摘要：介紹了電磁式、渦輪式、差壓式等幾種化工裝置常用流量計(jì)的原理及選型與安裝使用，從理論和實(shí)踐兩方面闡述各自的特點(diǎn)。
流量?jī)x表是過程自動(dòng)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(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域。在過程自動(dòng)化儀表與裝置中,流量?jī)x表有兩大功用:作為過程自動(dòng)化控制系統(tǒng)的檢測(cè)儀表和測(cè)量物料數(shù)量的總量表。
流量的正確計(jì)量是生產(chǎn)和能源考核的必備手段,在提高生產(chǎn)效率,保障生產(chǎn)安全和杜絕能源浪費(fèi)等方面發(fā)揮著無可替代的作用。但流量是一個(gè)動(dòng)態(tài)量,它是一個(gè)只有當(dāng)流體發(fā)生運(yùn)動(dòng)時(shí)才實(shí)際存在的物理量，因此它不僅是基本量的靜態(tài)組合，又由于其動(dòng)態(tài)性質(zhì),流量量值受到許多復(fù)雜因素的影響,例如流體內(nèi)微觀分子之間的相互作用,宏觀的湍流、旋渦運(yùn)動(dòng)等,在具體的管道中還受到邊界條件(管壁)的制約。面對(duì)各種的流量?jī)x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?jī)x表的前提和基礎(chǔ)。流量計(jì)是使用比制造要艱難得多的少數(shù)儀表之一,本文根據(jù)實(shí)際使用經(jīng)驗(yàn),簡(jiǎn)單介紹了化工裝置幾種常用流量計(jì)的原理及選型與使用經(jīng)驗(yàn)。
1電磁流量計(jì)
電磁流量計(jì)是基于法拉第電磁感應(yīng)原理研制出的一種測(cè)量導(dǎo)電液體體積流量的儀表,根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律,導(dǎo)電體在磁場(chǎng)中作切割磁力線運(yùn)動(dòng)時(shí),導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電壓,該電動(dòng)勢(shì)的大小與導(dǎo)體在磁場(chǎng)中做垂直于磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)的速度成正比,由此再根據(jù)管徑,介質(zhì)的不同,轉(zhuǎn)換成流量。
電磁流量計(jì)無節(jié)流部件,因此壓力損失小，該儀表測(cè)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(duì)有懸浮物固體粒子的污水、煤漿的測(cè)量,特別適合于對(duì)腐蝕性介質(zhì)的測(cè)量。
選型與使用時(shí)應(yīng)注意:電磁流量計(jì)所測(cè)液體應(yīng)具有測(cè)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(cè)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(cè)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(cè)量問題尚未得到很好解決,因此電磁流量計(jì)不能測(cè)量氣體、蒸汽和含有較多較大氣泡的液體。后時(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(cè)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(hào)較為微弱,因而在使用時(shí)應(yīng)注意外來干擾對(duì)其測(cè)量精度和影響,變送器應(yīng)安裝于遠(yuǎn)離一切磁源的地方,不允許有振動(dòng)。
2渦輪流量計(jì)
渦輪流量計(jì)是一種速度式流量?jī)x表,由于具有測(cè)量精度高,反應(yīng)速度快,測(cè)量范圍廣，價(jià)格低廉,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)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(dòng)，并沖擊渦輪葉片時(shí),便有與流量qv、流速V和流體密度ρ乘積成比例的力作用在葉片上,推動(dòng)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(dòng)的電勢(shì)信號(hào)(此脈動(dòng)信號(hào)的頻率與被測(cè)流體的流量成正比)。渦輪變送器輸出的脈沖信號(hào),經(jīng)前置于放大器放大后,送入顯示儀表,就實(shí)現(xiàn)了流量的測(cè)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(cè)介質(zhì)對(duì)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(chǎng)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(cè)介質(zhì)不潔凈時(shí),要加過濾器,否則渦輪、軸承易被卡住,測(cè)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)主要是看中其高精度,但應(yīng)注意,流量計(jì)精度愈高,對(duì)現(xiàn)場(chǎng)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(duì)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(dòng)、無強(qiáng)電磁干擾與抗輻射影響的場(chǎng)所。
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(cè)件產(chǎn)生的差壓、已知的流體條件和檢測(cè)件與管道的幾何尺寸來測(cè)量流量的儀表。是早期大量使用的一種測(cè)量流量的計(jì)量?jī)x表。差壓式流量計(jì)由三部份組成:(1)將被測(cè)液體的流量變換成差壓信號(hào)的節(jié)流裝置;(2)傳輸差壓信號(hào)的信號(hào)管路;(3)測(cè)量差壓值的差壓儀或差壓變送器及顯示儀表。通常以檢測(cè)件的型式對(duì)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。
在化工裝置中選型與使用羞壓式流量計(jì)注意:差壓式流量計(jì)壓損大,測(cè)量范圍度窄,一般為3:1或4:1,測(cè)量的重復(fù)性、精度在流量計(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)三部份。在測(cè)量流體流量時(shí),為防止液體中有氣進(jìn)入并存在導(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(cè)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(cè)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,防止高溫燕汽與差壓計(jì)直接接觸。壓差引壓導(dǎo)管的材質(zhì)應(yīng)按被測(cè)介質(zhì)的性質(zhì)和參數(shù)確定，其內(nèi)徑不小于6mm,長(zhǎng)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),起.傾斜度不小于1:12,粘度高的流體,其傾斜度應(yīng)更增大。當(dāng)壓差引壓導(dǎo)管長(zhǎng)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(huì)產(chǎn)生假差壓。
4轉(zhuǎn)子流量計(jì)
轉(zhuǎn)子流量計(jì)為低中等精度儀表,屬變面積式流量計(jì)的一種。轉(zhuǎn)子流量計(jì)是以浮子在垂直錐形管中隨著流量變化而升降,改變它們之間的流通面積來進(jìn)行測(cè)量的體積流量?jī)x表。一般分為玻璃和金屬轉(zhuǎn)子流量計(jì),作為直觀流動(dòng)指示或測(cè)量精度要求不高的現(xiàn)場(chǎng)指示儀表,轉(zhuǎn)子流量計(jì)被廣泛地用在化工行業(yè)。.
轉(zhuǎn)子流量計(jì)適合于對(duì)中、小口徑中流體和雷諾數(shù)較低的流體的流量測(cè)量。轉(zhuǎn)子流量計(jì)壓力損失較低,有較寬的流量范圍度,一殷為10:1,最低為5:1,最高為25:1。
選型與使用時(shí)應(yīng)注意:轉(zhuǎn)子流量計(jì)主要測(cè)量對(duì)象是單相液體或氣體,液體中含有微粒固體或氣體中含有液滴通常不適用。玻璃管轉(zhuǎn)子流計(jì)應(yīng)選帶有透明防護(hù)罩,一旦玻璃錐管破裂,可擋住流體正向散濺，以作緊急處理。用于氣體時(shí)應(yīng)選用導(dǎo)桿或帶棱筋導(dǎo)向的儀表,以避免操作不慎浮子擊碎錐管。轉(zhuǎn)子流量計(jì)必須垂直安裝在無振動(dòng)的管道上,流體自下而上流過儀表,其中心線與鉛垂線間夾角-般不超過5度。儀表安裝時(shí)無嚴(yán)格上游直管段長(zhǎng)度要求,如被測(cè)介質(zhì)含粒狀雜質(zhì)，應(yīng)在儀表上游裝過濾器。為保證在長(zhǎng)期使用過程中的測(cè)量精度,要注.意保持浮子和錐管的清潔,特別是小口徑儀表,必要時(shí)可設(shè)置沖洗配管,定時(shí)沖洗。
5熱式質(zhì)量流量計(jì)
熱式質(zhì)量流量計(jì)是利用傳熱原理,即流動(dòng)中的流體與熱源(流體中加熱的物體或測(cè)量管外加熱體)之間熱量交換關(guān)系來測(cè)量流量的儀表。熱式質(zhì)量流量計(jì)目前主要用于測(cè)量氣體。
熱式流量?jī)x表主要有兩種,(1)利用流動(dòng)流體傳遞熱量改變測(cè)量管壁溫度分布的熱傳導(dǎo)分布效應(yīng)的熱分布式流量計(jì);(2)利用熱消散(冷卻)效應(yīng)的金氏定律的熱式質(zhì)量流量計(jì)。
選型使用時(shí)應(yīng)注意:與其他流量計(jì)相比,熱式質(zhì)量流量計(jì)具有中等測(cè)量精度,適用于低流速范圍測(cè)量,因其響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng),不適應(yīng)脈動(dòng)流流量測(cè)量;在測(cè)量氣體時(shí)流體溫度變化并不影響質(zhì)量流量,但溫度變化過大,比熱容的變化會(huì)導(dǎo)致量程變化;熱式質(zhì)量流量計(jì)只能用于測(cè)量清潔單相流體一氣體或液體,用氣體的型號(hào)不能用于液體,反之亦然。對(duì)于熱分布式氣體還必須是干燥氣體,不能含有濕氣。安裝中大部分熱式質(zhì)量流量計(jì)的流量傳感器可任何姿勢(shì)(水平、垂直或傾斜)安裝,其性能不受安裝姿勢(shì)影響,通常認(rèn)為熱分布式無上下游直管段長(zhǎng)度要求，但應(yīng)注意帶測(cè)量管的浸入式流量傳感器和插人式儀表需要一定長(zhǎng)度前置直管段。
6結(jié)束語
流量?jī)x表大都需要適合的測(cè)量介質(zhì)和工況條件為依托方可發(fā)揮正確作用，只有優(yōu)勢(shì)而沒有缺點(diǎn)的流量?jī)x表現(xiàn)今是不存在的,合理的選擇儀表對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)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(cè)量方法和儀表,必須熟悉流量?jī)x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，歸納起來五個(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。
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