流量計在船舶上的應用淺析

陳琪

摘?要：現代智能船舶需要采集很多信號，而流量信號就是其中的一個很重要信號。通過流量我們能清楚地知道船上燃料的使用情況，這對船舶的智能管理起到了一個很好的幫助。本文主要介紹船上常用流量計的原理及應用，并通過一些案例來進一步闡述流量計在船上的作用。

關鍵詞：智能船舶;流量計;信號;流量

現代船舶對資源的節約利用以及環境的保護要求越來越高。如何盡量節省燃料，減少污染排放，是所有現代造船企業都要思考和面對的課題。除了使用清潔能源和脫硫之外，盡量合理地使用燃料也是非常重要的，而如何控制和節約燃料的使用，就必須對燃料的使用有一個精準的測量，因此流量計在當中就起到一個很重要的作用。流量計除了能監控船上燃料的使用，同時還能幫助發現和解決一些問題。

一、船上流量計常見的種類結構及原理

流量計按原理可以分為差壓式流量計、靶式流量計、容積式流量計、渦輪流量計、電磁流量計、熱式質量流量計等。船上用的比較多的就是差壓式流量計和容積式流量計以及轉子流量計。以下主要介紹這三種流量計。

（一）差壓式流量計

差壓式流量計是由節流裝置、導壓管和差壓變送器組成。流體流經節流裝置后，節流原件使流束局部收縮，同時使流體產生了局部渦流損耗，從而使流體在節流裝置兩側產生了靜壓差，流速越大，靜壓差越大。之后兩側的壓力再通過導壓管傳到差壓變送器，這樣差壓變送器就可以計算出流體的流速。孔板式流量計可用于液體、氣體和蒸汽的流量測量，并適用于高溫高壓的工況。我們船上有相當多的地方就會用到這種流量計，例如鍋爐給水管路，隔艙熱乙二醇加熱系統。這些系統上都安裝了孔板式流量計。

（二）容積式流量計

容積式流量計在流量儀表中是精度較高的一類。它利用機械測量元件把流體連續不斷地分割成單個已知的體積部分，通過計算流體排放的次數就可以計算出流體的總量。而我們船上供油單元系統以及滑油日用系統上就有很多這樣的流量計。它們就是容積式流量計中的刮板流量計。這種流量計是由流量計殼體和里面的內轉子及四塊石墨刮板組成。這四塊刮板可以在轉子內做徑向滑動，它們把殼體分成幾個小的腔室。當液體進入流量計后，在流量計進出口壓差的作用下，液體推動石墨刮片讓轉子轉動起來，同時刮片在轉子內滑動，這樣液體就會被不斷均勻地推出流量計。通過檢測內轉子上的檢測點，就可以計算出單位時間內轉子轉動的次數。由于轉子每次轉動排出的液體體積相等，就可以計算出流量。這種流量計的優點除了可以計算總流量外，還可以計算瞬時流量，但它有一個缺點就是整個管路必須干凈，否則容易卡死，從而使供給系統失效。

（三）轉子式流量計

轉子式流量計的工作原理是浮子在測量管中，隨著流量的變化，將浮子向上移動，當測量管內流體對轉子的動壓力，轉子在流體中的浮力和轉子自身的重力，這三者達到一個平衡時，這個時候轉子就會停在某個位置不動。此時浮子與孔板間的流通環隙面積保持一定。環隙面積與浮子的上升高度成正比，即浮子在測量管中上升的位置代表流量的大小，這樣就可以計算出流經管路中的流量。轉子流量計一般用在小流量介質單一的系統中，比如艉管管系的控制空氣系統以及可燃氣體探測系統，而這些系統流量都不是很大。同時轉子流量計結構簡單，而且可以用于易燃易爆的危險場合。

二、流量計在船上的具體使用及問題分析

現代船舶尤其是智能船舶，它對船上的燃料和能源的使用都要求進行測量和實時的監控。例如發電機供油單元系統，它上面就安裝了很多流量計，不光在進口管路，在出口管路上也安裝了流量計，這樣就可以通過這一組流量計來分析出瞬時的流量使用情況。流量計的信號經過傳感器轉換到監測報警系統。在控制面板上可以實時的察看到管路中燃油的流量。當發電機運行時，進口的流量減去出口的流量就是發電機的消耗量。通過瞬時流量，電腦還能累積計算出發電機總的消耗量，而且通過油艙的液位遙測系統我們還能互相驗證整個燃料系統的使用情況和準確度。現代船舶的能效管理系統就會收集這些信號，然后通過網絡信號傳輸到岸上的控制中心。這樣岸上人員就可以對船上油料的使用進行監控，同時還能通過曲線進行預防監測，提醒船上的人員。在知曉了船上燃油的使用情況，就可以大概推算出船只可以續航的里程，所以流量計在智能船舶的管理中是起到了一個很重要的作用。

（一）刮板式流量計使用及問題分析

發電機在使用的過程中，如果某個流量計突然不工作，那就很可能是流量計卡住了，這個時候流量的讀數就會變成0，由此就可以判斷出是這個地方出現了問題，系統就會給出報警，這樣我們就可以發現問題，更換備機，然后關閉有問題的管路的進出口閥，把流量計進行拆開清潔。由于這鐘刮板式流量計結構簡單，所以可以比較容易進行拆裝，但是需要注意的是，由于這種流量計內的刮板是石墨材質，比較容易損壞，所以我們拆裝的時候就必須要仔細，同時里面的垃圾必須清除干凈，避免二次拆裝，而且這種流量計結構相對比較對稱，所以里面元件的方向以及安裝位置必須準確，這樣才能保證安裝正確性。這種刮板式流量計在我們調試使用過程中，就遇到了很多流量計卡死的問題。在拆卸后發現很多都是由于管路的投油不徹底，里面垃圾沒有弄干凈，以及安裝法蘭的時候破損的墊片，這些都會導致流量計卡死。除了這些之外，有可能有些流量計保養不當或者放置時間過長，從而里面的金屬件生銹，所以不管是什么原因，當拆開之后，不僅要清潔干凈，同時也要把里面的銹打磨掉，把里面的劃傷元件進行修復打磨，使之順滑，這樣才不會影響它的使用。如何避免這個問題？那就需要調試的前道工序必須到位，管路酸洗干凈，以及管路的串油工作必須仔細，確保管路內沒有垃圾。類似于這種刮板式流量計，在使用重油的情況下發生問題會更難處理，因為整個管路的溫度都比較高，這樣使得流量計也很燙手，并且由于使用的是重油也比較難以清潔，所以就必須用柴油進行清潔冷卻，這樣不光溫度能夠降低，而且柴油可以很好地洗去流量計內的燃油，這樣清潔安裝起來就會比較方便。

通過流量計給出的流量信號，不僅可以判斷出管路或者流量計是否卡住或者堵塞，同時還能判斷管路是否發生了泄漏。如果在使用過程中，流量突然急劇變大，那就很可能出現了問題，極有可能就是發生了泄漏，通過系統給出的報警，我們就能第一時間發現問題并解決問題。曾經我們還遇到過另一個問題，就是當我的供給管路正常運行的時候，在外部設備還沒有使用的情況下，系統流量一直保持一個數值不變，按照正常情況應該是零消耗，但是檢查了所有地方發現都沒有泄露，這個時候我們必須首先確認流量計是否工作正常，能不能回零，通過關閉流量計前后的閥就可以確認，發現流量計工作正常。如果外部沒有泄漏，那就說明油還在系統內，但如果找不到問題所在，那流量計測出來的消耗量就不準確。最后我們分析出問題是出在透氣管上的自動放氣閥，拆開后發現里面的小球破裂導致閥關不掉，從而使油流回到燃油艙，在更換了這個小球后問題得到了解決。

（二）壓差式流量計使用及問題分析

壓差式流量計常用于鍋爐給水管路。它主要是運用了質量守恒和能量守恒這兩個定律。這種流量計由兩部分組成，一部分是測量元件，以鍋爐給水管系為例，它就是一塊節流孔板，另一部分就是轉換元件，它把節流孔板前后的壓差信號轉換成流量顯示。這類流量計，它不僅可以計算流量，也可以輸出開關量的報警，當流量低于設定時輸出一個開關信號，這樣就知道了系統出現了問題。一般情況都是由于系統中進氣導致的，或者是初次使用時候氣沒有放干凈，這樣就會出現流量波動;而當系統使用較長時間，有可能濾器堵塞也會使整個系統流量減小，這個時候就需要清潔濾器。這種壓差式流量計對節流孔板的選型也很重要，孔不能太大，也不能太小。太小流量不夠，滿足不了系統的使用量;太大則不能進行準確控制。在之前的調試過程中，我們有幾次就遇到了因為節流孔板選型不對，使得系統沒有達到工作狀態而報警的問題，后來通過重新查閱資料，確定孔的尺寸后，重新打孔，解決了這些問題。因此在安裝之前必須和廠家進行溝通，確認這個孔的尺寸，如果太小，則需要進行擴孔;如果太大，則需要更換一個尺寸合適的孔板，這樣才能滿足整個系統的使用。有些壓差式流量計是用閥來替代節流孔板的作用，通過調節閥的開度，我們就可以控制系統的流量，雖然形式不一樣，但是原理還是一樣的。

（三）轉子式流量計使用及問題分析

轉子式流量計一般用于氣體管路。例如艉軸管的密封空氣系統和氣體探測系統。因為這些系統流量都不是很大，所以轉子式流量計一般都用于低流速小流量的介質的流量測量。轉子式流量計本身尺寸也比較小，同時觀察調節也比較直觀，所以安裝和使用都比較方便。例如艉管的密封空氣管路上的流量計，我們就可以通過流量計上的小旋鈕進行直接調節。在旋轉旋鈕的時候，流量計玻璃管內的浮子就會上下移動。一般流量都控制在50%左右，因為系統本身是會隨吃水狀態的不同而有所變化，空氣流量也會隨之變化，吃水越深，流量越小，所以一般情況都調節到一半。這樣就有足夠的空間去滿足吃水的變化。這種流量計一般也很少出現問題，通常都是閥沒有打開，氣體沒有流通導致的問題，這些都是比較容易發現和解決的。

船上的流量計除了以上幾種用的比較多，還有一些其他形式的流量計也在使用，例如電磁流量計，渦街流量計等。因為相對于之前三種用量較少，這里就不詳加論述。每一種流量計都有自己的優缺點，所以在選用的時候要綜合考慮，不光要考慮安裝方便，可靠之外，也要考慮維護的方便性，同時對流量計本身的穩定性和精準度也要進行衡量，以達到一個最優的結果。所以在選用流量計的時候，一定要綜合考慮來選擇一個合適的產品，以滿足日常的使用和調試。

三、結語

智能船舶的發展是目前的一個主流趨勢，而對各種信號進行監控就成為了必然。流量信號在船上各個系統中都起到了一個很重要的作用，而且越來越多的系統將會使用各種流量計，因此遇到的問題就會增多，所以我們就需要對各種流量計進行研究和學習，從而滿足我們的調試和使用。

參考文獻：

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