yīng)避免工藝管道振動(dòng)，儀表受到強(qiáng)烈沖擊，會(huì)造成干擾大于流量信號現(xiàn)象，使儀表顯示錯(cuò)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(huì)損壞儀表的渦街發(fā)生體。

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

渦街天然氣流量計(jì)有多種檢側(cè)方式和檢測技術(shù)，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(xiàn)故障時(shí)，表現(xiàn)形式也不同、但這些不同都只限于渦街流量計(jì)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(zhuǎn)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(jì)故障判斷及處理(通電后，無流量時(shí)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(qiáng)電設(shè)備或高頻設(shè)備，空間電磁輻射干擾，對儀表造成影響;

　?、郯惭b管道有較強(qiáng)的振動(dòng);

　?、苻D(zhuǎn)換器的靈敏度過高，對干擾信號靈敏過高;

　　應(yīng)采取的措施是加強(qiáng)屏蔽和接地，消除管道振動(dòng)，調(diào)整降低轉(zhuǎn)換器的靈敏度。

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

　　這種現(xiàn)象可能的原因與第( 1)種現(xiàn)象相同，主要原因可能是管道振蕩影響和外界電磁干擾。應(yīng)采取調(diào)低轉(zhuǎn)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(guān)斷下游閥門，輸出不回零，關(guān)上游閥門輸出回零

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

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

　　這種故障是管內(nèi)流體擾動(dòng)引起的，擾動(dòng)來自渦街流一量計(jì)下游管道。在管網(wǎng)中如果渦街流量計(jì)下游直管段較短且出口與管網(wǎng)中其他管道的閥門相距較近，則這些管道內(nèi)流體擾動(dòng)(例如下游其他管道中的閥門開、關(guān)、調(diào)節(jié)閥的頻繁動(dòng)作)傳到渦街流量計(jì)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(dòng)的影響。

　　2 .渦街（天然氣）流量計(jì)故障判斷及處理(通電通流后無輸出信號)

　　這種故障的出現(xiàn)，有以下幾方面原因：

　　(1)電源斷線，實(shí)際上電源并未加到轉(zhuǎn)換器上，即轉(zhuǎn)換器未工作;

　　(2)電源線接錯(cuò);

　　(3)檢測元件與轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(xiàn)，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(jìn)行縮徑，重新安裝。

　　3 .渦街（天然氣）流量計(jì)輸出(或指示)信號不隨流量變化。這種故障的出現(xiàn)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(diǎn)選擇不合適，外界電磁干擾十分嚴(yán)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(shí)調(diào)節(jié)閥門開度、儀表的增益，都無濟(jì)于事。

　　(2)檢測元件與轉(zhuǎn)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(yán)重失衡，共模干擾趁機(jī)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(chǎn)生自激振蕩現(xiàn)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(qiáng)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(fù)。

　　(4)管道(或環(huán)境)的強(qiáng)烈振動(dòng)，當(dāng)振動(dòng)方向與儀表檢測元件的敏感方向一致時(shí)，振動(dòng)把渦街信號*抑制，輸出信號就是振動(dòng)頻率信號。調(diào)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(dòng)方向，把渦街流量計(jì)的傳感器繞管軸轉(zhuǎn)動(dòng)士 90 ℃，把檢測元件敏感方向調(diào)整到與振動(dòng)方向相垂直，可減小振動(dòng)的影響口或適當(dāng)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(dòng)影響。

　　(5) 脈動(dòng)流對渦街信號的“鎖定”在沒有采取有效抑制脈動(dòng)流影響的情況下，脈動(dòng)流對旋渦穩(wěn)定分離的破壞作用不可低估，如果脈動(dòng)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(shí)調(diào)節(jié)閥門和儀表靈敏度，輸出信號頻率都不會(huì)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(shè)計(jì)、施工時(shí)采取吸收或降低流體脈動(dòng)的措施。

　　4. 渦街流量計(jì)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(xiàn)在天然氣流量計(jì)輸出的脈沖信號不規(guī)則，脈沖寬度寬窄嚴(yán)重不均，有時(shí)有多波、有時(shí)有漏波;用頻率計(jì)測量信號頻率時(shí)，頻率值有明顯跳動(dòng)，顯示數(shù)字分散度較大;模擬輸出信號指示值時(shí)大時(shí)小，不穩(wěn)定。

　　天然氣流量計(jì)產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因較多，我們分別進(jìn)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(shí)強(qiáng)時(shí)弱，出現(xiàn)輸出脈沖信號有多波和漏波現(xiàn)象。另外，前置放大器的濾波參數(shù)設(shè)置、增益和靈敏度調(diào)整不合適，也會(huì)出現(xiàn)多波和漏波現(xiàn)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(dòng)，主旋渦以外的子旋渦及流體噪聲都被檢測，造成多波現(xiàn)象擴(kuò)檢測元件引線接觸不良、檢測元件松動(dòng)等，造成信號時(shí)大時(shí)小。

　　(3)安裝方面的原因

　　安裝時(shí)儀表的測量管與配管不同心、密封墊凸人管內(nèi)、引起流體擾動(dòng)、·產(chǎn)生附加旋渦;

　　測量管道內(nèi)液體不滿管、旋渦不能規(guī)則分離;

　　儀表安裝位置與動(dòng)力源相距過近，管道振動(dòng)、流場擾動(dòng);

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

　　(4)一工藝方面的原因

　　管內(nèi)流量不穩(wěn)定;工況參數(shù)變化大，流量變化大。

　　(5) 流體的原因

　　流體中有塊狀、團(tuán)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(shí)，工作壓力低、流速較高、可能產(chǎn)生氣穴現(xiàn)象。

　　以上這些故障原因有的可通過調(diào)整儀表的參數(shù)解決;有的需要與客戶密切配合、調(diào)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(yán)重的多相流、臟污流、脈動(dòng)流，選用渦街流量計(jì)是不合適的。

　　5 .渦街流量計(jì)故障判斷及處理(測量誤差大)

　　測量誤差大的問題，產(chǎn)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(shù) K 發(fā)生了變化;

　　設(shè)定的參數(shù)(例如測量管內(nèi)徑 , 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)密度和儀表系數(shù))有誤;

　　模擬轉(zhuǎn)換電路的零點(diǎn)漂移或量程調(diào)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(huì)直接給儀表帶來測量誤差。應(yīng)把儀表迅速送檢，及時(shí)檢查設(shè)定的各種參數(shù)，定期校正儀表的零點(diǎn)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(nèi)徑與配管內(nèi)徑偏差大;

　　安裝不同心、密封墊凸人管內(nèi);

　　儀表流向裝反;

　　檢測元件被雜質(zhì)覆蓋;

　　檢測靈敏度降低，小流量漏計(jì);

　　管道泄漏(例如安裝在地下的管道，小的泄漏不被發(fā)現(xiàn))，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(dòng)流影響準(zhǔn)確計(jì)量;

　　測量管內(nèi)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(shù)發(fā)生變化，改變了儀表系數(shù)，造成測量誤差。

　　由上述種種現(xiàn)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(xiàn)了測量誤差較大，應(yīng)該及時(shí)查找原因，及時(shí)對儀表進(jìn)行校準(zhǔn)，減少因計(jì)量不準(zhǔn)造成的損失。

　　6 .渦街流量計(jì)故障判斷及處理(測量管道泄漏)

　　經(jīng)長期的應(yīng)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(nèi)壓力過高;

(2)管內(nèi)流體溫度過高或管內(nèi)流體溫度變化過快過大，容易引起緊固件松動(dòng);

(3) 密封件失效;

　　(4) 表體或檢測元件被腐蝕;

　　出現(xiàn)測量管道泄漏，應(yīng)及時(shí)修復(fù)，以免釀成其他事故。

　　7 .渦街流量計(jì)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(dòng);

　　(2)管道內(nèi)發(fā)生氣穴現(xiàn)象;

　　(3)發(fā)生體或檢測元件松動(dòng);

　　當(dāng)這種現(xiàn)象發(fā)生時(shí)，為避免造成發(fā)生體或檢測元件的損壞，首先應(yīng)調(diào)整閥門，把流量減小，流

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