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流量計選型的原則,流量計選型的細節考慮(干貨分享)

來源:作者:發表時間:2018-07-05 14:29:01

 
        如果要了解流量計選型就必須首先了解流量計的分類,要知道流量計有哪些種類,各自的工作原理又是什么?但是反過來考慮,雖然對于所有流量計的工作原理都熟悉一遍,對他們的功能、安裝方式條件以及材質選型都熟悉的話,那么現場流量計選型基本上難不倒你,但是很多時候,現場人員并不能做到這一點,所以參考本文對于流量選型來說,不失為一個方便快捷的路徑。
 
一、流量計選型的原則
        了解流量計選型原則首先是要深刻地了解各種流量計的結構原理和流體特性等方面的知識,同時還要根據現場的具體情況及考察周邊的環境條件進行選擇。也要考慮到經濟方面的因素。一般情況下,主要應從下面五個方面進行選擇:
        ① 流量計的性能要求;
        ② 流體特性;
        ③ 安裝要求;
        ④ 環境條件;
        ⑤ 流量計的價格。
 
1、流量計的性能要求
        流量計的性能方面主要包括:測量流量(瞬時流量)還是總量(累積流量);準確度要求;重復性;線性度;流量范圍和范圍度;壓力損失;輸出信號特性和流量計的響應時間等。
(1)測流量還是總量
        流量測量包括兩種,即瞬時流量和累積流量,比如對分輸站管道的原油屬于貿易交接或石油化工管道進行連續配比生產或生產流程的過程控制等需要計量總量,間或輔以瞬時流量的觀察。在有的工作場所對流量進行控制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沖頻率輸出直接得到總量,其準確度較高,適用于計量總量,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流速推導出流量,響應快,適用于過程控制,如果配以積算功能后也可以獲得總量。
(2)準確度
        流量計準確度等級的規定是在一定的流量范圍內,如果使用在某一特定的條件下或比較窄的流量范圍內,比如,僅在很小的范圍內變化,此時其測量準確度會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,其準確度可能會從0.5級提高到0.25級。用于貿易核算、儲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,一般用于上述情況下的流量計,準確度等級要求為0.2級。在這樣的工作場所一般是現場配備計量標準設備(比如體積管),對所使用的流量計進行在線檢測。近幾年由于原油的日趨緊張和各單位對原油計量的高要求,對原油計量提出實行系數交接,即除了每半年對流量計進行一次周期檢測后,貿易交接雙方協商每1個月或2個月對流量計進行檢定確定流量系數,每天根據流量計計量的數據與流量計流量系數計算出數據進行交接,以提高流量計的準確度,也稱為零誤差交接。
準確度等級一般是根據流量計的最大允許誤差確定的。各制造廠提供的流量計說明書中會給出。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”。許多制造廠說明書中并未注明。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,而是應用在流量控制系統中,則檢測流量計的準確度要在整個系統控制準確度要求下確定。因為整個系統不僅有流量檢測的誤差,還包含有信號傳輸、控制調節、操作執行等環節的誤差和各種影響因素。比如,操作系統中存在有2%左右的回差,對所采用的測量儀表確定過高的準確度(0.5級以上)就是不經濟和不合理的。就儀表本身來說,傳感器與二次儀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不大了。
        還有一個問題就是對于檢定規程或制造廠說明書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。但是由于流量計在現場使用時受環境條件、流體流動條件和動力條件等變化的影響,將會產生一些附加誤差。因此,現場使用的流量計應是儀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問題,有時候可能現場的使用環境范圍內的誤差會超過流量計的最大允許誤差。
(3)重復性
        重復性是由流量計原理本身與制造質量決定的,是流量計使用過程中的一個重要的技術指標,與流量計的準確度息息相關。一般在檢定規程中的計量性能要求中對流量計不僅有準確度等級規定外,還對重復性進行了規定,一般規定為:流量計的重復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。
重復性一般定義為在環境條件和介質參量等不變的情況下,對某一流量值短時間內,同方向進行多次測量的一致性。但是,在實際應用中,流量計的重復性會常常被流體粘度、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門修正的程度,會誤認為是流量計的重復性不好。鑒于這種情況下,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密度影響,小口徑的流量計不僅受流體密度的影響,可能還會受流體粘度的影響;渦輪流量計如果用在高粘度范圍時的粘度影響;有些未做修正處理的超聲流量計會受到流體溫度的影響等等。如果流量計的輸出是非線性的,這種影響可能會更為突出。
(4)線性度
        流量計的輸出主要有線性和非線性平方根兩種。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。對于一般比較寬流量范圍,輸出信號為脈沖的,用作總量積算的流量計,線性度則是一個重要的技術指標,如果在其流量范圍內使用單一的儀表系數,當線性度差就會降低流量計的準確度。比如,渦輪流量計在10:1的流量范圍內采用一個儀表系數,線性度差時其準確度會較低,隨著計算機技術的發展,可將其流量范圍分段,用最小二乘法擬合出流量—儀表系數曲線對流量計進行修正,從而提高流量計的準確度和擴展流量范圍。
(5)上限流量和流量范圍
        上限流量也稱為流量計的滿度流量或最大流量。當我們選擇流量計的口徑時應按被測管道使用的流量范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,像水等低粘度液體其經濟流速為1.5~3m/s,高粘度液體0.2~1m/s,大部分流量計上限流量的流速接近或高于管道經濟流速。因此,流量計選擇時其口徑與管道相同時候就較多,安裝比較方便。如不相同也不會相差太多,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于受各自流量計的測量原理和結構的限制差別較大。以液體流量計為例,上限流量的流速以玻璃浮子流量計為最低,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。
        液體的上限流速還需要考慮不能因為流速過高而產生氣穴現象,出現氣穴現象的地點一般是在流速最大,靜壓最低的位置,為了防止氣穴的形成,常常需要控制流量計的最小背壓(最大流量)。
還應注意流量計的上限值訂購后就不能改變,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后,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。
(6)范圍度
        范圍度為流量計的上限流量和下限流量的比值,其值越大則流量范圍越寬。線性儀表有較寬的范圍度,一般為1:10。非線性流量計的范圍度較小僅為1:3。一般用于過程控制或貿易交接核算的流量計,如果要求流量范圍比較寬就不要選擇范圍度小的流量計。
目前一些制造廠為宣傳其流量計的流量范圍寬,在使用說明書中把上限流量的流速提得很高,比如液體提高到7~10m/s(一般為6m/s);氣體提高到50~75m/ s(一般為40~50)m/s);實際上如此高的流速是用不上的。其實范圍度寬的關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范圍度的流量計才是比較實用的。
(7)壓力損失
        壓力損失一般是指流量傳感器由于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,從而產生隨流量而變的不能恢復的壓力損失,其值有時可達數十千帕。因此,應按管道系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。因選擇不當會限制流體流動產生過大壓力損失而影響流通效率。有些液體(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。比如管徑大于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。據有關報道,壓力損失較大的流量計幾年來為測量付出的泵送費用往往超過低壓損、價格較貴的流量計的購置費用。
(8)輸出信號特性
        流量計的輸出和顯示量可以分為:
        ① 流量(體積流量或質量流量);② 總量;③ 平均流速;④ 點流速。有些流量計輸出為模擬量(電流或電壓),另一些輸出脈沖量。模擬量輸出一般認為適合于過程控制,比較適合于與調節閥等控制回路單元接配;脈沖量輸出比較適合于總量和高準確度的流量測量。長距離信號傳輸脈沖量輸出則比模擬量輸出有較高的傳送準確度。輸出信號的方式和幅值還應有與其他設備相適應的能力,比如控制接口、數據處理器、報警裝置、斷路保護回路和數據傳送系統。
(9)響應時間
        應用于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流動變化,而另一些為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,其值前者從幾毫秒到幾秒,后者在數百Hz以下。配用顯示儀表可能相當大地延長響應時間。一般認為流量計流量增加或減小時動態響應不對稱會加速增加流量測量誤差。
 
二、流量計選型之流體特性
        在流量測量中由于各種流量計總會受到流體物性中某一種或幾種參量的影響,所以流體的物性很大程度上會影響流量計的選型。因此,所選擇的測量方法和流量計不僅要適應被測流體的性質,還要考慮測量過程中流體物性某一參量變化對另一參量的影響。比如,溫度變化對液體粘度的影響。
流體物性方面常見的有密度、粘度、蒸汽壓力和其他參量。這些參量一般可以從手冊中查到,評估使用條件下流體各參量和選擇流量計的適應性。但也會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。
(1)流體的溫度和壓力
        仔細的分析流量計內流體的工作壓力和溫度,尤其是測量氣體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于流體的溫度和壓力。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時要確認其體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。
(2)流體的密度
        對于液體,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。在氣體應用場合,流量計的范圍度和線性度,取決于氣體密度,,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公認的參比值,這種方法在石油儲運方面應用普遍。低密度氣體對某些測量方法,特別是利用氣體動量推動檢測傳感器的儀表(比如渦輪流量計)會比較困難。
(3)粘度
        各種液體之間粘度差別很大,且因溫度變化有顯著變化。而氣體則不同,各種氣體之間粘度差別較小,其值一般較低。且不會因溫度和壓力變化而有顯著變化。因為液體的粘度比氣體高得多。比如在20℃和100kPa下,水的動力粘度為 Pa·s,而空氣的動力粘度則為 Pa·s,所以液體一定要考慮粘度的影響,而氣體的粘度就不如液體那樣重要。
        粘度對各類流量計的影響程度不一樣,比如,對于電磁流量計、超聲流量計和科里奧利式質量流量計的流量值是在很寬粘度范圍內,可以認為不受液體粘度的影響;容積式流量計的誤差特性和粘度有關,可能會略受影響;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參變量進行描述的,而管道雷諾數是流體粘度、密度以及管道流速的函數。因此,粘度對儀表特性還是有影響的。
粘度也是判別牛頓流體或非牛頓流體的一個參數,大多數流量測量方法和流量計僅適用于牛頓流體。所有氣體都是牛頓流體。大多數液體以及含有少量球形微粒的液體也是牛頓流體。只適用于牛頓流體的測量方法和流量計,如果應用于非牛頓流體時將給測量帶來影響。所以,牛頓流體是流體流量測量正常使用的重要條件。
        粘度對不同類型的流量計范圍度的影響趨勢各異,一般容積式流量計粘度增加,范圍度擴大。而渦輪流量計和渦街流量計則相反,粘度增加,范圍度縮小。因此,在評估流量計的適應性時,應該要掌握液體的溫度—粘度特性。
某些非牛頓流體(如鉆井泥漿、紙漿、巧克力、油漆)性質的液體,它們的流動狀態復雜,不易判斷其屬性,當選擇流量計時必須謹慎。
 
(4)化學腐蝕和結垢
① 化學腐蝕問題
        流體的化學腐蝕問題有時會成為我們選擇測量方法和使用流量計的決定因素。比如,某些流體會使流量計接觸零件腐蝕,表面結垢或積淀析出晶體,金屬零件表面產生電解化學作用,這些現象的產生會降低流量計的性能和使用壽命。因此,為了解決化學腐蝕和結垢問題,制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制造,金屬浮子流量計內襯耐腐蝕的工程塑料。但是對于結構較復雜的流量計,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進行測量了。有一些流量計是從原理結構上就具有耐腐蝕性或易于作耐腐蝕的措施。超聲流量計的換能器探頭安裝在管道外壁不與被測流體接觸,本質上就是防腐蝕的。電磁流量計只有測量管襯里和一對形狀簡單的電極與液體接觸,近年有些設計將電極也不與液體接觸,也是一種防腐蝕的措施。
 ② 結垢
        由于流量計腔體和流量傳感器上結垢或析出結晶會減少流量計內活動部件的間隙,降低流量計內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面,會使流量計無法工作。所以有些流量計常采用在流量傳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壁粗糙度,而粗糙度會影響流體的流速分布,因此,建議使用者應注意這個問題,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因流量計的類型而不同。下面以超聲流量計和電磁流量計為例來說明由于管道結垢影響的結果,比如,內徑為50mm的管道,內壁結垢或沉積0.1~0.2mm,會使測量管道面積縮小0.4%~0.6%,所產生的誤差對于0.5~1.0級的流量計將是不容忽視的偏差。
(5)壓縮系數
        氣體壓縮系數z為一定質量的氣體,在相同溫度、壓力下,其實際比體積與“理想比體積”之比。一般地說,對于理想氣體z=0;實際氣體z可能大于1或小于1。z偏離1的數值大小表示實際氣體偏于理想氣體的程度。氣體壓縮系數z值取決于種類或組分、溫度、壓力。因此,氣體測量一定要通過壓縮系數求取工作狀態下的流體密度。如果組分固定的流體通過溫度、壓力和壓縮系數計算密度。如果流體為多組分(比如對天然氣的計量)并工作在接近(或在)超臨界區,就需要配備在線密度計在線對密度進行測量。
 
三、流量計選型之流量計的安裝
1、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、下游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生一定的誤差,比如,科里奧利質量流量計,由于安裝應力的影響會給使用帶來很大的誤差。追溯流量計在使用中出現問題,可能未必都是因為流量計本身的問題,很多狀況是由于安裝不善所致。一般常見的問題有下面幾種:
        ① 把差壓式流量計孔板的進口面反裝;
        ② 流量傳感器安裝在流速分布剖面不良的場所;
        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 流量計或電信號傳輸線置于強電磁場下;
        ⑦ 將易受振動干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。
 
2、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,主要從下面幾方面考慮,比如流量計的安裝方向、流體的流動方向、上、下游管道的配置、 閥門位置、防護性配件、脈動流影響、振動,電氣干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,由于流量計的安裝方向一般分為垂直安裝方式和水平安裝方式,對于這兩種安裝方式在流量測量性能上是有差別的。比如,流體垂直向下流動會使流量計傳感器帶來額外力而影響流量計的性能,使流量計的線性度、重復性下降。流量計的安裝方向還取決于流體的物性,如水平管道可能沉淀固體顆粒,因此測量具有這種狀態的流量計最好安裝于垂直管道。
    ② 流體的流動方向
        這個問題與流量計的安裝方向比較相似,由于有的流量計規定只能在一個方向工作,反向流動會損壞流量計。使用類似流量計時還要考慮當發生無操作時可能會產生反向流動,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有些差異,應該按照制造廠規定的要求使用。
    ③ 流量計上游和下游直管段
        由于流量計會受到管路進口流動狀態的影響,管道配件也會引入流動擾動,流動擾動一般有旋渦和流速分布剖面畸變,旋渦存在普遍是由于有兩個或兩個以上空間(立體)彎管所引起的。流速剖面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游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,可能還要考慮上游管道配件組合的影響,因為它們可能產生不同的擾動源,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。比如像在單彎管后面緊接著部分開啟的閥。
流量計的下游也需要有一段直管段以減小下游流動影響。
對于容積式流量計和科里奧利質量流量計是不大會受不對稱流動剖面影響;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制旋渦在很小的范圍內。
氣穴和凝結是由于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。管道布置不良也會產生脈動。
 
④ 管徑和管道振動
        有些類型的流量計管徑范圍并不很寬,因此過大或過小會限制流量計品種的選擇。測量低流速或高流速的流量,可選擇與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范圍內。流量超過范圍,流速過低流量計誤差增加會無法工作,流速過高流量計誤差也可能增加,同時還會使流量傳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里奧利質量流量計敏感于機械振動,容易受管道振動干擾,應注意在流量計前后管道上作支撐設計。對于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制閥和隔離閥,為避免由于閥引起一些流速分布擾動和氣穴而影響流量計測量,一般控制閥應安裝在流量計的下游,控制閥安裝在流量計的下游還可以增加流量計背壓,便于減小流量計內部產生氣穴的可能性。
隔離閥安裝的目的是為了使流量計與管線的流體隔離以便于維修。上游閥應離流量計足夠距離,當流量計運行時,上游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游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要。
⑦ 電器連接和電磁干擾
        目前大部分流量測量系統,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流量計相配套。當流量計輸出電平較低,應使用與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裝置的干擾,使流量計輸出脈沖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,以降低電磁干擾和射頻干擾影響。
⑧ 脈動流和非定常流
        前面已經講過對于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。最常見的產生脈動源有定排量泵、往復式壓縮機、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產生脈動流誤差。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特例。比如因尺寸過大的控制閥運行所產生的緩慢脈動。
流量計可分別處理流量傳感器和二次顯示儀表所受脈動影響。將流量傳感器安裝在遠離脈動源的地方,也可在管道系統中安裝沖氣式緩沖器(用于液體)或阻流器(用于氣體)等低通濾波器以減低脈動程度。二次顯示儀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。
 
四、流量計選型之環境條件要求
在選流量計的過程中不應忽略周圍條件因素及有關變化,比如 環境溫度、濕度、安全性和電氣干擾等,
①    環境溫度
環境溫度變化會影響流量計的電子部分和流量傳感器部分。比如溫度變化會影響傳感器尺寸的變化、通過流量計殼體傳熱改變流體密度和粘度等。當環境溫度影響到顯示儀表電子元件時,將改變元件參數。應該將流量傳感器和二次顯示儀表安裝在不同的場所,像二次顯示儀表應安裝在控制室內,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。比如濕度高會加速大氣腐蝕和電解腐蝕并降低電氣絕緣,低濕度會感生靜電。環境溫度或介質溫度急劇變化會引起濕度方面的問題,如表面結露現象。
③ 安全性
應按照有關規范和標準選擇流量計,以適應用于爆炸性危險環境,按照防爆標準對現場進行要求。
④    電氣干擾
電力電纜、電機和電氣開關都會產生電磁干擾,如不采取有關措施,就會成為流量測量產生誤差的原因。
五、流量計選型之經濟方面的考慮
1、從經濟方面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測量系統經濟的影響。比如范圍度小的流量計比范圍度寬的流量計在相同測量范圍下,需要多臺流量計并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。雖然表面上看流量計費用少了,但是其他的費用則增加,計算起來并不合算。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
2、安裝費用
在購置流量計時,不僅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游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面考慮,比如還應包括運行所需的截止閥、過濾器等輔助費用等。
3、運行費用
流量計運行費用主要是工作時能量消耗,包括電動儀表內部電力消耗或氣動儀表的氣源耗能以及在測量過程中推動流體通過儀表所消耗的能量,亦即克服儀表因測量產生壓力損失的泵送能耗費等。比如差壓式流量計產生的差壓,很大一部分不可恢復、容積式流量計和渦輪流量計也具有相當阻力。只有全通道、無阻礙的電磁流量計和超聲流量計基本此費用為零、插入式流量計由于用于大管徑阻塞比小,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年泵送能耗費與流量計購置費相當,如果換用電磁流量計,其購置費亦僅相當于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,供水工程應用傳統的差壓式流量計極少用孔板而采用低壓損的文丘里管,現在則更新為電磁流量計和超聲流量計。
泵送能耗費用計算見下列各式:
                      年泵送能耗費 =  元
      液體:                 k
      氣體:                   k
式中, ——動力損耗,k ,設泵(或壓縮機)組效率為80%;
       ——年工作小時數,h;
   ——電價,元 k / h;
       ——不可恢復壓力損失,Pa;
       ——液體流量,m /h;
       ——標準狀態氣體流量,m /min;
       ——液體相對密度;
       ——氣體溫度,K;
       ——氣體絕對壓力,Pa。
4、檢測費用
檢測費用應根據流量計的檢定周期決定。一般用于貿易結算的原油或成品油的檢測常在現場設置標準體積管對流量計進行在線檢定。
5、維護費用和備用件費用等
    維護費用為流量計投入使用后保持測量系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,尤其是從國外進口的流量計,有時常常會因易損備件的困難而替換整臺流量計。
六、流量計選型之測量方法和流量計的選擇
上幾節都是講的一般流量計的選型等問題,本節為例對測量漿液流量、大液體流量和蒸汽流量測量流量計的選擇。
1、漿液流量測量的選擇
    從流量計選型一覽表中可查得應用于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、科里奧利質量流量計等。根據目前國內流量計的使用狀況和各種流量計的測量性能來看,對測量漿液流量首選電磁流量計,除非所測量的漿液是非導電的或含有鐵磁性顆粒,以及測量管道系統不允許截斷以接入流量傳感器,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,認為還是電磁流量計最好。
差壓式流量計可用于測量漿液的差壓傳感器除彎管、楔型管還有環形管,固相較少時還可用圓缺孔板、偏心孔板,文丘里管也有用于測量的實例。
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。
渦街流量計只能測量含有少量粉狀固形物,固相含量較多或是纖維狀會產生噪聲而無法使用。
靶式流量計有用于含煤粉的重油或渣油等液流,是采用應變式靶式流量計。
科里奧利質量流量計在國外有應用于漿液的測量經驗,一般以其直管型測量管為宜,但國內應用經驗不多。
2、對于封閉管道液體大流量測量的選擇
這里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。由于管道輸送液體的流速有一定的范圍,低粘度液體常用的經濟流速為1~3m/s,因此,這里說的“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中小管徑流量計,DN300~ DN400以上的稱為大管徑流量計,DN1200以上的稱為特大管徑流量計。通常特大管徑液體流量測量主要為水,除了水以外還有石油產品。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感器。
如果允許切斷管流安裝流量傳感器,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,就只能選擇外夾裝換能器超聲流量計。
(2)測量準確度要求
對于貿易交接要求測量準確度高的、是不導電液體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,如果是導電液體還可選擇電磁流量計。
對于像控制配比,測量準確度要求低一些的可選擇差壓式文丘里管、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)比如較大的為差壓式文丘里管,容積式流量計和渦輪流量計。較小的為插入式流量計,沒有壓力損失的為電磁流量計。
 
3、蒸汽流量測量的選擇
蒸汽流量測量從測量技術上分為兩類,一類為過熱蒸汽和高干度(干度x=0.9以上)的飽和蒸汽,另一類為低干度飽和蒸汽。前一類可以作為單相流體處理,而后一類則為兩相流。由于目前所有的流量計只適用于單相流體,因此,低干度飽和蒸汽尚需進行深入的研究。
(1)過熱蒸汽和高干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表,為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成為一體式節流流量計,該節流流量計解決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,因為噴嘴和孔板相比較,噴嘴的流出系數穩定,不會因為邊緣銳角變鈍使流出系數發生變化,壓損也比孔板低,一般在同樣流量及 值時壓損約為孔板的30%~50%。
渦街流量計測量中溫,即200℃以下,應用于蒸汽應該說已經趨于成熟,是目前常用于蒸汽測量的一類流量計。但是一定要注意低干度介質將使其儀表系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部管理分配上應用還是可以的,因為使用比較便宜、簡潔,適應于中小流量蒸汽的測量。
對于靶式流量計,國內于上世紀70年代開發的電動、氣動靶式流量變送器,它是電動、氣動單元組合儀表的檢測儀表。由于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、杠桿機構可靠性、穩定性差等。因此原JJG 461-1986《靶式流量變送器》規程制定于1986年,已有25年之久。由于現在已基本不再生產和使用電動、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、力傳感器、信號處理單元組成。力傳感器為應變計式傳感器,信號處理顯示可以就地直讀顯示或輸出標準信號。力傳感器由筒式彈性體和力應變片組成,可以是內貼式和外貼式兩種。當彈性體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,產生與流量成平方關系的電信號。
其工作原理是在恒定截面直管段中設置一個與流束方向相垂直的靶板,流體沿靶板周圍通過時,靶板受到推力的作用,推力的大小與流體的動能和靶板的面積成正比。在一定的雷諾數范圍內,流過流量計的流量與靶板受到的力成正比。靶板所受的力由力傳感器檢出。
以圓形靶板為例,流量計算的基本公式為:
                         
                     
式中,  ——質量流量(kg/s);
        ——體積流量(m /s);
        ——流量系數(純數);
       ——流束的膨脹系數(純數)。對不可壓縮性流體 =1,對可壓縮性流體 <1;
       ——測量管內徑(m);
       ——靶徑(m);
       ——流體的密度(kg/m );
       ——靶受到的力(N)。
靶板受力經力轉換器轉變成電流信號(4~20)mA或氣壓信號(20~100kPa)輸出,輸出信號與流量的關系可根據上式確定。
由于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優越的使用前景,適應于中小流量蒸汽的測量。
(2)低干度飽和蒸汽的流量測量
一般的工業鍋爐產生的飽和蒸汽在出口處為高干度(0.95以上)的飽和蒸汽,但是在長距離輸送過程中,由于保溫不好或間歇用汽出現不平衡情況等許多因素使干度不斷下降,甚至成為含水量很高的濕蒸汽,即成為氣、水兩相流體。這兩相流體的流動特性與單相流是有著本質區別。在單相流中檢測的流量計儀表系數或流出系數是不能用于兩相流測量的。比如對孔板流量計進行的兩相流試驗中的流出系數必須進行干度修正。因此,在低干度飽和蒸汽的流量測量中,干度參數是必須測量的一個參數。遺憾的是目前還沒有成熟的干度計出現。另外其他各類流量計的儀表系數的干度修正都尚未進行深入研究。只有解決這個問題,才能測量低干度飽和蒸汽的流量。
 

1   流量計流體特性和工藝過程條件選型一覽表

流體特性和工藝過程條件

   

氣體

符號說明:

流體特性

液體工藝過程條件

  最適用

清潔

贓污

含顆粒纖維

腐蝕性漿

腐蝕性

粘性

非牛頓流體

液液混合

液氣混合

高溫

低溫

小流量

大流量

脈動流

一般

小流量

大流量

腐蝕性

高溫

蒸汽

 通常適用

◆在一定條件下適用

×  不適用

名稱

 

 

孔板

×

×

噴嘴

×

×

×

文丘里管

×

×

×

彎管

×

×

×

楔型管

×

×

×

×

×

×

×

×

均速管

×

×

×

×

×

×

×

浮子式

玻璃管

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

金屬錐管

×

×

×

×

×

×

×

×

容積式

橢圓齒輪

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

腰輪

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

刮板

×

×

×

×

 

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

膜式

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

渦輪式

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

電磁式

×

×

×

×

×

×

×

振蕩式

渦街

×

×

×

×

×

×

×

×

×

旋進旋渦

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

超聲式

多普勒法

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

傳播時間法

×

×

×

×

×

×

×

×

靶式

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

熱式

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

科式力質量式

×

×

×

×

×

×

×

×

插入式(渦輪)(渦街)(電磁)

×

×

×

×

×

×

                                                               

1、—:取決于測量頭的類型;2、用于贓污的孔板為圓缺孔板;3、用于粘性的孔板為四分之一圓孔板和錐型入口孔板。

 

 

 

 

 

2   流量計測量性能、安裝條件選型一覽表

 

符號說明:

測量性能

安裝條件

  最適用

準確度

最低雷諾數

范圍度

壓力損失

輸出特性

高準確度流量

適用性

高準確度總量適用性

公稱通徑范圍

mm

傳感器安裝方位和流動方向

上游直管段長度要求

 通常適用

◆在一定條件下適用

×  不適用

名稱

 

 

孔板

2×10

中~大

SR

×

501000

任意

短~長

噴嘴

1×10

小~中

SR

×

50500

任意

短~長

文丘里管

7.5×10

SR

×

501200

(1400)

任意

短~中

彎管

1×10

SR

×

×

25

任意

短~中

楔型管

中~低

5×10

SR

×

×

25300

任意

短~中

均速管

10

SR

×

×

25

任意

短~中

浮子式

玻璃錐管

低~中

10

L

×

×

1.5100

垂直從上到下

金屬錐管

10

L

×

10150

容積式

橢圓齒輪

中~高

10

L

×

  6250

水平或垂直

腰輪

中~高

10

L

×

15500

刮板

中~高

10

液大

氣小

L

×

25300

膜式

2.5×10

SR

×

15100

水平

渦輪式

中~高

10

低~中

L

10500

水平

短~中

電磁式

中~高

 

中~大

L

63000

任意

無~中

流體振蕩(旋渦)

渦街

無限制

小~大

小~中

L

×

50

任意

中~長

旋進旋渦

2×10

中~大

L

×

50150

任意

很短

超聲式

多普勒法

5×10

中~大

L

×

×

100

(25)

任意

短~長

傳播時間法

5×10

小~中

L

25

任意

短~中

靶式

低~中

2×10

L

×

15200

任意

短~中

熱式

10

 

×

×

430

任意

無~中

科式力質量式

無數據

中~大

-

很大

L

615

水平或

任意

插入式(渦輪)(渦街)(電磁)

無數據

取決于測量頭

L

×

×

100

取決于測量頭

中~長

                         

 

 

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