流量计在船舶上的应用浅析

陈琪

摘 要：现代智能船舶需要采集很多信号，而流量信号就是其中的一个很重要信号。通过流量我们能清楚地知道船上燃料的使用情况，这对船舶的智能管理起到了一个很好的帮助。本文主要介绍船上常用流量计的原理及应用，并通过一些案例来进一步阐述流量计在船上的作用。

关键词：智能船舶;流量计;信号;流量

现代船舶对资源的节约利用以及环境的保护要求越来越高。如何尽量节省燃料，减少污染排放，是所有现代造船企业都要思考和面对的课题。除了使用清洁能源和脱硫之外，尽量合理地使用燃料也是非常重要的，而如何控制和节约燃料的使用，就必须对燃料的使用有一个精准的测量，因此流量计在当中就起到一个很重要的作用。流量计除了能监控船上燃料的使用，同时还能帮助发现和解决一些问题。

一、船上流量计常见的种类结构及原理

流量計按原理可以分为差压式流量计、靶式流量计、容积式流量计、涡轮流量计、电磁流量计、热式质量流量计等。船上用的比较多的就是差压式流量计和容积式流量计以及转子流量计。以下主要介绍这三种流量计。

（一）差压式流量计

差压式流量计是由节流装置、导压管和差压变送器组成。流体流经节流装置后，节流原件使流束局部收缩，同时使流体产生了局部涡流损耗，从而使流体在节流装置两侧产生了静压差，流速越大，静压差越大。之后两侧的压力再通过导压管传到差压变送器，这样差压变送器就可以计算出流体的流速。孔板式流量计可用于液体、气体和蒸汽的流量测量，并适用于高温高压的工况。我们船上有相当多的地方就会用到这种流量计，例如锅炉给水管路，隔舱热乙二醇加热系统。这些系统上都安装了孔板式流量计。

（二）容积式流量计

容积式流量计在流量仪表中是精度较高的一类。它利用机械测量元件把流体连续不断地分割成单个已知的体积部分，通过计算流体排放的次数就可以计算出流体的总量。而我们船上供油单元系统以及滑油日用系统上就有很多这样的流量计。它们就是容积式流量计中的刮板流量计。这种流量计是由流量计壳体和里面的内转子及四块石墨刮板组成。这四块刮板可以在转子内做径向滑动，它们把壳体分成几个小的腔室。当液体进入流量计后，在流量计进出口压差的作用下，液体推动石墨刮片让转子转动起来，同时刮片在转子内滑动，这样液体就会被不断均匀地推出流量计。通过检测内转子上的检测点，就可以计算出单位时间内转子转动的次数。由于转子每次转动排出的液体体积相等，就可以计算出流量。这种流量计的优点除了可以计算总流量外，还可以计算瞬时流量，但它有一个缺点就是整个管路必须干净，否则容易卡死，从而使供给系统失效。

（三）转子式流量计

转子式流量计的工作原理是浮子在测量管中，随着流量的变化，将浮子向上移动，当测量管内流体对转子的动压力，转子在流体中的浮力和转子自身的重力，这三者达到一个平衡时，这个时候转子就会停在某个位置不动。此时浮子与孔板间的流通环隙面积保持一定。环隙面积与浮子的上升高度成正比，即浮子在测量管中上升的位置代表流量的大小，这样就可以计算出流经管路中的流量。转子流量计一般用在小流量介质单一的系统中，比如艉管管系的控制空气系统以及可燃气体探测系统，而这些系统流量都不是很大。同时转子流量计结构简单，而且可以用于易燃易爆的危险场合。

二、流量计在船上的具体使用及问题分析

现代船舶尤其是智能船舶，它对船上的燃料和能源的使用都要求进行测量和实时的监控。例如发电机供油单元系统，它上面就安装了很多流量计，不光在进口管路，在出口管路上也安装了流量计，这样就可以通过这一组流量计来分析出瞬时的流量使用情况。流量计的信号经过传感器转换到监测报警系统。在控制面板上可以实时的察看到管路中燃油的流量。当发电机运行时，进口的流量减去出口的流量就是发电机的消耗量。通过瞬时流量，电脑还能累积计算出发电机总的消耗量，而且通过油舱的液位遥测系统我们还能互相验证整个燃料系统的使用情况和准确度。现代船舶的能效管理系统就会收集这些信号，然后通过网络信号传输到岸上的控制中心。这样岸上人员就可以对船上油料的使用进行监控，同时还能通过曲线进行预防监测，提醒船上的人员。在知晓了船上燃油的使用情况，就可以大概推算出船只可以续航的里程，所以流量计在智能船舶的管理中是起到了一个很重要的作用。

（一）刮板式流量计使用及问题分析

发电机在使用的过程中，如果某个流量计突然不工作，那就很可能是流量计卡住了，这个时候流量的读数就会变成0，由此就可以判断出是这个地方出现了问题，系统就会给出报警，这样我们就可以发现问题，更换备机，然后关闭有问题的管路的进出口阀，把流量计进行拆开清洁。由于这钟刮板式流量计结构简单，所以可以比较容易进行拆装，但是需要注意的是，由于这种流量计内的刮板是石墨材质，比较容易损坏，所以我们拆装的时候就必须要仔细，同时里面的垃圾必须清除干净，避免二次拆装，而且这种流量计结构相对比较对称，所以里面元件的方向以及安装位置必须准确，这样才能保证安装正确性。这种刮板式流量计在我们调试使用过程中，就遇到了很多流量计卡死的问题。在拆卸后发现很多都是由于管路的投油不彻底，里面垃圾没有弄干净，以及安装法兰的时候破损的垫片，这些都会导致流量计卡死。除了这些之外，有可能有些流量计保养不当或者放置时间过长，从而里面的金属件生锈，所以不管是什么原因，当拆开之后，不仅要清洁干净，同时也要把里面的锈打磨掉，把里面的划伤元件进行修复打磨，使之顺滑，这样才不会影响它的使用。如何避免这个问题？那就需要调试的前道工序必须到位，管路酸洗干净，以及管路的串油工作必须仔细，确保管路内没有垃圾。类似于这种刮板式流量计，在使用重油的情况下发生问题会更难处理，因为整个管路的温度都比较高，这样使得流量计也很烫手，并且由于使用的是重油也比较难以清洁，所以就必须用柴油进行清洁冷却，这样不光温度能够降低，而且柴油可以很好地洗去流量计内的燃油，这样清洁安装起来就会比较方便。

通过流量计给出的流量信号，不仅可以判断出管路或者流量计是否卡住或者堵塞，同时还能判断管路是否发生了泄漏。如果在使用过程中，流量突然急剧变大，那就很可能出现了问题，极有可能就是发生了泄漏，通过系统给出的报警，我们就能第一时间发现问题并解决问题。曾经我们还遇到过另一个问题，就是当我的供给管路正常运行的时候，在外部设备还没有使用的情况下，系统流量一直保持一个数值不变，按照正常情况应该是零消耗，但是检查了所有地方发现都没有泄露，这个时候我们必须首先确认流量计是否工作正常，能不能回零，通过关闭流量计前后的阀就可以确认，发现流量计工作正常。如果外部没有泄漏，那就说明油还在系统内，但如果找不到问题所在，那流量计测出来的消耗量就不准确。最后我们分析出问题是出在透气管上的自动放气阀，拆开后发现里面的小球破裂导致阀关不掉，从而使油流回到燃油舱，在更换了这个小球后问题得到了解决。

（二）压差式流量计使用及问题分析

压差式流量计常用于锅炉给水管路。它主要是运用了质量守恒和能量守恒这两个定律。这种流量计由两部分组成，一部分是测量元件，以锅炉给水管系为例，它就是一块节流孔板，另一部分就是转换元件，它把节流孔板前后的压差信号转换成流量显示。这类流量计，它不仅可以计算流量，也可以输出开关量的报警，当流量低于设定时输出一个开关信号，这样就知道了系统出现了问题。一般情况都是由于系统中进气导致的，或者是初次使用时候气没有放干净，这样就会出现流量波动;而当系统使用较长时间，有可能滤器堵塞也会使整个系统流量减小，这个时候就需要清洁滤器。这种压差式流量计对节流孔板的选型也很重要，孔不能太大，也不能太小。太小流量不够，满足不了系统的使用量;太大则不能进行准确控制。在之前的调试过程中，我们有几次就遇到了因为节流孔板选型不对，使得系统没有达到工作状态而报警的问题，后来通过重新查阅资料，确定孔的尺寸后，重新打孔，解决了这些问题。因此在安装之前必须和厂家进行沟通，确认这个孔的尺寸，如果太小，则需要进行扩孔;如果太大，则需要更换一个尺寸合适的孔板，这样才能满足整个系统的使用。有些压差式流量计是用阀来替代节流孔板的作用，通过调节阀的开度，我们就可以控制系统的流量，虽然形式不一样，但是原理还是一样的。

（三）转子式流量计使用及问题分析

转子式流量计一般用于气体管路。例如艉轴管的密封空气系统和气体探测系统。因为这些系统流量都不是很大，所以转子式流量计一般都用于低流速小流量的介质的流量测量。转子式流量计本身尺寸也比较小，同时观察调节也比较直观，所以安装和使用都比较方便。例如艉管的密封空气管路上的流量计，我们就可以通过流量计上的小旋钮进行直接调节。在旋转旋钮的时候，流量计玻璃管内的浮子就会上下移动。一般流量都控制在50%左右，因为系统本身是会随吃水状态的不同而有所变化，空气流量也会随之变化，吃水越深，流量越小，所以一般情况都调节到一半。这样就有足够的空间去满足吃水的变化。这种流量计一般也很少出现问题，通常都是阀没有打开，气体没有流通导致的问题，这些都是比较容易发现和解决的。

船上的流量计除了以上几种用的比较多，还有一些其他形式的流量计也在使用，例如电磁流量计，涡街流量计等。因为相对于之前三种用量较少，这里就不详加论述。每一种流量计都有自己的优缺点，所以在选用的时候要综合考虑，不光要考虑安装方便，可靠之外，也要考虑维护的方便性，同时对流量计本身的稳定性和精准度也要进行衡量，以达到一个最优的结果。所以在选用流量计的时候，一定要综合考虑来选择一个合适的产品，以满足日常的使用和调试。

三、结语

智能船舶的发展是目前的一个主流趋势，而对各种信号进行监控就成为了必然。流量信号在船上各个系统中都起到了一个很重要的作用，而且越来越多的系统将会使用各种流量计，因此遇到的问题就会增多，所以我们就需要对各种流量计进行研究和学习，从而满足我们的调试和使用。

参考文献：

[1]徐英华，沈文新，崔骊水.浮子流量计.中国计量出版社，2009.

[2]周人，何衍慶.流量测量和控制使用手册.化学工业出版社，2013.

[3]杨有涛，陈梅，苗豫生.液体流量计.中国质检出版社，2017.