摘要：面對各種的流量計(jì)，如何根據(jù)流量、流態(tài)、安裝要求與環(huán)境條件、經(jīng)濟(jì)性等因素合理選型，是應(yīng)用好流量儀表的前提和基礎(chǔ)。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(chǎn)過程流體特性這兩方面的技術(shù)，同時(shí)還應(yīng)考慮經(jīng)濟(jì)因素。介紹了化工裝置中電磁流量計(jì)、渦輪流量計(jì)、差壓式流量計(jì)的工作原理、安裝方法、選型及使用與維護(hù)維修方法。分析了流量計(jì)的選型和安裝要考慮的因素，指出了今后流量計(jì)的發(fā)展和應(yīng)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(yīng)用于冶金、電力、化工、石油、交通、環(huán)境保護(hù)及人民日常生活等國民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)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(tǒng)的檢測儀表和測量物料數(shù)量的總量表。
流量的正確計(jì)量是生產(chǎn)和能源考核的前提條件，在提高生產(chǎn)效率，保障生產(chǎn)安全和杜絕能源浪費(fèi)等方面有重要作用。面對各種的流量儀表，如何根據(jù)流量、流態(tài)、安裝要求與環(huán)境條件、經(jīng)濟(jì)性等因素合理選型，是應(yīng)用好流量儀表的前提和基礎(chǔ)。
1流量計(jì)的選型
是指按照生產(chǎn)要求，從儀表產(chǎn)品供應(yīng)的實(shí)際情況出發(fā)，綜合地考慮測量的安全、準(zhǔn)確和經(jīng)濟(jì)性，并根據(jù)被測流體的性質(zhì)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(guī)格。
在保證儀表安全運(yùn)行的基礎(chǔ)上，力求提高儀表的正確率和節(jié)能性。為此，不僅要選用滿足正確率要求的顯示儀表，而且要根據(jù)被測介質(zhì)的特點(diǎn)選擇合理的測量方式。安裝在生產(chǎn)管道上長期運(yùn)行的接觸式儀表，還應(yīng)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(chǎn)管道中不應(yīng)選用多個(gè)壓損較大的測量元件，如節(jié)流元件等。
1.1電磁流量計(jì)
1.1.1電磁流量計(jì)的工作原理
電磁流量計(jì)主要由信號轉(zhuǎn)換器與傳感器構(gòu)成，其原理是基于電磁感應(yīng)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(dāng)流量計(jì)接入液態(tài)介質(zhì)管道，導(dǎo)電液態(tài)物質(zhì)沿管軸運(yùn)動時(shí)，導(dǎo)電液體作切割磁力線運(yùn)動而產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，此感應(yīng)電動勢由檢測電極測出，其理論數(shù)值為:
E=kVBd
式中:E為感應(yīng)電動勢;k為調(diào)整系數(shù)，因儀表構(gòu)造而異;V為被測液體平均流速;B為磁感應(yīng)強(qiáng)度;d為被測管內(nèi)徑。
測量流量時(shí)，流體流過垂直于流動方向的磁場，導(dǎo)電性流體的流動感應(yīng)出一個(gè)與平均流速成正比的電勢。其感應(yīng)電壓信號通過兩個(gè)電極檢出，并通過電纜傳送至轉(zhuǎn)換器，經(jīng)過信號處理及相關(guān)運(yùn)算后，將累計(jì)流量和瞬時(shí)流量顯示在轉(zhuǎn)換器的顯示屏上。電磁流量計(jì)無節(jié)流部件，因此壓力損失小，該儀表測量流體流量時(shí)，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(zhì)的測量。
選型與使用時(shí)應(yīng)注意:電磁流量計(jì)所測液體應(yīng)具有測量所需的電導(dǎo)率，并要求電導(dǎo)率分布大體上均勻，不能用于測量電導(dǎo)率很低的液體，如石油制品和有機(jī)溶劑等。電磁流量計(jì)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(jì)不能測量氣體、蒸汽和含有較多較大氣泡的液體。同時(shí)應(yīng)注意不同溫度及腐蝕性介質(zhì)應(yīng)選用不同內(nèi)襯材料和電極材料。電磁流量計(jì)雖可以在任意管道上安裝，但電磁流量計(jì)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(nèi)無液體時(shí)出現(xiàn)指針不在零位的錯(cuò)覺，電磁流量計(jì)的變送器應(yīng)安裝于任何時(shí)候均充滿液體的地方，同時(shí)，該流量計(jì)的信號較為微弱，因而在使用時(shí)應(yīng)注意外來干擾對其測量精度的影響，變送器應(yīng)安裝于遠(yuǎn)離一切磁源的地方，不允許有振動。
電磁流量計(jì)的測量范圍是有限制的，許多用戶定表時(shí)，常常把它和水表相比較，以為可以測量很低的流速，其實(shí)不能按原先管道口徑來定貨，最好按實(shí)際流量來定儀表的口徑。
電磁流量計(jì)也有防護(hù)等級，如果用戶對儀表安裝環(huán)境有要求，安裝地點(diǎn)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(jì)可以測腐蝕性液體，但初期用戶要正確辯明介質(zhì)以及其屬性，以免選型時(shí)在電極材料的選擇上發(fā)生錯(cuò)誤，導(dǎo)致傳感器在后期使用過程中報(bào)廢，給用戶帶來不便和經(jīng)濟(jì)上的損失。
隨著工業(yè)對儀器儀表的需求增加，電磁流量計(jì)的用途也越來越廣泛，能夠適應(yīng)不同行業(yè)的需求，如石油、化工、污水治理等等�，F(xiàn)在的國產(chǎn)電磁流量計(jì)質(zhì)量上完全可以媲美國外同類進(jìn)口產(chǎn)品。電磁流量計(jì)用于對復(fù)雜的工業(yè)管道系統(tǒng)進(jìn)行流體監(jiān)測，對系統(tǒng)的原料及成品情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，為系統(tǒng)的自動化控制提供依據(jù)等等。
由于電磁流量計(jì)分布分散，運(yùn)行環(huán)境較為復(fù)雜，其安裝工藝極可能影響其運(yùn)行工況和發(fā)生故障的機(jī)率，從而影響整個(gè)儀表控制系統(tǒng)的運(yùn)行。故對電磁流量計(jì)原理的分析、安裝工藝的研究，以及調(diào)試技術(shù)的不斷總結(jié)和更新十分必要。
1.1.2電磁流量計(jì)的安裝
電磁流量計(jì)安裝前，應(yīng)仔細(xì)核對其參數(shù)，主要核對其口徑、內(nèi)襯、電極等參數(shù)是否符合設(shè)計(jì)要求，有集中BA控制的應(yīng)確認(rèn)其與控制系統(tǒng)的匹配性。在安裝前，應(yīng)對已安裝好的管道進(jìn)行防腐處理，法蘭接口處應(yīng)清理干凈，在確認(rèn)被測物質(zhì)流向之后，按流量計(jì)上所標(biāo)定的方向安裝。
1.2渦輪流量計(jì)
渦輪流量計(jì)是一種速度式流量儀表，由于具有測量精度高、反應(yīng)速度快、測量范圍廣、價(jià)格低、安裝方便等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于化工生產(chǎn)中。
渦輪流量計(jì)廣泛應(yīng)用于以下一些測量對象:石油、有機(jī)液體、無機(jī)液、液化氣、天然氣、煤氣和低溫流體等。渦輪流量計(jì)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(dāng)流體沿著管道的軸線方向流動，并沖擊渦輪葉片時(shí)，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(zhuǎn)。在渦輪旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，葉片周期性地切割電磁鐵產(chǎn)生的磁力線，改變線圈的磁通量。根據(jù)電磁感應(yīng)原理，在線圈內(nèi)將感應(yīng)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(jīng)前置放大器放大后，送入顯示儀表，就實(shí)現(xiàn)了流量的測量。
在化工裝置中選型與使用應(yīng)注意:流量計(jì)本體最好選用316不銹鋼材料以防腐;應(yīng)注意確保被測介質(zhì)對渦輪不能有腐蝕，特別是軸承處，否則應(yīng)采取措施，在一般化工場所應(yīng)優(yōu)先考慮軸承使用聚四氟乙烯、碳石墨材料。安裝渦輪流量計(jì)前，管道要清掃，被測介質(zhì)不潔凈時(shí)，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(yīng)水平安裝，避免垂直安裝，并保證其前后有適應(yīng)的直管段，一般前10D，后5D。選用渦輪流量計(jì)主要是看中其高正確率，但應(yīng)注意，流量計(jì)正確率愈高，對現(xiàn)場使用條件的變化就越敏感，因此安裝渦輪流量計(jì)時(shí)，前后管道法蘭要水平，否則管道應(yīng)力對流量計(jì)影響很大。傳感器安裝應(yīng)便于維修并避免管道振動、無強(qiáng)電磁干擾與抗輻射影響的場所。
氣體渦輪流量計(jì)選型要從以下幾個(gè)方面考慮:
1)氣體密度。對氣體渦輪流量計(jì)，流體物性的影響主要是氣體密度。它對儀表系數(shù)的影響較大，且主要在低流量區(qū)域。若氣體密度變化頻繁，要對流量計(jì)的流量系數(shù)采取修正措施。
2)流量范圍。渦輪流量計(jì)流量范圍的選擇對其正確率及使用年限有較大的影響，并且每種口徑的流量計(jì)都有一定的測量范圍，流量計(jì)口徑的選擇也是由流量范圍決定的。對于每日儀表實(shí)際運(yùn)行時(shí)間不超過8小時(shí)的斷續(xù)工作場合，選擇實(shí)際使用時(shí)最大流量的1.3倍作為流量范圍上限;對于每日儀表實(shí)際運(yùn)行時(shí)間不低于8小時(shí)的連續(xù)工作場合，選擇實(shí)際使用時(shí)最大流量的1.4倍作為流量范圍上限。儀表下限流量以實(shí)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(jì)。
4)正確率等級。一般來說，選用渦輪流量計(jì)主要是看中其高正確率。但是流量計(jì)正確率愈高，對現(xiàn)場使用條件的變化就愈敏感，所以，對儀表正確率的選擇要慎重，應(yīng)從經(jīng)濟(jì)角度考慮。對于大口徑輸氣管線的貿(mào)易結(jié)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(jié)構(gòu)型式。內(nèi)部結(jié)構(gòu)宜選用反推式渦輪流量計(jì)。因?yàn)榉赐剖浇Y(jié)構(gòu)在一定流量范圍內(nèi)可使葉輪處于浮游狀態(tài)，軸向不存在接觸點(diǎn)，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(jì)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(huán)境條件選型，考慮溫度、濕度的影響。天然氣計(jì)量要選擇本安型防爆渦輪流量計(jì)。
1.3差壓式流量計(jì)
差壓式流量計(jì)是根據(jù)安裝于管道中流量檢測件產(chǎn)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(jì)量儀表。差壓式流量計(jì)由三部份組成:1)將被測液體的流量變換成差壓信號的節(jié)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(jì)分類，如孔板流量計(jì)、文丘里管流量計(jì)及均速管流量計(jì)等。
在化工裝置選型與使用中，斟選差壓式流量計(jì)時(shí)應(yīng)注意:差壓式流量計(jì)壓損大，測量范圍度窄，一般為3∶1或4∶1，測量的重復(fù)性、正確率在流量計(jì)中屬中等水平。差壓式流量計(jì)的安裝應(yīng)包括節(jié)流裝置、壓差引壓導(dǎo)管、差壓計(jì)三部分。在測量液體流量時(shí)，為防止液體中有氣進(jìn)人并存在導(dǎo)壓管內(nèi)及防止液體中有沉淀物析出，差壓計(jì)應(yīng)安裝在節(jié)流裝置的下方，測量氣體流量時(shí)為防止液體污物或灰塵進(jìn)人導(dǎo)壓管，則差壓計(jì)應(yīng)安裝在節(jié)流裝置上方，測量水蒸汽時(shí)要保持兩根引壓管內(nèi)的冷凝液柱高度相等，防止高溫蒸汽與差壓計(jì)直接接觸。壓差引壓導(dǎo)管的材質(zhì)應(yīng)按被測介質(zhì)的性質(zhì)和參數(shù)確定，其內(nèi)徑不小于6mm，長度最好在16mm以內(nèi)。壓差引壓導(dǎo)管應(yīng)垂直或傾斜敷設(shè)，其傾斜度不小于1∶12，粘度高的流體，其傾斜度應(yīng)更大。當(dāng)壓差引壓導(dǎo)管長度超過30m時(shí)，導(dǎo)壓管應(yīng)分段傾斜，并在最高點(diǎn)與最低點(diǎn)裝設(shè)集氣器(或排氣閥)和沉淀器(或排污閥)。嚴(yán)寒地區(qū)壓差引壓導(dǎo)管應(yīng)加防凍保護(hù)，同時(shí)要防止過熱，否則壓差引壓導(dǎo)管中流體汽化會產(chǎn)生假差壓。
2結(jié)束語
流量儀表大都需要適合的測量介質(zhì)和工況條件為依托方可發(fā)揮正常作用，只有優(yōu)勢而沒有缺點(diǎn)的流量儀表現(xiàn)今是不存在的，合理的選擇儀表對于現(xiàn)場工程師和管理者是至關(guān)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(chǎn)過程流體特性，同時(shí)還應(yīng)考慮經(jīng)濟(jì)因素，歸納起來為五個(gè)方面因素，即性能要求、流體特性、安裝要求、環(huán)境條件和費(fèi)用�？傊瑳]有一種測量方式或流量計(jì)對各種流體及流動情況都能適應(yīng)，不同的測量方式和結(jié)構(gòu)，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(yōu)缺點(diǎn)。因此，應(yīng)在對各種測量方式和儀表特性作全面比較的基礎(chǔ)上選擇適于生產(chǎn)要求的，既安生可靠又經(jīng)濟(jì)耐用的最佳型式。
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