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化工裝置常用流量計原理及選型
發布時間:2019-03-25

摘要:面對各種的流量計,如何根據流量、流態、安裝要求與環境條件、經濟性等因素合理選型,是應用好流量儀表的前提和基礎。在化工裝置中要正確和有效地選擇、使用流量測量方法和儀表,必須熟悉流量儀表和生產過程流體特性這兩方面的技術,同時還應考慮經濟因素。本文介紹了化工裝置中電磁流量計、渦輪流量計、差壓式流量計的工作原理、安裝方法、選型及使用與維護維修方法。分析了流量計的選型和安裝要考慮的因素,指出了今后流量計的發展和應用方向。
0引言
  流量儀表是過程自動化儀表與裝置中的大類儀表之一,它被廣泛應用于冶金、電力、化工、石油、交通、環境保護及人民日常生活等國民經濟各個領域。在過程自動化儀表與裝置中,流量儀表有兩大功用:作為過程自動化控制系統的檢測儀表和測量物料數量的總量表。
  流量的正確計量是生產和能源考核的前提條件,在提高生產效率,保障生產安全和杜絕能源浪費等方面有重要作用。面對各種的流量儀表,如何根據流量、流態、安裝要求與環境條件、經濟性等因素合理選型,是應用好流量儀表的前提和基礎。
1流量計的選型
  是指按照生產要求,從儀表產品供應的實際情況出發,綜合地考慮測量的安全、準確和經濟性,并根據被測流體的性質及流動情況確定流量取樣裝置的方式和測量儀表的型式與規格。
  在保證儀表安全運行的基礎上,力求提高儀表的準確性和節能性。為此,不僅要選用滿足準確度要求的顯示儀表,而且要根據被測介質的特點選擇合理的測量方式。安裝在生產管道上長期運行的接觸式儀表,還應考慮流量測量元件所造成的能量損失。一般情況下,在同一生產管道中不應選用多個壓損較大的測量元件,如節流元件等。
1.1電磁流量計
1.1.1電磁流量計的工作原理
  電磁流量計主要由信號轉換器與傳感器構成,其原理是基于電磁感應定律,在傳感器中與被測管軸線垂直方向安裝一對檢測電極,當流量計接入液態介質管道,導電液態物質沿管軸運動時,導電液體作切割磁力線運動而產生感應電動勢,此感應電動勢由檢測電極測出,其理論數值為:
E=kVBd
  式中:E為感應電動勢;k為調整系數,因儀表構造而異;V為被測液體平均流速;B為磁感應強度;d為被測管內徑。
  測量流量時,流體流過垂直于流動方向的磁場,導電性流體的流動感應出一個與平均流速成正比的電勢。其感應電壓信號通過兩個電極檢出,并通過電纜傳送至轉換器,經過信號處理及相關運算后,將累計流量和瞬時流量顯示在轉換器的顯示屏上。電磁流量計無節流部件,因此壓力損失小,該儀表測量流體流量時,不受流體溫度、壓力、密度、粘度及流體組份的影響,適合于對有懸浮物固體粒子的污水、煤漿的測量,特別適合于對腐蝕性介質的測量。
  選型與使用時應注意:電磁流量計所測液體應具有測量所需的電導率,并要求電導率分布大體上均勻,不能用于測量電導率很低的液體,如石油制品和有機溶劑等。電磁流量計的測量精度是建立在液體充滿管道的情形下,目前在管道中有空氣的情況下測量問題尚未得到很好解決,因此電磁流量計不能測量氣體、蒸汽和含有較多較大氣泡的液體。同時應注意不同溫度及腐蝕性介質應選用不同內襯材料和電極材料。電磁流量計雖可以在任意管道上安裝,但電磁流量計測量電極的軸線必須保持水平方向,且與管道中心線互相垂直。為避免在管內無液體時出現指針不在零位的錯覺,電磁流量計的變送器應安裝于任何時候均充滿液體的地方,同時,該流量計的信號較為微弱,因而在使用時應注意外來干擾對其測量精度的影響,變送器應安裝于遠離一切磁源的地方,不允許有振動。
  電磁流量計的測量范圍是有限制的,許多用戶定表時,常常把它和水表相比較,以為可以測量很低的流速,其實不能按原先管道口徑來定貨,最好按實際流量來定儀表的口徑。
  電磁流量計也有防護等級,如果用戶對儀表安裝環境有要求,安裝地點在地下陰井或其它一些潮濕的地方,建議用戶選用分體式的。
  電磁流量計可以測腐蝕性液體,但初期用戶要正確辯明介質以及其屬性,以免選型時在電極材料的選擇上發生錯誤,導致傳感器在后期使用過程中報廢,給用戶帶來不便和經濟上的損失。
  隨著工業對儀器儀表的需求增加,電磁流量計的用途也越來越廣泛,能夠適應不同行業的需求,如石油、化工、污水治理等等。現在的國產電磁流量計質量上完全可以媲美國外同類進口產品。電磁流量計用于對復雜的工業管道系統進行流體監測,對系統的原料及成品情況進行實時監控,為系統的自動化控制提供依據等等。
  由于電磁流量計分布分散,運行環境較為復雜,其安裝工藝極可能影響其運行工況和發生故障的機率,從而影響整個儀表控制系統的運行。故對電磁流量計原理的分析、安裝工藝的研究,以及調試技術的不斷總結和更新十分必要。
1.1.2電磁流量計的安裝
  電磁流量計安裝前,應仔細核對其參數,主要核對其口徑、內襯、電極等參數是否符合設計要求,有集中BA控制的應確認其與控制系統的匹配性。在安裝前,應對已安裝好的管道進行防腐處理,法蘭接口處應清理干凈,在確認被測物質流向之后,按流量計上所標定的方向安裝。
1.2渦輪流量計
  渦輪流量計是一種速度式流量儀表,由于具有測量精度高、反應速度快、測量范圍廣、價格低廉、安裝方便等優點,被廣泛應用于化工生產中。
  渦輪流量計廣泛應用于以下一些測量對象:石油、有機液體、無機液、液化氣、天然氣、煤氣和低溫流體等。渦輪流量計由渦輪、軸承、前置放大器、顯示儀表組成。渦輪變送器的工作原理是當流體沿著管道的軸線方向流動,并沖擊渦輪葉片時,便有與流量、流速和流體密度乘積成比例的力作用在葉片上,推動渦輪旋轉。在渦輪旋轉的同時,葉片周期性地切割電磁鐵產生的磁力線,改變線圈的磁通量。根據電磁感應原理,在線圈內將感應出脈動的電勢信號(此脈動信號的頻率與被測流體的流量成正比)。渦輪變送器輸出的脈沖信號,經前置放大器放大后,送入顯示儀表,就實現了流量的測量。
  在化工裝置中選型與使用應注意:流量計本體最好選用316不銹鋼材料以防腐;應注意確保被測介質對渦輪不能有腐蝕,特別是軸承處,否則應采取措施,在一般化工場所應優先考慮軸承使用聚四氟乙烯、碳石墨材料。安裝渦輪流量計前,管道要清掃,被測介質不潔凈時,要加過濾器,否則渦輪、軸承易被卡住,測不出流量來。變送器應水平安裝,避免垂直安裝,并保證其前后有適應的直管段,一般前10D,后5D。選用渦輪流量計主要是看中其高準確度,但應注意,流量計準確度愈高,對現場使用條件的變化就越敏感,因此安裝渦輪流量計時,前后管道法蘭要水平,否則管道應力對流量計影響很大。傳感器安裝應便于維修并避免管道振動、無強電磁干擾與抗輻射影響的場所。
氣體渦輪流量計選型要從以下幾個方面考慮:
1)氣體密度。對氣體渦輪流量計,流體物性的影響主要是氣體密度。它對儀表系數的影響較大,且主要在低流量區域。若氣體密度變化頻繁,要對流量計的流量系數采取修正措施。
2)流量范圍。渦輪流量計流量范圍的選擇對其準確度及使用年限有較大的影響,并且每種口徑的流量計都有一定的測量范圍,流量計口徑的選擇也是由流量范圍決定的。對于每日儀表實際運行時間不超過8小時的斷續工作場合,選擇實際使用時最大流量的1.3倍作為流量范圍上限;對于每日儀表實際運行時間不低于8小時的連續工作場合,選擇實際使用時最大流量的1.4倍作為流量范圍上限。儀表下限流量以實際使用最小流量的0.8倍為合適。
3)壓力損失。盡量選用壓力損失小的渦輪流量計。
4)準確度等級。一般來說,選用渦輪流量計主要是看中其高準確度。但是流量計準確度愈高,對現場使用條件的變化就愈敏感,所以,對儀表準確度的選擇要慎重,應從經濟角度考慮。對于大口徑輸氣管線的貿易結算儀表,在儀表上多投入是合算的。而對于輸送量不大的場合選用中等精度水平的即可。
5)結構型式。內部結構宜選用反推式渦輪流量計。因為反推式結構在一定流量范圍內可使葉輪處于浮游狀態,軸向不存在接觸點,無端面摩擦和磨損,可延長軸承的使用壽命。按管道連接方式選型,流量計有水平和垂直安裝兩種方式,水平安裝與管道連接方式有法蘭連接、螺紋連接和夾裝連接。中等口徑選用法蘭連接,小口徑和高壓管道選用螺紋連接,夾裝連接只適用于低壓中小管徑,垂直安裝只有螺紋連接。按環境條件選型,考慮溫度、濕度的影響。天然氣計量要選擇本安型防爆渦輪流量計。
1.3差壓式流量計
  差壓式流量計是根據安裝于管道中流量檢測件產生的差壓、已知的流體條件和檢測件與管道的幾何尺寸來測量流量的儀表,是早期大量使用的一種測量流量的計量儀表。差壓式流量計由三部份組成:1)將被測液體的流量變換成差壓信號的節流裝置;2)傳輸差壓信號的信號管路;3)測量差壓值的差壓儀或差壓變送器及顯示儀表。通常以檢測件的型式對差壓式流量計分類,如孔板流量計、文丘里管流量計及均速管流量計等。
  在化工裝置選型與使用中,斟選差壓式流量計時應注意:差壓式流量計壓損大,測量范圍度窄,一般為3∶1或4∶1,測量的重復性、準確度在流量計中屬中等水平。差壓式流量計的安裝應包括節流裝置、壓差引壓導管、差壓計三部分。在測量液體流量時,為防止液體中有氣進人并存在導壓管內及防止液體中有沉淀物析出,差壓計應安裝在節流裝置的下方,測量氣體流量時為防止液體污物或灰塵進人導壓管,則差壓計應安裝在節流裝置上方,測量水蒸汽時要保持兩根引壓管內的冷凝液柱高度相等,防止高溫蒸汽與差壓計直接接觸。壓差引壓導管的材質應按被測介質的性質和參數確定,其內徑不小于6mm,長度最好在16mm以內。壓差引壓導管應垂直或傾斜敷設,其傾斜度不小于1∶12,粘度高的流體,其傾斜度應更大。當壓差引壓導管長度超過30m時,導壓管應分段傾斜,并在最高點與最低點裝設集氣器(或排氣閥)和沉淀器(或排污閥)。嚴寒地區壓差引壓導管應加防凍保護,同時要防止過熱,否則壓差引壓導管中流體汽化會產生假差壓。
2結束語
  流量儀表大都需要適合的測量介質和工況條件為依托方可發揮正常作用,只有優勢而沒有缺點的流量儀表現今是不存在的,合理的選擇儀表對于現場工程師和管理者是至關重要的。綜上所述,在化工裝置中要正確和有效地選擇、使用流量測量方法和儀表,必須熟悉流量儀表和生產過程流體特性,同時還應考慮經濟因素,歸納起來為五個方面因素,即性能要求、流體特性、安裝要求、環境條件和費用。總之,沒有一種測量方式或流量計對各種流體及流動情況都能適應,不同的測量方式和結構,要求不同的測量操作、使用方法和使用條件,每種型式都有它特有的優缺點。因此,應在對各種測量方式和儀表特性作全面比較的基礎上選擇適于生產要求的,既安生可靠又經濟耐用的最佳型式。

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