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 輸水管道流量計(jì)的應(yīng)用
發(fā)布時間:2018-04-16

  供水工程是包含發(fā)電廠在內(nèi)的眾多工業(yè)生產(chǎn)項(xiàng)目的重要基礎(chǔ)設(shè)施,在供水過程中必須確保所供的生活用水、生產(chǎn)用水以及其他用水具有符合要求的水質(zhì)、水量和水壓。輸水管道流量儀表發(fā)揮著重要作用:水廠進(jìn)出口水流量計(jì)量是水廠計(jì)算供水量、產(chǎn)水成本以及供水系統(tǒng)中管道漏失等重要生產(chǎn)指標(biāo)的依據(jù),是供水行業(yè)必不可缺的計(jì)量環(huán)節(jié)。
1電磁流量計(jì)在供水行業(yè)的應(yīng)用
  電磁流量因具有良好的線性、較寬的量程比、較強(qiáng)的可靠性以及較高的精度等優(yōu)點(diǎn)在供水行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。
(1)電磁流量計(jì)的選型。①口徑的選擇。電磁流量計(jì)能夠?qū)^寬的流量范圍進(jìn)行連續(xù)的流量測量,在規(guī)定的流速范圍內(nèi)(0.5~10m/s)內(nèi)可以進(jìn)行任意調(diào)整。為了促進(jìn)流量儀表在適宜的流速范圍內(nèi)開展工作,當(dāng)工藝管道內(nèi)流速偏低,流量較為穩(wěn)定,同時允許有一定壓力損失的基礎(chǔ)上,可以選擇比工藝管道口徑小的儀表口徑,通過在儀表口徑前后兩端加固異徑管,促進(jìn)儀表內(nèi)部流速的提升。此外,要想確保儀表測量的精度,所加固的異徑管中心錐角不得大于 15°,并且異徑管上段至少應(yīng)當(dāng)有相當(dāng)于工藝管徑 5 倍的直管段。②流速的設(shè)定。根據(jù)經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、精度等方面的考量,在使用電磁流量計(jì)時適宜的使用流速范圍為 1~5m/s;對于液體中含有固體顆粒的流體介質(zhì),其使用的流速范圍應(yīng)當(dāng)控制在 1~3m/s;如果是對于可能會對管道造成沉積物的流體介質(zhì),使用的范圍最好是在 2~5m/s。
(2)電磁流量計(jì)的特點(diǎn)。由于電磁流量計(jì)的測量結(jié)果與水的壓力、溫度、電導(dǎo)率等物理參數(shù)并沒有太大的關(guān)系,因此具有較強(qiáng)的可靠性和較高的精度。測量管內(nèi)沒有阻礙流件,所以流量儀表沒有額外的壓力損失。在測量過程中,只有管道和電極與被測液體進(jìn)行接觸,所以只需要選擇合適的電極材料,就可以起到抗腐蝕的效果。此外,電磁流量計(jì)還具有較長的使用壽命,維護(hù)要求不高等特點(diǎn)。電磁流量計(jì)能夠測定正向水的流量。而且與其他流量計(jì)相比,其輸出信號的方式較為靈活多樣。
(3)電磁流量計(jì)的使用和安裝。在口徑的選擇中我們提到異徑管上段至少應(yīng)當(dāng)有相當(dāng)于工藝管徑 5 倍的直管段,而它的下段則至少需要 3 倍長度的直管段。流量計(jì)的前置管道長度至少在 10 倍管徑以上。在對電磁流量計(jì)進(jìn)行安裝的過程中,傳感器接地環(huán)必須緊緊接地,接地電阻不得大于 10Ω。同時,在使用電磁流量計(jì)測量的環(huán)境中要特別注意外部電磁的干擾,尤其是避免工頻電磁場干擾。此外,在電磁流量計(jì)上 5~10 倍管徑的直管內(nèi)安裝整流器是穩(wěn)定水流流態(tài)的方式。
(4)電磁流量計(jì)在線校驗(yàn)的方式。電磁流量計(jì)在線校驗(yàn)的方式主要有電參數(shù)法和標(biāo)準(zhǔn)表法兩種。電參數(shù)法通過一定的測量原理,檢驗(yàn)管道式電磁流量計(jì)的有關(guān)參數(shù),其中包括勵磁線圈電阻、勵磁線圈絕緣電阻、電極對地電阻等。通過檢測這些的參數(shù)變化程度,與出廠的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行比較,如果在限定范圍內(nèi),其精度不會受到影響,可以放心使用;標(biāo)準(zhǔn)表法是利用標(biāo)準(zhǔn)表原理,在同一間隔時間內(nèi),在被校表和標(biāo)準(zhǔn)表內(nèi)讓水(流體)連續(xù)通過,對比產(chǎn)生的輸出流量值,判定被校表的精度。
2 超聲波流量計(jì)在供水行業(yè)中的應(yīng)用
(1)超聲波流量計(jì)的原理。時差式超聲波流量計(jì)通過先進(jìn)的數(shù)字信息處理技術(shù)和聲波時差探測法,測量水流流速對雙向聲波信號產(chǎn)生的影響,兩個傳感探頭(T1、T2)按照限定的間隔距離安裝在管道的外側(cè),相互交替發(fā)射和接收信號波。當(dāng)發(fā)出的超聲波在靜止的水流中傳播時,處于上游傳感探頭 T1將會向下游的傳感探頭 T2發(fā)送信號。此時,下游 T2探頭也向上游 T1探頭發(fā)送信號。由于水流速度對超聲波信號的作用,加劇了從上到下的信號傳遞速度,減緩了從下到上的信號傳遞速度,由此兩個信號之間就產(chǎn)生了時間差,就可以算出水流的流速,再通過相關(guān)的計(jì)算公式計(jì)算出對應(yīng)的流量。如圖 1 所示。
超聲波流量計(jì)流量示意圖
(2)超聲波流量計(jì)在供水行業(yè)應(yīng)用的優(yōu)勢。①不需要額外的技術(shù)加工。超聲波流量計(jì)是一種非接觸式的結(jié)構(gòu)儀器,通過管道外部環(huán)境就可以完成流量的測量工作。此外,測量部件全部安裝于管道外,不會給管道內(nèi)造成任何的壓力損失,從而也不會影響水流的流動情況。②測量方式便捷。利用超聲波流量計(jì)進(jìn)行測量的結(jié)果并不會受到水流的粘度以及水質(zhì)的其他特點(diǎn)的影響,水流流量的測量在管道內(nèi)部水流流動的過程中就可以完成。
(3)超聲波流量計(jì)的實(shí)際應(yīng)用。根據(jù)使用場合的不同,超聲波流量計(jì)分為固定式超聲波流量計(jì)和便攜式超聲波流量計(jì)。①固定式超聲波流量計(jì)。如果是在某一個固定位置進(jìn)行安裝,那么使用固定式超聲波流量計(jì)。對特定管道內(nèi)水流流量的長期持續(xù)的計(jì)量時,需要使用220V 的交流電源。同時,固定式超聲波流量計(jì)通常都具有信號輸出功能,以便遠(yuǎn)傳顯示時使用,它的內(nèi)部只能對一條管道的參數(shù)進(jìn)行存儲。②便攜式超聲波流量計(jì)。與固定式超聲波流量計(jì)相比,便攜式超聲波流量計(jì)具有更強(qiáng)的機(jī)動性,應(yīng)用于各種不同管道的水流流量的臨時計(jì)量。使用便攜式超聲波流量計(jì)時既可以使用計(jì)量現(xiàn)場的任何交流電源,也可以使用其內(nèi)設(shè)的充電電源。因?yàn)楸銛y式超聲波流量計(jì)主要是對管道水流進(jìn)行臨時的計(jì)量測量,因此不具有輸出功能,但是它可以存儲多條管道的參數(shù)。
(4)超聲波流量計(jì)在線校驗(yàn)的方法。根據(jù)管道的實(shí)際情況選擇合適的超聲波流量計(jì),將傳感器用適宜的方式安裝在被測管道上,記錄便攜式超聲波流量計(jì)與固定式超聲波流量計(jì)的初始流量值,經(jīng)過一段時間后,再對兩種超聲波流量計(jì)的最終值,從而得出累積的流量值,然后通過公式計(jì)算出修正系數(shù)。
P 修正系數(shù) =[1-(S 便攜 -S 固定 )/S 便攜 ]×100%
根據(jù)便攜式超聲波流量計(jì)相較于固定超聲波流量計(jì)的修正參數(shù)對固定超聲波流量計(jì)進(jìn)行參數(shù)修正,從而確保供水計(jì)量中各個數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。
3 渦街流量計(jì)在供水行業(yè)中的應(yīng)用
(1)渦街流量計(jì)的原理。渦街流量計(jì)又稱之為卡門渦街流量計(jì),它是通過水流的自然振蕩原理進(jìn)行研制的一種分離型流量計(jì)。當(dāng)水流流量以足夠大的流速通過垂直于水流方向的物體時,就會在物理的后面兩條平行的直線上產(chǎn)生轉(zhuǎn)向相反但是排列整齊的渦列。通過公式F=S×v/d(其中 S 為斯特羅哈數(shù),v 為管道內(nèi)水流的平均流速,d 為柱狀體迎面的寬度),再根據(jù)渦街的頻率與水流流速成正比的原理,測量出渦街的頻率從而推導(dǎo)出水流的流速,進(jìn)而測量出水流的流量。
(2)渦街流量計(jì)的結(jié)構(gòu)組成。渦街流量計(jì)一共由變送器殼、渦街發(fā)生、信號檢測、輸出放大器、脈沖整形器、輸入放大器六個部分組成。其中變送器殼體是水流管道的組成部分,通過選擇合適的渦街發(fā)聲體的形狀和尺寸,水流在變送器殼內(nèi)流動過程中可以在雷諾數(shù)范圍內(nèi)產(chǎn)生相對穩(wěn)定的渦街信號。而渦街發(fā)生體讓水流在流動過程中產(chǎn)生渦列,信號檢測器就對渦列進(jìn)行轉(zhuǎn)換,將其轉(zhuǎn)換成脈沖信號。輸出放大器就將微弱不易察覺的電信號進(jìn)行放大。而脈沖整形器就將并不規(guī)則的電脈沖轉(zhuǎn)換成了幅度與寬度成一定比例的方波信號。輸出放大器又對方波信號進(jìn)行放大轉(zhuǎn)換成,同時對方波脈沖信號進(jìn)行輸出。
(3)渦街流量計(jì)的安裝。為了確保使用渦街流量計(jì)時的測量準(zhǔn)確性,在對渦街流量計(jì)進(jìn)行安裝時,必須在安裝的前后加固長度適宜的直管段。渦街流量計(jì)的上游側(cè)如果有縮徑阻力物的時候,要加固 15D 長的直管段;如果在同一片面有彎頭時,則必須加固 20D 的直管段;而渦街流量計(jì)的下游側(cè)應(yīng)當(dāng)加固大于 5D 的直管段。渦街流量計(jì)可以被安裝在水平、垂直等其他位置,如果對水流進(jìn)行垂直測量時,必須保證水流從下往上流量,以確保管道中完全充滿水流。
(4)渦街流量計(jì)的應(yīng)用。在供水系統(tǒng)中使用渦街流量計(jì),為了防止雨季時儀表進(jìn)水而造成儀表損失,必須提前將儀表移出儀表井,亦或是采取分離型傳感器對其進(jìn)行改造。當(dāng)渦街流量計(jì)的周圍有大功率的發(fā)電機(jī)時,要避免工頻干擾影響其準(zhǔn)確性。對此,可以對傳輸電纜進(jìn)行屏蔽裝置,而將信號的輸出方式改為使用 4~20m A的直流信號,不再采取脈沖信號。
4 結(jié)語
  輸水管線流量測量儀表的選擇上,電磁流量計(jì)、超聲波流量計(jì)、渦街流量計(jì)因?yàn)楣ぷ鞯脑聿煌诓煌膽?yīng)用場合下,各有優(yōu)劣。我們應(yīng)當(dāng)依據(jù)其特性,選用合適的儀表,并充分借鑒其安裝使用和校驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn)反饋,確保儀表的準(zhǔn)確性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性。

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