基于密度补偿下的重油流量在线计量系统

　　0　引言

　　重油作为一种热值较高的液体燃料,在有色冶金行业中得到了广泛的使用。重油流量的计量,不仅对提高冶炼产品的质量和产量、保障生产安全有重要意义,而且还有助于工作人员对生产流程进行监督和控制。此外,在能源紧张、油价上涨的今天,重油流量的计量还为企业进行经济核算、开展节能降耗工作提供了可靠的科学依据[1]。

　　然而,重油流量是一个动态量,加之重油的黏度和密度等物性参数随温度波动频繁,因此很难对其流量进行精确计量。根据近几年来的文献资料,在重油流量计量中,涉及仪表计量误差以及如何修正等问题取得了一些研究成果[2-7],但尚未见到关于重油流量在线计量方面的报道。因此,本文针对我国目前应用较多的LCB-9800S/P不锈钢椭圆齿轮流量计(以下简称S/P流量计)在重油流量计量中的流量数学模型进行研究,有利于快速准确地对重油流量进行在线计量。

　　1　重油流量计量模型

　　S/P流量计是一种独特的容积式仪表,结构十分简单,不设机械传动部分,两只椭圆齿轮是整个计量系统中的唯一活动部件,且具有价格低廉、耐腐蚀、安装方便、对被测流体黏度不敏感等特点[8-9],在仪表系数得到修正后,能达到较高的计量精度,特别适合重油流量的计量,备受石油、化工、有色冶金等行业青睐。

　　用S/P流量计直接测得的是重油的体积流量,要获得质量流量还必须进行温度和压力的补偿,即在测量体积流量的同时测得重油的温度和压力,然后利用密度与温度、压力的关系求出该温度、压力状态下的密度,再由体积流量乘以密度得到质量流量。这种方法称为补偿式质量流量测量方法。

　　1.1　体积流量计量模型

　　1.1.1　S/P流量计的工作原理

　　S/P流量计对流量的计量是在计量室内完成的,计量室由一对相互啮合的椭圆齿轮和壳体组成,其容积为固定值。椭圆齿轮在流量计进、出口流体的压差作用下,交替地相互驱动并各自绕轴旋转,从而连续不断地将充满在齿轮与壳体之间(计量室)的固定体积的流体一份份排出。显然,流量大小与椭圆齿轮转速成正比。

　　为了方便而准确地检测出椭圆齿轮的转速,在S/P流量计的椭圆齿轮端面上等分地嵌有n块磁体,并且磁体的N极和S极相互交错,磁体随椭圆齿轮同步转动。在计量室外,磁感应探头(强磁性金属薄膜电阻)和其它相关电子元件组成桥路放大器(脉冲发生器),对应地安装在磁体旋转的轨迹上,进行无触点检测。当嵌有磁体的椭圆齿轮旋转到探头位置时,相当于施加磁感应强度为B的磁场,这时磁场方向正与通过探头的电流方向垂直。电子受到洛伦兹力作用,运动方向发生偏斜,使半导体片电阻增大(这种现象称为半导体磁阻效应),从而导致磁感应探头电阻增大,桥路不平衡,放大器输出一个高电位;当椭圆齿轮远离探头位置时,即没有磁场作用,磁感应探头电阻值不变,桥路保持平衡,放大器输出低电位。因此,椭圆齿轮每旋转一周,桥路放大器输出m个脉冲,并产生与流量成正比的脉冲系列,脉冲经放大和整形后,通过显示仪表或微机接收和换算,可准确地显示出被测流体的瞬时流量和累积流量,其计算公式如下: