明礬流量計(jì)的流量測(cè)量方法選擇及選型的考慮因素
點(diǎn)擊次數(shù):1764 發(fā)布時(shí)間:2020-11-06 03:09:49
工業(yè)生產(chǎn)中會(huì)使用過(guò)大量的過(guò)程儀表,無(wú)論是表盤式的溫度計(jì),還是管式的液位計(jì),抑或是智能型的利用PCL模塊進(jìn)行數(shù)字處理的明礬流量計(jì)、超聲波流量計(jì)等,無(wú)一不需要根據(jù)具體的工況要求進(jìn)行配套選擇安裝,我們只有在選型階段有一個(gè)正確的方案,才能夠在設(shè)備投產(chǎn)以后能夠穩(wěn)定正確地輸出生產(chǎn)中需要的正確數(shù)據(jù),通過(guò)大量的服務(wù)電話咨詢統(tǒng)計(jì),由于前期選錯(cuò)誤而造成的數(shù)據(jù)出入過(guò)大,誤差值超出生產(chǎn)上的系統(tǒng)要求,或者儀表勉強(qiáng)使用卻大大的縮短工作壽命,增加生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)成本等情況比比皆是,因此我們說(shuō)前期的測(cè)量方法的選擇和過(guò)程儀表的正確選型是一個(gè)非常重要的事情,一點(diǎn)不能馬虎。流量測(cè)量方法和儀表種類繁多,其分類 方法亦多。按測(cè)量對(duì)象劃分就有封閉管道用和明渠用兩大類。按測(cè)量目的又可分為總量測(cè)量和流量測(cè)量,其儀表分別稱作總量表和流量計(jì)。按測(cè)量原理分為力學(xué)原 理、熱學(xué)原理、聲學(xué)原理、電學(xué)原理、原子物理學(xué)原理等。本文針對(duì)于在生產(chǎn)中普遍存在的一些要素進(jìn)行了歸納與總結(jié),在此分享給各位,希望對(duì)朋友們的工作有所幫助。凱銘儀表科技公司也真誠(chéng)的希望有需求的朋友與我們合作,我們將一如既往地為各位提供熱忱的服務(wù)。
1.考慮因素和選擇步驟
要正確和有效地選擇流量測(cè)量方法和儀表,必須熟悉被測(cè)對(duì)象流體特性和儀表兩方面的情況,還應(yīng)考慮如圖1所示雙框內(nèi)五個(gè)方面因素和選擇步驟。
1.1 確認(rèn)是否真正要求安裝流量?jī)x表
如果僅希望知道流體是否在管道中流動(dòng)或大約流量,那么選用流動(dòng)窺視窗(flow sight)或流動(dòng)指示器(flow indicator)就能以較低的費(fèi)用達(dá)到目的。
1.2 初選測(cè)量方法和儀表
確定必須安裝流量?jī)x表后,*先按照流體特性采取排除法在初選表上舍去不能和不宜采用的方法,然后選幾種測(cè)量方案,作為*二步深入考慮和分析。
1.3 分析各因素
按初選方案向儀表廠索取樣本、技術(shù)數(shù)據(jù)、選用手冊(cè)或使用說(shuō)明書(shū)等,充分了解儀表性能規(guī)范,再分別按五個(gè)方面的問(wèn)題逐一分析,列表比較。
2.6線性度
流量?jī)x表輸出有線性和非線性二種。大部分流量?jī)x表的非線性誤差不單獨(dú)列出,包含在基本誤差內(nèi)。對(duì)于寬流量范圍脈沖輸出用作總量積算的儀表,線性度是一個(gè)重要指標(biāo),使有可能用一個(gè)儀表常數(shù)。線性度差就要降低儀表精度。
作為管道流量配比,熱量計(jì)用溫度差和流量相乘,以及流量相加,應(yīng)選擇線性輸出儀表,以簡(jiǎn)化計(jì)算過(guò)程。
2.7上限流量的流量范圍
上限流量也稱溫度流量。應(yīng)按被測(cè)管道使用流量范圍和待選儀表 的上限流量和下限流量來(lái)選配儀表口徑,而不是簡(jiǎn)單地按管道通徑配用。雖然通常管道流體*大流速是按經(jīng)濟(jì)流速(例如水等低粘度液體為1.5~3m/s)來(lái)設(shè) 計(jì)的,而大部分流量?jī)x表上限流量流速接近或略高于管道經(jīng)濟(jì)流速,因此儀表選擇口徑與管徑相同的機(jī)會(huì)較多。
但對(duì)于生產(chǎn)能力分期增加的工程設(shè)計(jì),管網(wǎng)往往按全能力設(shè)計(jì),運(yùn)行初期物流量小,應(yīng)按流量安裝較小口徑儀表以相適應(yīng)。否則儀表運(yùn)行于下限流量附近所增加測(cè)量誤差的經(jīng)濟(jì)損失,可能大大地超過(guò)改裝儀表的費(fèi)用。
同一口徑不同類型儀表上限流量的流速受工作原理和結(jié)構(gòu)所約束,差別很大。以液體為例,玻璃碓管浮子流量計(jì)的上限流量 流速*低,為0.5~1.5m/s,容積式流量計(jì)為2.5~3.5m/s,渦街流量計(jì)較高為5.5~7m/s,明礬流量計(jì)*寬為1~7m/s(甚至 0.5~10m/s)。
液體的上限流量還需結(jié)合工作壓力一起考慮,不要使儀表產(chǎn)生氣穴現(xiàn)象。
有些儀表訂購(gòu)以后,其流量值不能改變,如容積式儀表和浮子流量計(jì)等;差壓式儀表孔板等一般設(shè)計(jì)確定后下限流量不能改變,但上限流量可以調(diào)整差壓變送器量程以相適應(yīng);有些儀表(如某些型號(hào)明礬流量計(jì)和超聲流量計(jì))可不經(jīng)實(shí)流校準(zhǔn),用戶自行設(shè)定新流量上限值就能使用。
2.8 范圍度(turn down)和(可調(diào))上限范圍度(rangeability)
“turn down”和“rangeability”是ISO11631新分立的兩個(gè)術(shù)語(yǔ)[1],原來(lái)此兩詞是同義的。
范圍度(turn down)定義為“在規(guī)定的精確度等級(jí)內(nèi)*大量程對(duì)*小量程之比”,以前習(xí)稱量程比。其值愈大流量范圍愈寬,上限范圍度(rangeabilify)定義 為“*大上限值與*小上限值的比值”。線性儀表有較大范圍度,一般為10:1,非線性儀表則較小,通常僅3:1。一般過(guò)程控制和貿(mào)易計(jì)量范圍度窄可滿足要 求,但亦有貿(mào)易計(jì)量要求寬范圍度的,如食堂炊用蒸汽供應(yīng)量,自來(lái)水廠冬夏供水量等。近年對(duì)范圍度窄的流量計(jì)如差壓式流量計(jì)采取許多新技術(shù)使其范圍度拓寬, 但儀表價(jià)格相應(yīng)增高較多,在采用時(shí)需權(quán)衡之。對(duì)于像明礬流量計(jì)甚至用戶可自行調(diào)整流量上限值,上限可調(diào)比(*大上限值和*小上限值之比)可達(dá)10,再乘上 所設(shè)定上限值20:1的范圍度,一臺(tái)儀表擴(kuò)展意義的范圍度(即考慮上限可調(diào)比)可達(dá)(50~200):1,還有些型號(hào)儀表具有自動(dòng)切換流量上限值功能。
有些制造廠為顯示其范圍度寬,不適當(dāng)?shù)匕焉舷蘖髁刻岬煤芨?,液體流速高達(dá)7~10m/s,氣體為50~75m/s,實(shí)際上這么高流速一般是用不上的。不要為這樣寬的范圍度所迷惑,范圍度寬是要使下限流量的流速更低些才好。
2.9壓力損失
除無(wú)阻礙流量傳感器(電磁式、超聲式)外,大部分流量傳感器在儀表表體內(nèi)有固定或活動(dòng)部件,流體流經(jīng)這些阻力件將產(chǎn) 生不可恢復(fù)壓力損失,其值有時(shí)高達(dá)數(shù)十千帕,壓損大可能限制管道的流通能力,因此有些測(cè)量對(duì)象提出壓力損失的*大允許值,它是儀表選型的一個(gè)限制條件。對(duì) 于大口徑流量計(jì)壓力損失造成的附加能耗可能相當(dāng)可觀,寧可選擇壓損小價(jià)格貴的流量計(jì)而不采用價(jià)廉壓損大的流量計(jì)。對(duì)于高蒸汽壓的液體(如某些碳?xì)湟后w)大 壓損使流量計(jì)下游壓力降至蒸汽壓會(huì)產(chǎn)生氣穴現(xiàn)象,它使測(cè)量誤差大幅增加甚至損壞儀表部件。
2.10輸出信號(hào)特性
流量計(jì)的信號(hào)輸出顯示有幾種:(1)流量(體積流量或質(zhì)量流量)(2)總量(3)平均流速(4)點(diǎn)流速。亦可分為模擬量(電流或電壓)和脈沖量。模擬量輸出適合于過(guò)程控制,與調(diào)節(jié)閥接配,但較易受干擾;脈沖量適用于總量和高精度測(cè)量,長(zhǎng)距信號(hào)傳輸不受干擾
2.11 響應(yīng)時(shí)間
應(yīng)用于脈動(dòng)流場(chǎng)所應(yīng)注意儀表對(duì)流動(dòng)階躍變化的響應(yīng)。有些使用場(chǎng)所要求儀表輸出跟隨流動(dòng)變化,而另一些為獲得綜合平均 值要求有較慢響應(yīng)的輸出。瞬態(tài)響應(yīng)(transient response)常以時(shí)間常數(shù)幾毫秒到幾秒,或響應(yīng)頻率數(shù)百赫等以下表示。配用顯示儀表可能要相當(dāng)大地延長(zhǎng)響應(yīng)時(shí)間。有人認(rèn)為儀表流量增加和流量減小的 動(dòng)態(tài)響應(yīng)不對(duì)稱,會(huì)急劇增加測(cè)量誤差。
3. 流體特性方面的考慮。
3.1 流體溫度和壓力
必須界定流體的工作溫度和壓力,特別在測(cè)量氣體時(shí)溫度壓力造成過(guò)大的密度變化,可能要改變所選擇的測(cè)量方法。如溫度或壓力變化造成較大流動(dòng)特性變化而影響測(cè)量性能時(shí),要作溫度和(或)壓力修正。
3.2 密度
大部分液體應(yīng)用場(chǎng)合,液體密度相對(duì)穩(wěn)定,除非密度發(fā)生較大變化,一般不需要修正。
在氣體應(yīng)用場(chǎng)合,某些儀表的范圍度和線性度取決于密度。低密度氣體對(duì)某些測(cè)量方法,例如利用氣體動(dòng)量推動(dòng)檢測(cè)元件(如渦輪)工作的儀表呈現(xiàn)困難。
3.3 粘度和潤(rùn)滑性
有些儀表性能隨著雷諾數(shù)而變,而雷諾數(shù)又與粘度有關(guān)。在評(píng)估儀表適應(yīng)性時(shí),要掌握液體的溫度-粘度特性。氣體與液體不同,其粘度不會(huì)因溫度和壓力變化而顯著地變化,其值一般較低,除氫氣外各種氣體粘度差別較小。因此確切的氣體粘度并不像液體那樣重要。
粘度對(duì)不同類型流量?jī)x表范圍度影響趨勢(shì)各異,例如對(duì)大部分容積式儀表粘度增加范圍度增大,渦輪式和渦街式則相反,粘度增加范圍度縮小。
潤(rùn)滑性是不易評(píng)價(jià)的物性。潤(rùn)滑性對(duì)有活動(dòng)測(cè)量元件的儀表非常重要,潤(rùn)滑性差會(huì)縮短軸承壽命,軸承工況又影響儀表運(yùn)行性能和范圍度。
3.4 化學(xué)腐蝕和結(jié)垢
流體的化學(xué)性有時(shí)成為選擇測(cè)量方法和儀表的決定因素。流體腐蝕儀表接觸件,表面結(jié)垢或析出結(jié)晶,均將降低使用性能和壽命。儀表制造廠為此常提供變型產(chǎn)品,例如開(kāi)發(fā)防腐型、加保溫套防止析出結(jié)晶,裝置除垢器等防范措施。
3.5 壓縮系數(shù)和其它參量
測(cè)量氣體需要知道壓縮系數(shù),按工況下壓力溫度求取密度。若氣體成分變動(dòng)或工作接近超臨界區(qū),則只能在線測(cè)量密度。
某些測(cè)量方法要考慮流體特性參量,如熱式流量計(jì)的熱傳導(dǎo)和比熱容,明礬流量計(jì)的液體電導(dǎo)率
3.6 多相和多組分流
測(cè)量多相和多組分流動(dòng)應(yīng)十分謹(jǐn)慎對(duì)待。經(jīng)驗(yàn)表明,單相通用流量?jī)x表用于多組分或多相流體,測(cè)量性能會(huì)改變(或大幅度改變)。
單工質(zhì)流體有時(shí)也會(huì)呈現(xiàn)雙相,例如濕蒸汽中水微粒隨著蒸汽流動(dòng),環(huán)境溫度或介質(zhì)壓力偏離原定狀態(tài),儀表就可能不適應(yīng)。
測(cè)量?jī)煞N或兩種以上不相溶液體匯流混合液流量時(shí),應(yīng)注意存在流速不均勻,使流動(dòng)成為分層或塊狀流等帶來(lái)的問(wèn)題。
測(cè)量液固雙相流時(shí)要了解固相含量、粒子大小和固體性質(zhì)以及流動(dòng)狀況(懸浮流、管底流、動(dòng)床流還是淤積流?)。測(cè)量氣液雙相流時(shí)盡可能采用分離后分相測(cè)量,以保證獲得*小測(cè)量不確定度,然而對(duì)有些場(chǎng)合這種方法不切實(shí)可行或不符合要求。
4 安裝方面的考慮
不同原理的測(cè)量方法對(duì)安裝要求差異很大。例如上游直管段長(zhǎng)度,差壓式和渦街式需要較長(zhǎng),而容積式浮子式無(wú)要求或要求很低。
(1)管道布置和儀表安裝方向
有些儀表水平安裝或垂直安裝在測(cè)量性能會(huì)有差別。儀表安裝有時(shí)還取決于流體物性,如漿液在水平位置可能沉淀固體顆粒。
(2)流動(dòng)方向
有些流量?jī)x表只能單向工作,反向流動(dòng)會(huì)損壞儀表。使用這類儀表應(yīng)注意在誤操作條件下是否可能產(chǎn)生反向流,必要時(shí)裝逆止閥保護(hù)之。能雙向工作的儀表,正向和反向之間測(cè)量性能亦可能有些差異。
(3)上游和下游管道工程
大部分流量?jī)x表或多或少受進(jìn)口流動(dòng)狀況的影響,必須保證有良好流動(dòng)狀況。上游管道布置和阻流件會(huì)引入流動(dòng)擾動(dòng),例如二個(gè)(或二個(gè)以上)空間彎管引起漩渦,閥門等局部阻流件引起流速分布畸變。這些影響能夠以適當(dāng)長(zhǎng)度上游直管或安裝流動(dòng)調(diào)整器予以改善。
除考慮緊接儀表前的管配件外,還應(yīng)注意更往上游若干管道配件的組合,因?yàn)樗鼈兛赡苁钱a(chǎn)生與*接近配件擾動(dòng)不同的擾動(dòng) 源。盡可能拉開(kāi)各擾動(dòng)產(chǎn)生件的距離以減少影響,不要靠近連接在一起,象常??吹絾螐澒芎缶o接部分開(kāi)啟的閥。儀表下游也要有一小段直管以減小影響。 氣穴和凝結(jié)常是不良管道布置所引起的,應(yīng)避免管道直徑上或方向上的急劇改變。管道布置不良還會(huì)產(chǎn)生脈動(dòng)。
(4)管徑
有些儀表的口徑范圍并不很寬,限制了儀表的選用。測(cè)量大管徑、低流速,或小管徑、高流速,可選用與管徑尺寸不同口徑的儀表,并以異徑管連接,使儀表運(yùn)行流速在規(guī)定范圍內(nèi)。
(5) 維護(hù)空間
維護(hù)空間的重要性常被忽視。一般來(lái)說(shuō),人們應(yīng)能進(jìn)入到儀表周圍,易于維修和能有調(diào)換整機(jī)的位置。
(6)管道振動(dòng)
有些儀表(如壓電檢測(cè)信號(hào)的渦街式、科里奧利質(zhì)量式)易受振動(dòng)干擾,應(yīng)考慮儀表前后管道作支撐等設(shè)計(jì)。脈動(dòng)緩沖器雖可清除或減小泵或壓縮機(jī)的影響,然而所有儀表還是盡可能遠(yuǎn)離振動(dòng)或振動(dòng)源為好。 (7)閥門位置
控制閥應(yīng)裝在流量?jī)x表下游,避免其所產(chǎn)生氣穴和流速分布畸變影響,裝在下游還可增加背壓,減少產(chǎn)生氣穴的可能性。
(8)電氣連接和電磁干擾
電氣連接應(yīng)有抗雜散電平干擾的能力。制造廠一般提供連接電纜或提出型號(hào)和建議連接方法。信號(hào)電纜應(yīng)盡可能遠(yuǎn)離電力電纜和電力源,將電磁干擾和射頻干擾降至*低水平。
(9)防護(hù)性配件
有些流量?jī)x表需要安裝保證儀表正常運(yùn)行的防護(hù)設(shè)施。例如:跟蹤加熱以防止管線內(nèi)液體凝結(jié)或測(cè)氣體時(shí)出現(xiàn)冷凝;液體管道出現(xiàn)非滿管流的檢測(cè)報(bào)警;容積式和渦輪式儀表在其上游裝過(guò)濾器,等等。
(10)脈動(dòng)流和非定常流
常見(jiàn)產(chǎn)生脈動(dòng)的源有定排量泵、往復(fù)式壓縮機(jī)、振蕩著的閥或調(diào)節(jié)器等。大部分流量?jī)x表來(lái)不及跟隨記錄脈動(dòng)流動(dòng),帶來(lái)測(cè)量誤差,應(yīng)盡量避開(kāi)。使用時(shí)應(yīng)重視并分別處置檢測(cè)儀表和顯示儀表,檢測(cè)儀表方面在管線中裝充氣式緩沖器(用于液體)或阻流器(用于氣體)。
5 環(huán)境條件方面的考慮
(1)環(huán)境溫度
環(huán)境溫度超過(guò)規(guī)定要影響儀表電子元件而改變測(cè)量性能,因此某些現(xiàn)場(chǎng)儀表需要有環(huán)境受控的外罩;如果環(huán)境溫度變化要影響流動(dòng)特性,管道需包上絕熱層。此外在環(huán)境或介質(zhì)溫度急劇變化的場(chǎng)合,要充分估計(jì)儀表結(jié)構(gòu)材料或連接管道布置所受的影響。
(2)環(huán)境濕度
高濕度會(huì)加速儀表的大氣腐蝕和電解腐蝕,降低電氣絕緣;低濕度容易感生靜電。
(3)安全性
應(yīng)用于爆炸性危險(xiǎn)環(huán)境,按照氣氛適應(yīng)性、爆炸性混合物分級(jí)分組、防護(hù)電氣設(shè)備類型以及其他安全規(guī)則或標(biāo)準(zhǔn)選擇儀表。 若有化學(xué)侵蝕性氣體,儀表外殼應(yīng)具有防腐性和氣密性。某些流程工業(yè)要定期水沖洗整個(gè)裝置,因此要求儀表外殼防水,需用塵密防噴水級(jí)IP65,甚至塵密防強(qiáng) 噴水級(jí)IP66或塵密防侵水級(jí)IP67。
(4)電磁干擾環(huán)境
應(yīng)注意電磁干擾環(huán)境以及各種干擾源,如:大功率電機(jī)、開(kāi)關(guān)裝置、繼電器、電焊機(jī)、廣播和電視發(fā)射機(jī)等。
6 經(jīng)濟(jì)方面的考慮
經(jīng)濟(jì)方面只考慮儀表購(gòu)置費(fèi)是不全面的,還應(yīng)調(diào)查其它費(fèi)用,如附件購(gòu)置費(fèi)、安裝費(fèi)、維護(hù)和流量校準(zhǔn)費(fèi)、運(yùn)行費(fèi)和備件費(fèi)等。此外,應(yīng)用于商貿(mào)核算和儲(chǔ)存交接還應(yīng)評(píng)估測(cè)量誤差造成經(jīng)濟(jì)上的損失。
(1)安裝費(fèi)用
安裝費(fèi)應(yīng)包括作定期維護(hù)所需旁路管和運(yùn)行截止閥等輔助件的費(fèi)用。 (2)運(yùn)行費(fèi)用
流量?jī)x表運(yùn)行費(fèi)用主要是工作時(shí)能量消耗,包括電動(dòng)儀表電力消耗或氣動(dòng)儀表的氣源耗能(現(xiàn)代儀表的功率*小,僅有幾w到幾十w);以及測(cè)量過(guò)程中推動(dòng)流體通過(guò)儀表所消耗的能量,亦即克服儀表因測(cè)量產(chǎn)生壓力損失的泵送能耗費(fèi)。泵送費(fèi)用是一個(gè)隱蔽性費(fèi)用,往往被忽視。
現(xiàn)舉一選用失誤案例。70年代國(guó)外設(shè)計(jì)承建的某石化成套裝置中管徑為1200mm的冷卻水流量控制系統(tǒng),用孔板作流 量檢測(cè)件,壓力損失較大,一年的泵送能耗費(fèi)購(gòu)置一臺(tái)明礬流量計(jì)足足有余[2]。承包方為節(jié)省投資而由用戶長(zhǎng)期負(fù)擔(dān)高昂的運(yùn)行費(fèi)。一般認(rèn)為口徑超過(guò) 500mm盡可能選電磁式和超聲式等無(wú)壓損儀表。
(3)校準(zhǔn)費(fèi)用
定期校準(zhǔn)費(fèi)用取決于校準(zhǔn)頻度和所校準(zhǔn)儀表精度的要求。為了經(jīng)常在線校準(zhǔn)石油制品儲(chǔ)存交接貿(mào)易結(jié)算用儀表,常在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)體積管式流量標(biāo)準(zhǔn)裝置。
(4)維護(hù)費(fèi)用
維護(hù)費(fèi)用是儀表投入運(yùn)行后保持測(cè)量系統(tǒng)正常工作所需費(fèi)用,主要包括維護(hù)勞務(wù)和備用件費(fèi)用。
1.考慮因素和選擇步驟
要正確和有效地選擇流量測(cè)量方法和儀表,必須熟悉被測(cè)對(duì)象流體特性和儀表兩方面的情況,還應(yīng)考慮如圖1所示雙框內(nèi)五個(gè)方面因素和選擇步驟。
1.1 確認(rèn)是否真正要求安裝流量?jī)x表
如果僅希望知道流體是否在管道中流動(dòng)或大約流量,那么選用流動(dòng)窺視窗(flow sight)或流動(dòng)指示器(flow indicator)就能以較低的費(fèi)用達(dá)到目的。
1.2 初選測(cè)量方法和儀表
確定必須安裝流量?jī)x表后,*先按照流體特性采取排除法在初選表上舍去不能和不宜采用的方法,然后選幾種測(cè)量方案,作為*二步深入考慮和分析。
1.3 分析各因素
按初選方案向儀表廠索取樣本、技術(shù)數(shù)據(jù)、選用手冊(cè)或使用說(shuō)明書(shū)等,充分了解儀表性能規(guī)范,再分別按五個(gè)方面的問(wèn)題逐一分析,列表比較。
2.6線性度
流量?jī)x表輸出有線性和非線性二種。大部分流量?jī)x表的非線性誤差不單獨(dú)列出,包含在基本誤差內(nèi)。對(duì)于寬流量范圍脈沖輸出用作總量積算的儀表,線性度是一個(gè)重要指標(biāo),使有可能用一個(gè)儀表常數(shù)。線性度差就要降低儀表精度。
作為管道流量配比,熱量計(jì)用溫度差和流量相乘,以及流量相加,應(yīng)選擇線性輸出儀表,以簡(jiǎn)化計(jì)算過(guò)程。
2.7上限流量的流量范圍
上限流量也稱溫度流量。應(yīng)按被測(cè)管道使用流量范圍和待選儀表 的上限流量和下限流量來(lái)選配儀表口徑,而不是簡(jiǎn)單地按管道通徑配用。雖然通常管道流體*大流速是按經(jīng)濟(jì)流速(例如水等低粘度液體為1.5~3m/s)來(lái)設(shè) 計(jì)的,而大部分流量?jī)x表上限流量流速接近或略高于管道經(jīng)濟(jì)流速,因此儀表選擇口徑與管徑相同的機(jī)會(huì)較多。
但對(duì)于生產(chǎn)能力分期增加的工程設(shè)計(jì),管網(wǎng)往往按全能力設(shè)計(jì),運(yùn)行初期物流量小,應(yīng)按流量安裝較小口徑儀表以相適應(yīng)。否則儀表運(yùn)行于下限流量附近所增加測(cè)量誤差的經(jīng)濟(jì)損失,可能大大地超過(guò)改裝儀表的費(fèi)用。
同一口徑不同類型儀表上限流量的流速受工作原理和結(jié)構(gòu)所約束,差別很大。以液體為例,玻璃碓管浮子流量計(jì)的上限流量 流速*低,為0.5~1.5m/s,容積式流量計(jì)為2.5~3.5m/s,渦街流量計(jì)較高為5.5~7m/s,明礬流量計(jì)*寬為1~7m/s(甚至 0.5~10m/s)。
液體的上限流量還需結(jié)合工作壓力一起考慮,不要使儀表產(chǎn)生氣穴現(xiàn)象。
有些儀表訂購(gòu)以后,其流量值不能改變,如容積式儀表和浮子流量計(jì)等;差壓式儀表孔板等一般設(shè)計(jì)確定后下限流量不能改變,但上限流量可以調(diào)整差壓變送器量程以相適應(yīng);有些儀表(如某些型號(hào)明礬流量計(jì)和超聲流量計(jì))可不經(jīng)實(shí)流校準(zhǔn),用戶自行設(shè)定新流量上限值就能使用。
2.8 范圍度(turn down)和(可調(diào))上限范圍度(rangeability)
“turn down”和“rangeability”是ISO11631新分立的兩個(gè)術(shù)語(yǔ)[1],原來(lái)此兩詞是同義的。
范圍度(turn down)定義為“在規(guī)定的精確度等級(jí)內(nèi)*大量程對(duì)*小量程之比”,以前習(xí)稱量程比。其值愈大流量范圍愈寬,上限范圍度(rangeabilify)定義 為“*大上限值與*小上限值的比值”。線性儀表有較大范圍度,一般為10:1,非線性儀表則較小,通常僅3:1。一般過(guò)程控制和貿(mào)易計(jì)量范圍度窄可滿足要 求,但亦有貿(mào)易計(jì)量要求寬范圍度的,如食堂炊用蒸汽供應(yīng)量,自來(lái)水廠冬夏供水量等。近年對(duì)范圍度窄的流量計(jì)如差壓式流量計(jì)采取許多新技術(shù)使其范圍度拓寬, 但儀表價(jià)格相應(yīng)增高較多,在采用時(shí)需權(quán)衡之。對(duì)于像明礬流量計(jì)甚至用戶可自行調(diào)整流量上限值,上限可調(diào)比(*大上限值和*小上限值之比)可達(dá)10,再乘上 所設(shè)定上限值20:1的范圍度,一臺(tái)儀表擴(kuò)展意義的范圍度(即考慮上限可調(diào)比)可達(dá)(50~200):1,還有些型號(hào)儀表具有自動(dòng)切換流量上限值功能。
有些制造廠為顯示其范圍度寬,不適當(dāng)?shù)匕焉舷蘖髁刻岬煤芨?,液體流速高達(dá)7~10m/s,氣體為50~75m/s,實(shí)際上這么高流速一般是用不上的。不要為這樣寬的范圍度所迷惑,范圍度寬是要使下限流量的流速更低些才好。
2.9壓力損失
除無(wú)阻礙流量傳感器(電磁式、超聲式)外,大部分流量傳感器在儀表表體內(nèi)有固定或活動(dòng)部件,流體流經(jīng)這些阻力件將產(chǎn) 生不可恢復(fù)壓力損失,其值有時(shí)高達(dá)數(shù)十千帕,壓損大可能限制管道的流通能力,因此有些測(cè)量對(duì)象提出壓力損失的*大允許值,它是儀表選型的一個(gè)限制條件。對(duì) 于大口徑流量計(jì)壓力損失造成的附加能耗可能相當(dāng)可觀,寧可選擇壓損小價(jià)格貴的流量計(jì)而不采用價(jià)廉壓損大的流量計(jì)。對(duì)于高蒸汽壓的液體(如某些碳?xì)湟后w)大 壓損使流量計(jì)下游壓力降至蒸汽壓會(huì)產(chǎn)生氣穴現(xiàn)象,它使測(cè)量誤差大幅增加甚至損壞儀表部件。
2.10輸出信號(hào)特性
流量計(jì)的信號(hào)輸出顯示有幾種:(1)流量(體積流量或質(zhì)量流量)(2)總量(3)平均流速(4)點(diǎn)流速。亦可分為模擬量(電流或電壓)和脈沖量。模擬量輸出適合于過(guò)程控制,與調(diào)節(jié)閥接配,但較易受干擾;脈沖量適用于總量和高精度測(cè)量,長(zhǎng)距信號(hào)傳輸不受干擾
2.11 響應(yīng)時(shí)間
應(yīng)用于脈動(dòng)流場(chǎng)所應(yīng)注意儀表對(duì)流動(dòng)階躍變化的響應(yīng)。有些使用場(chǎng)所要求儀表輸出跟隨流動(dòng)變化,而另一些為獲得綜合平均 值要求有較慢響應(yīng)的輸出。瞬態(tài)響應(yīng)(transient response)常以時(shí)間常數(shù)幾毫秒到幾秒,或響應(yīng)頻率數(shù)百赫等以下表示。配用顯示儀表可能要相當(dāng)大地延長(zhǎng)響應(yīng)時(shí)間。有人認(rèn)為儀表流量增加和流量減小的 動(dòng)態(tài)響應(yīng)不對(duì)稱,會(huì)急劇增加測(cè)量誤差。
3. 流體特性方面的考慮。
3.1 流體溫度和壓力
必須界定流體的工作溫度和壓力,特別在測(cè)量氣體時(shí)溫度壓力造成過(guò)大的密度變化,可能要改變所選擇的測(cè)量方法。如溫度或壓力變化造成較大流動(dòng)特性變化而影響測(cè)量性能時(shí),要作溫度和(或)壓力修正。
3.2 密度
大部分液體應(yīng)用場(chǎng)合,液體密度相對(duì)穩(wěn)定,除非密度發(fā)生較大變化,一般不需要修正。
在氣體應(yīng)用場(chǎng)合,某些儀表的范圍度和線性度取決于密度。低密度氣體對(duì)某些測(cè)量方法,例如利用氣體動(dòng)量推動(dòng)檢測(cè)元件(如渦輪)工作的儀表呈現(xiàn)困難。
3.3 粘度和潤(rùn)滑性
有些儀表性能隨著雷諾數(shù)而變,而雷諾數(shù)又與粘度有關(guān)。在評(píng)估儀表適應(yīng)性時(shí),要掌握液體的溫度-粘度特性。氣體與液體不同,其粘度不會(huì)因溫度和壓力變化而顯著地變化,其值一般較低,除氫氣外各種氣體粘度差別較小。因此確切的氣體粘度并不像液體那樣重要。
粘度對(duì)不同類型流量?jī)x表范圍度影響趨勢(shì)各異,例如對(duì)大部分容積式儀表粘度增加范圍度增大,渦輪式和渦街式則相反,粘度增加范圍度縮小。
潤(rùn)滑性是不易評(píng)價(jià)的物性。潤(rùn)滑性對(duì)有活動(dòng)測(cè)量元件的儀表非常重要,潤(rùn)滑性差會(huì)縮短軸承壽命,軸承工況又影響儀表運(yùn)行性能和范圍度。
3.4 化學(xué)腐蝕和結(jié)垢
流體的化學(xué)性有時(shí)成為選擇測(cè)量方法和儀表的決定因素。流體腐蝕儀表接觸件,表面結(jié)垢或析出結(jié)晶,均將降低使用性能和壽命。儀表制造廠為此常提供變型產(chǎn)品,例如開(kāi)發(fā)防腐型、加保溫套防止析出結(jié)晶,裝置除垢器等防范措施。
3.5 壓縮系數(shù)和其它參量
測(cè)量氣體需要知道壓縮系數(shù),按工況下壓力溫度求取密度。若氣體成分變動(dòng)或工作接近超臨界區(qū),則只能在線測(cè)量密度。
某些測(cè)量方法要考慮流體特性參量,如熱式流量計(jì)的熱傳導(dǎo)和比熱容,明礬流量計(jì)的液體電導(dǎo)率
3.6 多相和多組分流
測(cè)量多相和多組分流動(dòng)應(yīng)十分謹(jǐn)慎對(duì)待。經(jīng)驗(yàn)表明,單相通用流量?jī)x表用于多組分或多相流體,測(cè)量性能會(huì)改變(或大幅度改變)。
單工質(zhì)流體有時(shí)也會(huì)呈現(xiàn)雙相,例如濕蒸汽中水微粒隨著蒸汽流動(dòng),環(huán)境溫度或介質(zhì)壓力偏離原定狀態(tài),儀表就可能不適應(yīng)。
測(cè)量?jī)煞N或兩種以上不相溶液體匯流混合液流量時(shí),應(yīng)注意存在流速不均勻,使流動(dòng)成為分層或塊狀流等帶來(lái)的問(wèn)題。
測(cè)量液固雙相流時(shí)要了解固相含量、粒子大小和固體性質(zhì)以及流動(dòng)狀況(懸浮流、管底流、動(dòng)床流還是淤積流?)。測(cè)量氣液雙相流時(shí)盡可能采用分離后分相測(cè)量,以保證獲得*小測(cè)量不確定度,然而對(duì)有些場(chǎng)合這種方法不切實(shí)可行或不符合要求。
4 安裝方面的考慮
不同原理的測(cè)量方法對(duì)安裝要求差異很大。例如上游直管段長(zhǎng)度,差壓式和渦街式需要較長(zhǎng),而容積式浮子式無(wú)要求或要求很低。
(1)管道布置和儀表安裝方向
有些儀表水平安裝或垂直安裝在測(cè)量性能會(huì)有差別。儀表安裝有時(shí)還取決于流體物性,如漿液在水平位置可能沉淀固體顆粒。
(2)流動(dòng)方向
有些流量?jī)x表只能單向工作,反向流動(dòng)會(huì)損壞儀表。使用這類儀表應(yīng)注意在誤操作條件下是否可能產(chǎn)生反向流,必要時(shí)裝逆止閥保護(hù)之。能雙向工作的儀表,正向和反向之間測(cè)量性能亦可能有些差異。
(3)上游和下游管道工程
大部分流量?jī)x表或多或少受進(jìn)口流動(dòng)狀況的影響,必須保證有良好流動(dòng)狀況。上游管道布置和阻流件會(huì)引入流動(dòng)擾動(dòng),例如二個(gè)(或二個(gè)以上)空間彎管引起漩渦,閥門等局部阻流件引起流速分布畸變。這些影響能夠以適當(dāng)長(zhǎng)度上游直管或安裝流動(dòng)調(diào)整器予以改善。
除考慮緊接儀表前的管配件外,還應(yīng)注意更往上游若干管道配件的組合,因?yàn)樗鼈兛赡苁钱a(chǎn)生與*接近配件擾動(dòng)不同的擾動(dòng) 源。盡可能拉開(kāi)各擾動(dòng)產(chǎn)生件的距離以減少影響,不要靠近連接在一起,象常??吹絾螐澒芎缶o接部分開(kāi)啟的閥。儀表下游也要有一小段直管以減小影響。 氣穴和凝結(jié)常是不良管道布置所引起的,應(yīng)避免管道直徑上或方向上的急劇改變。管道布置不良還會(huì)產(chǎn)生脈動(dòng)。
(4)管徑
有些儀表的口徑范圍并不很寬,限制了儀表的選用。測(cè)量大管徑、低流速,或小管徑、高流速,可選用與管徑尺寸不同口徑的儀表,并以異徑管連接,使儀表運(yùn)行流速在規(guī)定范圍內(nèi)。
(5) 維護(hù)空間
維護(hù)空間的重要性常被忽視。一般來(lái)說(shuō),人們應(yīng)能進(jìn)入到儀表周圍,易于維修和能有調(diào)換整機(jī)的位置。
(6)管道振動(dòng)
有些儀表(如壓電檢測(cè)信號(hào)的渦街式、科里奧利質(zhì)量式)易受振動(dòng)干擾,應(yīng)考慮儀表前后管道作支撐等設(shè)計(jì)。脈動(dòng)緩沖器雖可清除或減小泵或壓縮機(jī)的影響,然而所有儀表還是盡可能遠(yuǎn)離振動(dòng)或振動(dòng)源為好。 (7)閥門位置
控制閥應(yīng)裝在流量?jī)x表下游,避免其所產(chǎn)生氣穴和流速分布畸變影響,裝在下游還可增加背壓,減少產(chǎn)生氣穴的可能性。
(8)電氣連接和電磁干擾
電氣連接應(yīng)有抗雜散電平干擾的能力。制造廠一般提供連接電纜或提出型號(hào)和建議連接方法。信號(hào)電纜應(yīng)盡可能遠(yuǎn)離電力電纜和電力源,將電磁干擾和射頻干擾降至*低水平。
(9)防護(hù)性配件
有些流量?jī)x表需要安裝保證儀表正常運(yùn)行的防護(hù)設(shè)施。例如:跟蹤加熱以防止管線內(nèi)液體凝結(jié)或測(cè)氣體時(shí)出現(xiàn)冷凝;液體管道出現(xiàn)非滿管流的檢測(cè)報(bào)警;容積式和渦輪式儀表在其上游裝過(guò)濾器,等等。
(10)脈動(dòng)流和非定常流
常見(jiàn)產(chǎn)生脈動(dòng)的源有定排量泵、往復(fù)式壓縮機(jī)、振蕩著的閥或調(diào)節(jié)器等。大部分流量?jī)x表來(lái)不及跟隨記錄脈動(dòng)流動(dòng),帶來(lái)測(cè)量誤差,應(yīng)盡量避開(kāi)。使用時(shí)應(yīng)重視并分別處置檢測(cè)儀表和顯示儀表,檢測(cè)儀表方面在管線中裝充氣式緩沖器(用于液體)或阻流器(用于氣體)。
5 環(huán)境條件方面的考慮
(1)環(huán)境溫度
環(huán)境溫度超過(guò)規(guī)定要影響儀表電子元件而改變測(cè)量性能,因此某些現(xiàn)場(chǎng)儀表需要有環(huán)境受控的外罩;如果環(huán)境溫度變化要影響流動(dòng)特性,管道需包上絕熱層。此外在環(huán)境或介質(zhì)溫度急劇變化的場(chǎng)合,要充分估計(jì)儀表結(jié)構(gòu)材料或連接管道布置所受的影響。
(2)環(huán)境濕度
高濕度會(huì)加速儀表的大氣腐蝕和電解腐蝕,降低電氣絕緣;低濕度容易感生靜電。
(3)安全性
應(yīng)用于爆炸性危險(xiǎn)環(huán)境,按照氣氛適應(yīng)性、爆炸性混合物分級(jí)分組、防護(hù)電氣設(shè)備類型以及其他安全規(guī)則或標(biāo)準(zhǔn)選擇儀表。 若有化學(xué)侵蝕性氣體,儀表外殼應(yīng)具有防腐性和氣密性。某些流程工業(yè)要定期水沖洗整個(gè)裝置,因此要求儀表外殼防水,需用塵密防噴水級(jí)IP65,甚至塵密防強(qiáng) 噴水級(jí)IP66或塵密防侵水級(jí)IP67。
(4)電磁干擾環(huán)境
應(yīng)注意電磁干擾環(huán)境以及各種干擾源,如:大功率電機(jī)、開(kāi)關(guān)裝置、繼電器、電焊機(jī)、廣播和電視發(fā)射機(jī)等。
6 經(jīng)濟(jì)方面的考慮
經(jīng)濟(jì)方面只考慮儀表購(gòu)置費(fèi)是不全面的,還應(yīng)調(diào)查其它費(fèi)用,如附件購(gòu)置費(fèi)、安裝費(fèi)、維護(hù)和流量校準(zhǔn)費(fèi)、運(yùn)行費(fèi)和備件費(fèi)等。此外,應(yīng)用于商貿(mào)核算和儲(chǔ)存交接還應(yīng)評(píng)估測(cè)量誤差造成經(jīng)濟(jì)上的損失。
(1)安裝費(fèi)用
安裝費(fèi)應(yīng)包括作定期維護(hù)所需旁路管和運(yùn)行截止閥等輔助件的費(fèi)用。 (2)運(yùn)行費(fèi)用
流量?jī)x表運(yùn)行費(fèi)用主要是工作時(shí)能量消耗,包括電動(dòng)儀表電力消耗或氣動(dòng)儀表的氣源耗能(現(xiàn)代儀表的功率*小,僅有幾w到幾十w);以及測(cè)量過(guò)程中推動(dòng)流體通過(guò)儀表所消耗的能量,亦即克服儀表因測(cè)量產(chǎn)生壓力損失的泵送能耗費(fèi)。泵送費(fèi)用是一個(gè)隱蔽性費(fèi)用,往往被忽視。
現(xiàn)舉一選用失誤案例。70年代國(guó)外設(shè)計(jì)承建的某石化成套裝置中管徑為1200mm的冷卻水流量控制系統(tǒng),用孔板作流 量檢測(cè)件,壓力損失較大,一年的泵送能耗費(fèi)購(gòu)置一臺(tái)明礬流量計(jì)足足有余[2]。承包方為節(jié)省投資而由用戶長(zhǎng)期負(fù)擔(dān)高昂的運(yùn)行費(fèi)。一般認(rèn)為口徑超過(guò) 500mm盡可能選電磁式和超聲式等無(wú)壓損儀表。
(3)校準(zhǔn)費(fèi)用
定期校準(zhǔn)費(fèi)用取決于校準(zhǔn)頻度和所校準(zhǔn)儀表精度的要求。為了經(jīng)常在線校準(zhǔn)石油制品儲(chǔ)存交接貿(mào)易結(jié)算用儀表,常在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)體積管式流量標(biāo)準(zhǔn)裝置。
(4)維護(hù)費(fèi)用
維護(hù)費(fèi)用是儀表投入運(yùn)行后保持測(cè)量系統(tǒng)正常工作所需費(fèi)用,主要包括維護(hù)勞務(wù)和備用件費(fèi)用。