由於(yu) 流量是一個(ge) 動態量,測量儀(yi) 表本身受到眾(zhong) 多因素,如:管道、口徑大小、形狀(圓形、矩形)、邊界條件、介質的物性(溫度、壓力、密度、粘度、髒汙性、腐蝕性等)、流體(ti) 的流動狀態(紊流狀態、速度分布等)以及安裝條件與(yu) 水平的影響。麵對國內(nei) 外十幾類、上百個(ge) 品種的流量儀(yi) 表(先後發展起來的容積式、差壓式、渦輪式、麵積式、電磁式、超聲波式和熱式流量計等類型),如何根據流量、流態、安裝要求與(yu) 環境條件、經濟性等因素合理選型,是應用好流量儀(yi) 表的前提和基礎,本文匯總了場見流量儀(yi) 表選型原則和方法,幫助大家快速掌握流量儀(yi) 表選型並應用。
總的來說,選擇流量計的原則首先是要深刻地了解各種流量計的結構原理和流體(ti) 特性等方麵的知識,同時還要根據現場的具體(ti) 情況及考察周邊的環境條件進行選擇。也要考慮到經濟方麵的因素。一般情況下,主要應從(cong) 下麵五個(ge) 方麵進行選擇:
① 流量計的性能要求;
② 流體(ti) 特性;
③ 安裝要求;
④ 環境條件;
⑤ 流量計的價(jia) 格。
01性能要求
流量計的性能方麵主要包括:測量流量(瞬時流量)還是總量(累積流量);準確度要求;重複性;線性度;流量範圍和範圍度;壓力損失;輸出信號特性和流量計的響應時間等。
測流量還是總量
流量測量包括兩(liang) 種,即瞬時流量和累積流量,比如對分輸站管道的原油屬於(yu) 貿易交接或石油化工管道進行連續配比生產(chan) 或生產(chan) 流程的過程控製等需要計量總量,間或輔以瞬時流量的觀察。在有的工作場所對流量進行控製則需配備瞬時流量測量。因此,要根據現場計量的需要進行選擇。有些流量計比如容積式流量計,渦輪流量計等,其測量原理是以機械計數或脈衝(chong) 頻率輸出直接得到總量,其準確度較高,適用於(yu) 計量總量,如配有相應的發訊裝置也可輸出流量。電磁流量計、超聲流量計等是以測量流體(ti) 流速推導出流量,響應快,適用於(yu) 過程控製,如果配以積算功能後也可以獲得總量。
準確度
流量計準確度等級的規定是在一定的流量範圍內(nei) ,如果使用在某一特定的條件下或比較窄的流量範圍內(nei) ,比如,僅(jin) 在很小的範圍內(nei) 變化,此時其測量準確度會(hui) 比所規定的準確度等級高。如用渦輪流量計計量油品裝桶分發,在閥門全開的情況下使用,流量基本恒定,其準確度可能會(hui) 從(cong) 0.5級提高到0.25級。
用於(yu) 貿易核算、儲(chu) 運交接和物料平衡如果要求測量準確度較高時,應考慮準確度測量的持久性,一般用於(yu) 上述情況下的流量計,準確度等級要求為(wei) 0.2級。在這樣的工作場所一般是現場配備計量標準設備(比如體(ti) 積管),對所使用的流量計進行在線檢測。近幾年由於(yu) 各單位對原油計量的高要求,對原油計量提出實行係數交接,即除了每半年對流量計進行一次周期檢測後,貿易交接雙方協商每1個(ge) 月或2個(ge) 月對流量計進行檢定確定流量係數,每天根據流量計計量的數據與(yu) 流量計流量係數計算出數據進行交接,以提高流量計的準確度,也稱為(wei) *交接。
準確度等級一般是根據流量計的最大允許誤差確定的。各製造廠提供的流量計說明書(shu) 中會(hui) 給出。一定要注意其誤差的百分率是指相對誤差還是引用誤差。相對誤差為(wei) 測量值的百分率,常用“% R"表示。引用誤差則是指測量上限值或量程的百分率,常用“% FS"。許多製造廠說明書(shu) 中並未注明。比如,浮子流量計一般都是采用引用誤差,電磁流量計有的型號也有采用引用誤差的。
流量計如果不是單純計量總量,而是應用在流量控製係統中,則檢測流量計的準確度要在整個(ge) 係統控製準確度要求下確定。因為(wei) 整個(ge) 係統不僅(jin) 有流量檢測的誤差,還包含有信號傳(chuan) 輸、控製調節、操作執行等環節的誤差和各種影響因素。比如,操作係統中存在有2%左右的回差,對所采用的測量儀(yi) 表確定過高的準確度(0.5級以上)就是不經濟和不合理的。就儀(yi) 表本身來說,傳(chuan) 感器與(yu) 二次儀(yi) 表之間的準確度也應該適當相配,比如說設計出來未經實際標定的均速管誤差如在±2.5%~±4%之間,配上0.2%~0.5%高準確度的差壓計就意義(yi) 不大了。
還有一個(ge) 問題就是對於(yu) 檢定規程或製造廠說明書(shu) 中對流量計所規定的準確度等級指的是其流量計的最大允許誤差。但是由於(yu) 流量計在現場使用時受環境條件、流體(ti) 流動條件和動力條件等變化的影響,將會(hui) 產(chan) 生一些附加誤差。因此,現場使用的流量計應是儀(yi) 表本身的最大允許誤差和附加誤差的合成,一定要充分考慮到這個(ge) 問題,有時候可能現場的使用環境範圍內(nei) 的誤差會(hui) 超過流量計的最大允許誤差。
重複性
重複性是由流量計原理本身與(yu) 製造質量決(jue) 定的,是流量計使用過程中的一個(ge) 重要的技術指標,與(yu) 流量計的準確度息息相關(guan) 。一般在檢定規程中的計量性能要求中對流量計不僅(jin) 有準確度等級規定外,還對重複性進行了規定,一般規定為(wei) :流量計的重複性不得超過相應準確度等級規定的最大允許誤差的1/3~1/5。
重複性一般定義(yi) 為(wei) 在環境條件和介質參量等不變的情況下,對某流量值短時間內(nei) ,同方向進行多次測量的一致性。但是,在實際應用中,流量計的重複性會(hui) 常常被流體(ti) 粘度、密度參量的變化所影響,有時這些參量變化還沒有達到需要進行專(zhuan) 門修正的程度,會(hui) 誤認為(wei) 是流量計的重複性不好。鑒於(yu) 這種情況下,應選擇對此參量變化不敏感的流量計。比如,浮子流量計容易受流體(ti) 密度影響,小口徑的流量計不僅(jin) 受流體(ti) 密度的影響,可能還會(hui) 受流體(ti) 粘度的影響;渦輪流量計如果用在高粘度範圍時的粘度影響;有些未做修正處理的超聲流量計會(hui) 受到流體(ti) 溫度的影響等等。如果流量計的輸出是非線性的,這種影響可能會(hui) 更為(wei) 突出。
線性度
流量計的輸出主要有線性和非線性平方根兩(liang) 種。一般的來說流量計的非線性誤差是不單獨列出的,而是包含在流量計的誤差內(nei) 。對於(yu) 一般比較寬流量範圍,輸出信號為(wei) 脈衝(chong) 的,用作總量積算的流量計,線性度則是一個(ge) 重要的技術指標,如果在其流量範圍內(nei) 使用單一的儀(yi) 表係數,當線性度差就會(hui) 降低流量計的準確度。比如,渦輪流量計在10:1的流量範圍內(nei) 采用一個(ge) 儀(yi) 表係數,線性度差時其準確度會(hui) 較低,隨著計算機技術的發展,可將其流量範圍分段,用最小二乘法擬合出流量—儀(yi) 表係數曲線對流量計進行修正,從(cong) 而提高流量計的準確度和擴展流量範圍。
上限流量和流量範圍
上限流量也稱為(wei) 流量計的滿度流量或最大流量。當我們(men) 選擇流量計的口徑時應按被測管道使用的流量範圍和被選流量計的上限流量和下限流量來進行配置,不能簡單的按管道通徑進行配用。
一般來講,設計管道流體(ti) 最大流速是按經濟流速來確定的。如果選擇過低,管徑粗,投資會(hui) 大;過高則輸送功率大,增加運行成本。比如,像水等低粘度液體(ti) 其經濟流速為(wei) 1.5~3m/s,高粘度液體(ti) 0.2~1m/s,大部分流量計上限流量的流速接近或高於(yu) 管道經濟流速。因此,流量計選擇時其口徑與(yu) 管道相同時候就較多,安裝比較方便。如不相同也不會(hui) 相差太多,一般上下相鄰一檔的規格,可采用異徑管連接。
在流量計的選擇中應注意不同類型的流量計,其上限流量或上限流速由於(yu) 受各自流量計的測量原理和結構的限製差別較大。以液體(ti) 流量計為(wei) 例,上限流量的流速以玻璃浮子流量計,一般是0.5~1.5m/s之間,容積式流量計在2.5~3.5m/s之間,渦街流量計較高在5.5~7.5m/s之間,電磁流量計則在1~7m/s之間,甚至達到0.5~10m/s之間。
液體(ti) 的上限流速還需要考慮不能因為(wei) 流速過高而產(chan) 生氣穴現象,出現氣穴現象的地點一般是在流速最大,靜壓的位置,為(wei) 了防止氣穴的形成,常常需要控製流量計的最小背壓(最大流量)。
還應注意流量計的上限值訂購後就不能改變,比如容積式流量計或浮子流量計等。差壓式流量計像節流裝置孔板等一經設計確定後,其下限流量不能改變,上限流量變動可以通過調整差壓變送器或更換差壓變送器來改變流量。比如某些型號的電磁流量計或超聲流量計,有些用戶可以自行重新設定流量上限值。
範圍度
範圍度為(wei) 流量計的上限流量和下限流量的比值,其值越大則流量範圍越寬。線性儀(yi) 表有較寬的範圍度,一般為(wei) 1:10。非線性流量計的範圍度較小僅(jin) 為(wei) 1:3。一般用於(yu) 過程控製或貿易交接核算的流量計,如果要求流量範圍比較寬就不要選擇範圍度小的流量計。
目前一些製造廠為(wei) 宣傳(chuan) 其流量計的流量範圍寬,在使用說明書(shu) 中把上限流量的流速提得很高,比如液體(ti) 提高到7~10m/s(一般為(wei) 6m/s);氣體(ti) 提高到50~75m/ s(一般為(wei) 40~50)m/s);實際上如此高的流速是用不上的。其實範圍度寬的關(guan) 鍵是有較低的下限流速,以適應測量需要。所以下限流速低的寬範圍度的流量計才是比較實用的。
壓力損失
壓力損失一般是指流量傳(chuan) 感器由於(yu) 在流通通道中設置的靜止或活動檢測元件或改變流動方向,從(cong) 而產(chan) 生隨流量而變的不能恢複的壓力損失,其值有時可達數十千帕。因此,應按管道係統泵送能力和流量計進口壓力等確定最大流量的允許壓力損失來選定流量計。因選擇不當會(hui) 限製流體(ti) 流動產(chan) 生過大壓力損失而影響流通效率。有些液體(ti) (高蒸汽壓碳氫液)還應注意過度的壓力降可能引發氣穴現象和液相汽化,降低測量準確度甚至損壞流量計。比如管徑大於(yu) 500mm的輸水用的流量計,應考慮壓損所造成的能量損耗過大而增加的泵送費用。據有關(guan) 報道,壓力損失較大的流量計幾年來為(wei) 測量付出的泵送費用往往超過低壓損、價(jia) 格較貴的流量計的購置費用。
輸出信號特性
流量計的輸出和顯示量可以分為(wei) :
① 流量(體(ti) 積流量或質量流量);
② 總量;
③ 平均流速;
④ 點流速。有些流量計輸出為(wei) 模擬量(電流或電壓),另一些輸出脈衝(chong) 量。模擬量輸出一般認為(wei) 適合於(yu) 過程控製,比較適合於(yu) 與(yu) 調節閥等控製回路單元接配;脈衝(chong) 量輸出比較適合於(yu) 總量和高準確度的流量測量。長距離信號傳(chuan) 輸脈衝(chong) 量輸出則比模擬量輸出有較高的傳(chuan) 送準確度。輸出信號的方式和幅值還應有與(yu) 其他設備相適應的能力,比如控製接口、數據處理器、報警裝置、斷路保護回路和數據傳(chuan) 送係統。
響應時間
應用於(yu) 脈動流動場合應注意流量計對流動階躍變化的響應。有些使用場合要求流量計輸出跟隨流體(ti) 流動變化,而另一些為(wei) 獲得綜合平均值要求有較慢響應的輸出。瞬時響應常以時間常數或響應頻率表示,其值前者從(cong) 幾毫秒到幾秒,後者在數百Hz以下。配用顯示儀(yi) 表可能相當大地延長響應時間。一般認為(wei) 流量計流量增加或減小時動態響應不對稱會(hui) 加速增加流量測量誤差。
02流體(ti) 特性
在流量測量中由於(yu) 各種流量計總會(hui) 受到流體(ti) 物性中某一種或幾種參量的影響,所以流體(ti) 的物性很大程度上會(hui) 影響流量計的選型。因此,所選擇的測量方法和流量計不僅(jin) 要適應被測流體(ti) 的性質,還要考慮測量過程中流體(ti) 物性某一參量變化對另一參量的影響。比如,溫度變化對液體(ti) 粘度的影響。
流體(ti) 物性方麵常見的有密度、粘度、蒸汽壓力和其他參量。這些參量一般可以從(cong) 手冊(ce) 中查到,評估使用條件下流體(ti) 各參量和選擇流量計的適應性。但也會(hui) 有些物性是無法查到。比如腐蝕性、結垢、堵塞、相變和混相狀態等。
流體(ti) 的溫度和壓力
仔細的分析流量計內(nei) 流體(ti) 的工作壓力和溫度,尤其是測量氣體(ti) 時溫度壓力變化造成過大的密度變化,可能要改變所選擇的測量方法。比如,溫度和壓力影響流量測量準確度等性能時,要作溫度或壓力修正。另外,流量計外殼的結構強度設計和材質也取決(jue) 於(yu) 流體(ti) 的溫度和壓力。因此,必須確切地知道溫度和壓力的最大值和最小值。當溫度和壓力變動很大時更應仔細選擇。
還應注意在測量氣體(ti) 時要確認其體(ti) 積流量值是在工況狀態下的溫度和壓力還是在標準狀態下的溫度和壓力。
流體(ti) 的密度
對於(yu) 液體(ti) ,在大部分應用場合下其密度相對恒定,除非溫度變化很大而引起較大變化,一般可不進行密度修正。在氣體(ti) 應用場合,流量計的範圍度和線性度,取決(jue) 於(yu) 氣體(ti) 密度,,一般要知道在標準狀態下和工況狀態下的值,以便選用。也有將流動狀態的值換算到某些*的參比值,這種方法在石油儲(chu) 運方麵應用普遍。低密度氣體(ti) 對某些測量方法,特別是利用氣體(ti) 動量推動檢測傳(chuan) 感器的儀(yi) 表(比如渦輪流量計)會(hui) 比較困難。
粘度
各種液體(ti) 之間粘度差別很大,且因溫度變化有顯著變化。而氣體(ti) 則不同,各種氣體(ti) 之間粘度差別較小,其值一般較低。且不會(hui) 因溫度和壓力變化而有顯著變化。因為(wei) 液體(ti) 的粘度比氣體(ti) 高得多。比如在20℃和100kPa下,水的動力粘度為(wei) Pa·s,而空氣的動力粘度則為(wei) Pa·s,所以液體(ti) 一定要考慮粘度的影響,而氣體(ti) 的粘度就不如液體(ti) 那樣重要。
粘度對各類流量計的影響程度不一樣,比如,對於(yu) 電磁流量計、超聲流量計和科裏奧利式質量流量計的流量值是在很寬粘度範圍內(nei) ,可以認為(wei) 不受液體(ti) 粘度的影響;容積式流量計的誤差特性和粘度有關(guan) ,可能會(hui) 略受影響;而浮子流量計、渦輪流量計和渦街流量計,當粘度超過某值時則影響較大以致不能使用。
有些流量計的特性用管道雷諾數作為(wei) 參變量進行描述的,而管道雷諾數是流體(ti) 粘度、密度以及管道流速的函數。因此,粘度對儀(yi) 表特性還是有影響的。
粘度也是判別牛頓流體(ti) 或非牛頓流體(ti) 的一個(ge) 參數,大多數流量測量方法和流量計僅(jin) 適用於(yu) 牛頓流體(ti) 。所有氣體(ti) 都是牛頓流體(ti) 。大多數液體(ti) 以及含有少量球形微粒的液體(ti) 也是牛頓流體(ti) 。隻適用於(yu) 牛頓流體(ti) 的測量方法和流量計,如果應用於(yu) 非牛頓流體(ti) 時將給測量帶來影響。所以,牛頓流體(ti) 是流體(ti) 流量測量正常使用的重要條件。
粘度對不同類型的流量計範圍度的影響趨勢各異,一般容積式流量計粘度增加,範圍度擴大。而渦輪流量計和渦街流量計則相反,粘度增加,範圍度縮小。因此,在評估流量計的適應性時,應該要掌握液體(ti) 的溫度—粘度特性。
某些非牛頓流體(ti) (如鑽井泥漿、紙漿、巧克力、油漆)性質的液體(ti) ,它們(men) 的流動狀態複雜,不易判斷其屬性,當選擇流量計時必須謹慎。
化學腐蝕和結垢
1)化學腐蝕問題
流體(ti) 的化學腐蝕問題有時會(hui) 成為(wei) 我們(men) 選擇測量方法和使用流量計的決(jue) 定因素。比如,某些流體(ti) 會(hui) 使流量計接觸零件腐蝕,表麵結垢或積澱析出晶體(ti) ,金屬零件表麵產(chan) 生電解化學作用,這些現象的產(chan) 生會(hui) 降低流量計的性能和使用壽命。因此,為(wei) 了解決(jue) 化學腐蝕和結垢問題,製造廠采取了許多方法,如選用抗腐蝕材料或在流量計的結構上采取防腐蝕措施,比如,節流裝置孔板用陶瓷材料製造,金屬浮子流量計內(nei) 襯耐腐蝕的工程塑料。但是對於(yu) 結構較複雜的流量計,如容積式流量計和渦輪流量計等就無法對具有腐蝕性流體(ti) 進行測量了。有一些流量計是從(cong) 原理結構上就具有耐腐蝕性或易於(yu) 作耐腐蝕的措施。超聲流量計的換能器探頭安裝在管道外壁不與(yu) 被測流體(ti) 接觸,本質上就是防腐蝕的。電磁流量計隻有測量管襯裏和一對形狀簡單的電極與(yu) 液體(ti) 接觸,近年有些設計將電極也不與(yu) 液體(ti) 接觸,也是一種防腐蝕的措施。
2) 結垢
由於(yu) 流量計腔體(ti) 和流量傳(chuan) 感器上結垢或析出結晶會(hui) 減少流量計內(nei) 活動部件的間隙,降低流量計內(nei) 敏感元件的靈敏度或測量性能。比如在超聲流量計應用上結垢層會(hui) 阻礙超聲波發射。在電磁流量計應用上不導電結垢層絕緣了電極表麵,會(hui) 使流量計無法工作。所以有些流量計常采用在流量傳(chuan) 感器外界加溫防止析出結晶或加裝裝置除垢器。
化學腐蝕和結垢的結果是改變試驗管道內(nei) 壁粗糙度,而粗糙度會(hui) 影響流體(ti) 的流速分布,因此,建議使用者應注意這個(ge) 問題,比如多年使用的管道應進行清洗和除垢工作。
腐蝕和結垢影響流量測量值的變化會(hui) 因流量計的類型而不同。下麵以超聲流量計和電磁流量計為(wei) 例來說明由於(yu) 管道結垢影響的結果,比如,內(nei) 徑為(wei) 50mm的管道,內(nei) 壁結垢或沉積0.1~0.2mm,會(hui) 使測量管道麵積縮小0.4%~0.6%,所產(chan) 生的誤差對於(yu) 0.5~1.0級的流量計將是不容忽視的偏差。
壓縮係數
氣體(ti) 壓縮係數z為(wei) 一定質量的氣體(ti) ,在相同溫度、壓力下,其實際比體(ti) 積與(yu) “理想比體(ti) 積"之比。一般地說,對於(yu) 理想氣體(ti) z=0;實際氣體(ti) z可能大於(yu) 1或小於(yu) 1。z偏離1的數值大小表示實際氣體(ti) 偏於(yu) 理想氣體(ti) 的程度。氣體(ti) 壓縮係數z值取決(jue) 於(yu) 種類或組分、溫度、壓力。因此,氣體(ti) 測量一定要通過壓縮係數求取工作狀態下的流體(ti) 密度。如果組分固定的流體(ti) 通過溫度、壓力和壓縮係數計算密度。如果流體(ti) 為(wei) 多組分(比如對天然氣的計量)並工作在接近(或在)超臨(lin) 界區,就需要配備在線密度計在線對密度進行測量。
03流量計的安裝
安裝時需注意的問題
安裝問題對不同原理的流量計要求是不一樣的。對有些流量計,比如差壓式流量計、速度流量計,按規程規定在流量計的上、下遊需配備一定長度的或較長的直管段,以保證流量計進口端前流體(ti) 流動達到充分發展。而另一些流量計,比如對容積式流量計、浮子流量計等則對直管段長度就沒有要求或要求較低。
還有的流量計因受安裝的影響而產(chan) 生一定的誤差,比如,科裏奧利質量流量計,由於(yu) 安裝應力的影響會(hui) 給使用帶來很大的誤差。追溯流量計在使用中出現問題,可能未必都是因為(wei) 流量計本身的問題,很多狀況是由於(yu) 安裝不善所致。一般常見的問題有下麵幾種:
① 把差壓式流量計孔板的進口麵反裝;
② 流量傳(chuan) 感器安裝在流速分布剖麵不良的場所;
③ 連接到差壓裝置的引壓管中存在不希望存在的相;
④ 流量計安裝在有害的環境或不易接近的地方;
⑤ 流量計流動方向安裝錯誤;
⑥ 流量計或電信號傳(chuan) 輸線置於(yu) 強電磁場下;
⑦ 將易受振動幹擾的流量計安裝在有振動的管道上;
⑧ 缺少必要的防護性配件。
安裝條件
流量計在使用中應注意安裝條件的適應性和要求,主要從(cong) 下麵幾方麵考慮,比如流量計的安裝方向、流體(ti) 的流動方向、上、下遊管道的配置、 閥門位置、防護性配件、脈動流影響、振動,電氣幹擾和流量計的維護等。
1)現場管道布線
在現場管道布線時應注意流量計的安裝方向,由於(yu) 流量計的安裝方向一般分為(wei) 垂直安裝方式和水平安裝方式,對於(yu) 這兩(liang) 種安裝方式在流量測量性能上是有差別的。比如,流體(ti) 垂直向下流動會(hui) 使流量計傳(chuan) 感器帶來額外力而影響流量計的性能,使流量計的線性度、重複性下降。流量計的安裝方向還取決(jue) 於(yu) 流體(ti) 的物性,如水平管道可能沉澱固體(ti) 顆粒,因此測量具有這種狀態的流量計最好安裝於(yu) 垂直管道。
2)流體(ti) 的流動方向
這個(ge) 問題與(yu) 流量計的安裝方向比較相似,由於(yu) 有的流量計規定隻能在一個(ge) 方向工作,反向流動會(hui) 損壞流量計。使用類似流量計時還要考慮當發生無操作時可能會(hui) 產(chan) 生反向流動,這樣就需要采取措施,如安裝止回閥以保護流量計。即使能雙向使用的流量計,其正向和反向之間的測量性能可能也會(hui) 有些差異,應該按照製造廠規定的要求使用。
3)流量計上遊和下遊直管段
由於(yu) 流量計會(hui) 受到管路進口流動狀態的影響,管道配件也會(hui) 引入流動擾動,流動擾動一般有旋渦和流速分布剖麵畸變,旋渦存在普遍是由於(yu) 有兩(liang) 個(ge) 或兩(liang) 個(ge) 以上空間(立體(ti) )彎管所引起的。流速剖麵畸變通常是由管路配件局部阻礙(如閥門)或彎管所組成。這些影響需要以適當長度的上遊直管段或安裝流動調整器進行改善。除了考慮流量計連接配件的影響外,可能還要考慮上遊管道配件組合的影響,因為(wei) 它們(men) 可能產(chan) 生不同的擾動源,所以一定要盡可能拉開各擾動源之間的距離以減少其影響。比如像在單彎管後麵緊接著部分開啟的閥。
流量計的下遊也需要有一段直管段以減小下遊流動影響。
對於(yu) 容積式流量計和科裏奧利質量流量計是不大會(hui) 受不對稱流動剖麵影響;渦輪流量計使用時應盡量降低旋渦;電磁流量計和差壓式流量計則應限製旋渦在很小的範圍內(nei) 。
氣穴和凝結是由於(yu) 管道布置不合理造成的,避免管道直徑上和方向上的急劇改變。管道布置不良也會(hui) 產(chan) 生脈動。
4)管徑和管道振動
有些類型的流量計管徑範圍並不很寬,因此過大或過小會(hui) 限製流量計品種的選擇。測量低流速或高流速的流量,可選擇與(yu) 管徑尺寸不同的流量計管徑,可以使用異徑管連接,使流量計運行在規定的範圍內(nei) 。流量超過範圍,流速過低流量計誤差增加會(hui) 無法工作,流速過高流量計誤差也可能增加,同時還會(hui) 使流量傳(chuan) 感器超速或壓力降過大而損壞流量計的使用。
有些流量計如壓電檢測件的渦街流量計和科裏奧利質量流量計敏感於(yu) 機械振動,容易受管道振動幹擾,應注意在流量計前後管道上作支撐設計。對於(yu) 脈動影響的消除采用脈動消除器以外,還注意將所有被安裝的流量計應遠離振動或脈動源。
5) 閥門的安裝位置
在安裝流量計的管道都裝有控製閥和隔離閥,為(wei) 避免由於(yu) 閥引起一些流速分布擾動和氣穴而影響流量計測量,一般控製閥應安裝在流量計的下遊,控製閥安裝在流量計的下遊還可以增加流量計背壓,便於(yu) 減小流量計內(nei) 部產(chan) 生氣穴的可能性。
隔離閥安裝的目的是為(wei) 了使流量計與(yu) 管線的流體(ti) 隔離以便於(yu) 維修。上遊閥應離流量計足夠距離,當流量計運行時,上遊閥應全開以避免流速分布畸變等擾動。
6)防護性配件
安裝防護性配件是為(wei) 了保證流量計能正常運行的防護措施。比如在容積式流量計和渦輪流量計一般在上遊需安裝過濾器等一些必要的設備,所有這些設備的安裝都要以不影響流量計的使用為(wei) 要。
7)電器連接和電磁幹擾
目前大部分流量測量係統,不管是流量計本身還是其附件連接等都有電子設備,因此采用的電源要與(yu) 流量計相配套。當流量計輸出電平較低,應使用與(yu) 環境想適應的前置放大器。有些類型的流量計的輸出信號容易受大功率開關(guan) 裝置的幹擾,使流量計輸出脈衝(chong) 波動而影響流量計的性能,像信號電纜應盡可能遠離電力電纜和電力源,以降低電磁幹擾和射頻幹擾影響。
8)脈動流和非定常流
前麵已經講過對於(yu) 脈動流的影響除采用脈動消除器以外,還應注意將所有被安裝的流量計遠離脈動源。最常見的產(chan) 生脈動源有定排量泵、往複式壓縮機、振蕩著的閥或調節器、渦列等水利學振蕩。一般像差壓式流量計具有脈動流誤差,渦輪流量計和渦街流量計一樣也會(hui) 產(chan) 生脈動流誤差。非定常流是指隨時間而變的流動而緩慢脈動是非定常流的一個(ge) 特例。比如因尺寸過大的控製閥運行所產(chan) 生的緩慢脈動。
流量計可分別處理流量傳(chuan) 感器和二次顯示儀(yi) 表所受脈動影響。將流量傳(chuan) 感器安裝在遠離脈動源的地方,也可在管道係統中安裝衝(chong) 氣式緩衝(chong) 器(用於(yu) 液體(ti) )或阻流器(用於(yu) 氣體(ti) )等低通濾波器以減低脈動程度。二次顯示儀(yi) 表則可選用響應特性好的流量計(如電磁流量計、超聲流量計)增加阻尼,測定脈動參數用以估計脈動的附加誤差。
04環境條件要求
在選流量計的過程中不應忽略周圍條件因素及有關(guan) 變化,比如環境溫度、濕度、安全性和電氣幹擾等:
1)環境溫度
環境溫度變化會(hui) 影響流量計的電子部分和流量傳(chuan) 感器部分。比如溫度變化會(hui) 影響傳(chuan) 感器尺寸的變化、通過流量計殼體(ti) 傳(chuan) 熱改變流體(ti) 密度和粘度等。當環境溫度影響到顯示儀(yi) 表電子元件時,將改變元件參數。應該將流量傳(chuan) 感器和二次顯示儀(yi) 表安裝在不同的場所,像二次顯示儀(yi) 表應安裝在控製室內(nei) ,以保證電子元件免受溫度的影響。應該說環境溫度的影響量在作流量測量總不確定度的估算時,其影響不應是不確定度主要影響量之一。
2)環境濕度
環境中大氣濕度也是影響流量計使用的問題之一。比如濕度高會(hui) 加速大氣腐蝕和電解腐蝕並降低電氣絕緣,低濕度會(hui) 感生靜電。環境溫度或介質溫度急劇變化會(hui) 引起濕度方麵的問題,如表麵結露現象。
3)安全性
應按照有關(guan) 規範和標準選擇流量計,以適應用於(yu) 爆炸性危險環境,按照防爆標準對現場進行要求。
4)電氣幹擾
電力電纜、電機和電氣開關(guan) 都會(hui) 產(chan) 生電磁幹擾,如不采取有關(guan) 措施,就會(hui) 成為(wei) 流量測量產(chan) 生誤差的原因。
05經濟性
從(cong) 經濟方麵考慮購置流量計的費用
購置流量計時應比較不同類型流量計對整個(ge) 測量係統經濟的影響。比如範圍度小的流量計比範圍度寬的流量計在相同測量範圍下,需要多台流量計並聯和多條管線才覆蓋,因此除流量計以外尚需增加許多輔助設備,像閥門、管線附件等。雖然表麵上看流量計費用少了,但是其他的費用則增加,計算起來並不合算。比如安裝孔板流量計加上差壓計的費用相對便宜,但組成測量回路包括孔板的固定附件等其費用可能超過基本件費用很多。
安裝費用
在購置流量計時,不僅(jin) 要考慮流量計的購置費,還需考慮其他費用,如附件購置費、安裝調試費、維護和定期檢測費、運行費和備用件費。
比如許多流量計使用時應配備比較長的上遊直管段以保證其測量性能。因此正確的安裝需要額外管道的布置或備有旁路管道作定期維護。所以安裝費應合理多方麵考慮,比如還應包括運行所需的截止閥、過濾器等輔助費用等。
運行費用
流量計運行費用主要是工作時能量消耗,包括電動儀(yi) 表內(nei) 部電力消耗或氣動儀(yi) 表的氣源耗能以及在測量過程中推動流體(ti) 通過儀(yi) 表所消耗的能量,亦即克服儀(yi) 表因測量產(chan) 生壓力損失的泵送能耗費等。比如差壓式流量計產(chan) 生的差壓,很大一部分不可恢複、容積式流量計和渦輪流量計也具有相當阻力。隻有全通道、*的電磁流量計和超聲流量計基本此費用為(wei) 零、插入式流量計由於(yu) 用於(yu) 大管徑阻塞比小,其壓力損失亦可忽略。據測算管徑100mm的差壓式孔板流量計1年泵送能耗費與(yu) 流量計購置費相當,如果換用電磁流量計,其購置費亦僅(jin) 相當於(yu) 4年多差壓式孔板流量計的能耗費。設想更大管徑的泵送能耗費所占份額費用更多。一般認為(wei) 超過5000mm的流量計應該盡可能選用低壓損和無壓損的流量計。比如,供水工程應用傳(chuan) 統的差壓式流量計極少用孔板而采用低壓損的文丘裏管,現在則更新為(wei) 電磁流量計和超聲流量計。
檢測費用
檢測費用應根據流量計的檢定周期決(jue) 定。一般用於(yu) 貿易結算的原油或成品油的檢測常在現場設置標準體(ti) 積管對流量計進行在線檢定。
維護費用和備用件費用等
維護費用為(wei) 流量計投入使用後保持測量係統正常工作所需費用,主要包括維護和備用件費。有運動部件的流量計需進行較多維護工作,如定期調換易磨損軸承、軸、轉輪、傳(chuan) 動齒輪等;沒有運動部件的流量計也需進行檢視,如最普通的用幾何測量法檢查孔板流量計。備用件費用會(hui) 隨著流量計的性能提高的程度而增加。選用流量計時應考慮同時增加備用件的購置費用,尤其是從(cong) 國外進口的流量計,有時常常會(hui) 因易損備件的困難而替換整台流量計。
06測量方法和流量計的選擇
漿液流量測量的選擇
從(cong) 流量計選型一覽表中可查得應用於(yu) 含顆粒纖維漿液的可選的流量計有:差壓式流量計中有彎管、楔型管、電磁流量計、多普勒法超聲流量計、渦街流量計、靶式流量計、科裏奧利質量流量計等。根據目前國內(nei) 流量計的使用狀況和各種流量計的測量性能來看,對測量漿液流量選電磁流量計,除非所測量的漿液是非導電的或含有鐵磁性顆粒,以及測量管道係統不允許截斷以接入流量傳(chuan) 感器,才選擇其他流量計。據報道測量煤粉含量高達65%水煤漿流量的多年應用經驗,認為(wei) 還是電磁流量計最好。差壓式流量計可用於(yu) 測量漿液的差壓傳(chuan) 感器除彎管、楔型管還有環形管,固相較少時還可用圓缺孔板、偏心孔板,文丘裏管也有用於(yu) 測量的實例。多普勒法超聲流量計是可不截斷管道在管外夾裝超聲換能器(探頭)即可測量,但測量準確度不高。渦街流量計隻能測量含有少量粉狀固形物,固相含量較多或是纖維狀會(hui) 產(chan) 生噪聲而無法使用。靶式流量計有用於(yu) 含煤粉的重油或渣油等液流,是采用應變式靶式流量計。科裏奧利質量流量計在國外有應用於(yu) 漿液的測量經驗,一般以其直管型測量管為(wei) 宜,但國內(nei) 應用經驗不多。
對於(yu) 封閉管道液體(ti) 大流量測量的選擇
這裏說的大流量不是指某一管徑流速較高時的“相對大流量"而是說流量絕對值的大流量。由於(yu) 管道輸送液體(ti) 的流速有一定的範圍,低粘度液體(ti) 常用的經濟流速為(wei) 1~3m/s,因此,這裏說的“大流量"測量是說大管道流量測量。一般來講,DN300以下管徑的流量計稱為(wei) 中小管徑流量計,DN300~ DN400以上的稱為(wei) 大管徑流量計,DN1200以上的稱為(wei) 特大管徑流量計。通常特大管徑液體(ti) 流量測量主要為(wei) 水,除了水以外還有石油產(chan) 品。一般大管徑流量計有差壓式流量計、電磁流量計、超聲流量計和插入式的流量計,DN300~ DN500的還有容積式流量計和渦輪流量計。
1)安裝條件
安裝條件主要是根據測量方法是否可以允許切斷管流,暫停運行,是否可以允許在管道上打孔,是否允許切斷管流安裝流量傳(chuan) 感器。如果允許切斷管流安裝流量傳(chuan) 感器,可以選擇電磁流量計、帶測量管段的超聲流量計、容積式流量計和渦輪流量計。如果允許在管道上打孔可以選擇外插換能器超聲流量計和插入式流量計。如果上述要求都不允許,就隻能選擇外夾裝換能器超聲流量計。
2)測量準確度要求
對於(yu) 貿易交接要求測量準確度高的、是不導電液體(ti) 的可選擇帶測量管段的超聲流量計、多聲道的超聲流量計、容積式流量計和渦輪流量計,如果是導電液體(ti) 還可選擇電磁流量計。對於(yu) 像控製配比,測量準確度要求低一些的可選擇差壓式文丘裏管、外夾裝換能器超聲流量計。測量準確度要求低的可選擇插入式流量計。
3)壓力損失(泵送能耗費用)
大流量測量的泵送能耗費用在流量測量運行成本中占有相當大的比例,壓力損失和(泵送能耗費用)比如較大的為(wei) 差壓式文丘裏管,容積式流量計和渦輪流量計。較小的為(wei) 插入式流量計,沒有壓力損失的為(wei) 電磁流量計。
蒸汽流量測量的選擇
蒸汽流量測量從(cong) 測量技術上分為(wei) 兩(liang) 類,一類為(wei) 過熱蒸汽和高幹度(幹度x=0.9以上)的飽和蒸汽,另一類為(wei) 低幹度飽和蒸汽。前一類可以作為(wei) 單相流體(ti) 處理,而後一類則為(wei) 兩(liang) 相流。由於(yu) 目前所有的流量計隻適用於(yu) 單相流體(ti) ,因此,低幹度飽和蒸汽尚需進行深入的研究。
1)過熱蒸汽和高幹度飽和蒸汽的流量測量
常用的流量計有:節流式差壓式流量計,該流量計目前仍是測量蒸汽流量的主要儀(yi) 表,為(wei) 適應需要在技術上也有了心得發展,。比如把節流裝置、差壓變送器及三閥組組成一體(ti) 成為(wei) 一體(ti) 式節流流量計,該節流流量計解決(jue) 了差壓信號管路易出故障的缺點。還有采用定植節流件,用標準噴嘴代替標準孔板,因為(wei) 噴嘴和孔板相比較,噴嘴的流出係數穩定,不會(hui) 因為(wei) 邊緣銳角變鈍使流出係數發生變化,壓損也比孔板低,一般在同樣流量及 值時壓損約為(wei) 孔板的30%~50%。
渦街流量計測量中溫,即200℃以下,應用於(yu) 蒸汽應該說已經趨於(yu) 成熟,是目前常用於(yu) 蒸汽測量的一類流量計。但是一定要注意低幹度介質將使其儀(yi) 表係數偏離檢測值而增大測量誤差。
均速管流量計、分流旋翼式流量計在準確度要求不太高的內(nei) 部管理分配上應用還是可以的,因為(wei) 使用比較便宜、簡潔,適應於(yu) 中小流量蒸汽的測量。
對於(yu) 靶式流量計,國內(nei) 於(yu) 上世紀70年代開發的電動、氣動靶式流量變送器,它是電動、氣動單元組合儀(yi) 表的檢測儀(yi) 表。由於(yu) 當時力轉換器直接采用差壓變送器的力平衡機構,因此,帶來力平衡機構本身所造成的許多不足。比如,測量準確度較低、零點漂移、杠杆機構可靠性、穩定性差等。因此原JJG 461-1986《靶式流量變送器》規程製定於(yu) 1986年,已有25年之久。由於(yu) 現在已基本不再生產(chan) 和使用電動、氣動靶式流量變送器。原有的規程已不適應使用,因此修訂了新的靶式流量計規程。
靶式流量計的結構是由測量管、靶板、力傳(chuan) 感器、信號處理單元組成。力傳(chuan) 感器為(wei) 應變計式傳(chuan) 感器,信號處理顯示可以就地直讀顯示或輸出標準信號。力傳(chuan) 感器由筒式彈性體(ti) 和力應變片組成,可以是內(nei) 貼式和外貼式兩(liang) 種。當彈性體(ti) 在力作用下發生形變,它破壞了由力應變片組成的電橋的平衡,產(chan) 生與(yu) 流量成平方關(guan) 係的電信號。
其工作原理是在恒定截麵直管段中設置一個(ge) 與(yu) 流束方向相垂直的靶板,流體(ti) 沿靶板周圍通過時,靶板受到推力的作用,推力的大小與(yu) 流體(ti) 的動能和靶板的麵積成正比。在一定的雷諾數範圍內(nei) ,流過流量計的流量與(yu) 靶板受到的力成正比。靶板所受的力由力傳(chuan) 感器檢出。
由於(yu) 應變式新型靶式流量計具有新的結構和測量原理,在蒸汽測量中具有比較*的使用前景,適應於(yu) 中小流量蒸汽的測量。
2)低幹度飽和蒸汽的流量測量
一般的工業(ye) 鍋爐產(chan) 生的飽和蒸汽在出口處為(wei) 高幹度(0.95以上)的飽和蒸汽,但是在長距離輸送過程中,由於(yu) 保溫不好或間歇用汽出現不平衡情況等許多因素使幹度不斷下降,甚至成為(wei) 含水量很高的濕蒸汽,即成為(wei) 氣、水兩(liang) 相流體(ti) 。這兩(liang) 相流體(ti) 的流動特性與(yu) 單相流是有著本質區別。在單相流中檢測的流量計儀(yi) 表係數或流出係數是不能用於(yu) 兩(liang) 相流測量的。比如對孔板流量計進行的兩(liang) 相流試驗中的流出係數必須進行幹度修正。因此,在低幹度飽和蒸汽的流量測量中,幹度參數是必須測量的一個(ge) 參數。遺憾的是目前還沒有成熟的幹度計出現。另外其他各類流量計的儀(yi) 表係數的幹度修正都尚未進行深入研究。隻有解決(jue) 這個(ge) 問題,才能測量低幹度飽和蒸汽的流量。