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精信測器

 

3.3 液體流量的測量

 本節以常見的液體水、黏度范圍寬廣的液體油品和(易蒸發)高飽和蒸氣壓液體氨為例,討論液體流量測量問題,并介紹容積式(橢圓齒輪、腰輪、旋轉活塞、刮板、螺桿等)流量計、多普勒超聲流量計、科氏力質量流量計等的工作原理及其在液體流量測量中的應用。

3.3.1  水流量的測量

(1)水流量測量的特點  水在人們生活和生產等各項活動中扮演者重要角色,每個人都離不開水,于是水的計量就成為數量巨大、使用范圍最廣的測量任務之一。

 水流量的測量難度并不高。不同原理的流量計大多數都可用來測量水的流量,但也不是隨便裝一臺就肯定能用得好的。這是因為同樣是水流量測量命題,由于水的潔凈程度不同,流體工況條件各異,流量測量范圍懸殊,可靠性要求差異,測量精確度要求有高有底以及費用承受能力不一樣,儀表的選型也不一樣。嚴格地說,在可供選擇地種類眾多的儀表中選定一種既好又省的儀表不是一件容易的事。這不僅要求工程師們對各種流量計的特性有充分的認識,對其價格有充分的調查研究,更重要的是對測量對象的具體要求,工況參數和使用環境有足夠的了解。

居民用水表可以使用幾年甚至十幾年不出故障,但是工業生產中使用的相同原理的水表,故障多,壽命也不長。這是因為居民家庭用水是間歇的,水質也較好,而工業生產中的用水一般是連續的,而且水質也可能要差一些。在儀表選型時不能忽視這些差異,不能片面認為普通水表既然在家庭使用可以長命百歲,換到工廠使用也應可長命百歲。

另外,水中的雜物易將儀表卡滯、堵塞,水中的泥沙易在儀表測量管內壁沉積,易將排污閥堵死也是系統設計時應予注意的。

(2)儀表選型

① 用于貿易結算的測量對象。用于貿易結算的測量對象包括自來水流量、原水流量和企業內部自制水流量,計量精確度應達到±2.5%R。若流體為自來水,由于比較潔凈,適用的儀表種類很多,但最便宜的應數旋翼式水表;DN>200后,選用電磁流量計是適宜的,其計量精確度可達±(0.3~1)%R?筛鶕M用的額度選擇合適的型號,一般來說,精確度越高價格越貴。

旋翼式水表有的型號帶遠傳發訊器,所發出的脈沖信號經轉換器或二次表也可顯示瞬時流量,或與DCS、數據采集系統相連,但這樣的配置在使用現場并不多見。這一方面是因旋翼式水表靠旋翼和齒輪系不停地旋轉來計量,在連續運行的場合壽命并不長,另一方面是因其耐壓等級和溫度等級都有一定的局限性。

對于水質不夠潔凈的測量對象,選用旋翼式水表、容積式儀表和渦輪之類靠旋轉部件不停地轉動來計量的儀表都是不適宜的,因為轉動部分易堵易卡。此類流體有時還難免夾帶一些長纖維之類的物體,如麻絲、聚四氟乙烯生帶等,長纖維易掛在渦街流量計的旋渦發生體上,導致儀表失準。這時選用渦街流量計應謹慎。

② 用于過程監視與控制的測量對象。過程監視與控制用的水流量儀表,對測量精確度要求一般不像貿易結算用的那樣高,主要考慮的是可靠性、價格和輸出信號的種類等。在工礦企業的老裝置上,使用最多的仍然是節流式差壓流量計。新建裝置中,人們更喜歡使用渦街流量計,這是因為節流式差壓流量計安裝復雜,維護工作量大,壓力損失大,露天安裝的儀表還需考慮防凍等,而渦街流量計安裝和維護都非常簡單,因而節流式差壓流量計在水流量測量中大有被擠出市場之勢。但是渦街流量計只能解決部分水流量測量問題,因為口徑較大的渦街流量計價格比同口徑的電磁流量計貴,而且口徑最大的渦街流量計也只能做到DN300~DN400。最小口徑的渦街流量計現在是做到DN15,其最小可測水流量為0.32/m3h,而電磁流量計的口徑從DN2.5~DN3000,可測流量從0.0053~305000m3/h,因而覆蓋范圍比渦街流量計寬得多。在能夠測量的最低流速方面渦街只能達到約0.4m/s,而電磁流量計在0.1m/s時已能正常測量。

更小的流量值測量屬微小流量,請參閱第3.4節。

大口徑電磁流量計價格也很貴,節約的方案是選用插入式流量計,其中常用的有均速管、插入式渦街流量計和插入式電磁流量計等,插入式渦街流量計可測流速下限為0.32m/s,而電磁流量探頭可測流量下限無限制,只是誤差略大些,約為(±0.2%R+1mm/s)

③泥沙含量較高的測量對象。泥沙含量較高的水流量測量對象常見于原水,如果選用的是節流式差壓流量計或均速管差壓流量計,取壓閥和排污閥常被泥沙堵死,影響使用,相比之下,插入式渦街流量計和插入式電磁流量計不會出現此類情況。

大口徑水流量計往往流速較低,水中泥沙易在測量管內壁沉積而使流通截面積減小,導致流量示值偏高,所以應定期清理。詳見第3.5節。

④ 去離子水的流量測量。去離子水和高純蒸餾水是純度極高的水,其電導率約比通用型電磁流量計能夠測量的電導率小3個數量級,因此不能用電磁流量計測量。

⑤ 污水流量的測量。污水的特點是臟污,有些還有一定的腐蝕性。以管道輸送的污水可用電磁流量計測量,通過明渠排放的污水,適合用明渠流量計測量,請參閱第3.5節。

⑥ 處于氣液相平衡狀態的測量對象。處于氣液相平衡狀態的水,例如鍋爐除氧器水箱出口水,若要測其流量,流量計應安裝在增壓泵之后,如果安裝在增壓泵之前,由于流體流過流量計總是有一定的壓損,處于氣液相平衡狀態的水由于壓力降低而導致部分液體汽化,引起流量計示值偏高。

(3)電磁流量計的安裝

① 直管段長度要求。電磁流量傳感器的直管段要求比大部分其他流量計的直管段要求低。90°彎頭、T型管、同心異徑管、全開閘閥后通常認為只要離電極中心線(不是傳感器進口端連接面)5倍直徑(5D)長度的直管段,不同開度的閥則需10D;下游直管段為(2~3)D或無要求;但要防止蝶閥閥片伸入到傳感器測量管內。

如果閥不能全開使用,應按閥截流方向和電極軸成45°角度安裝,附加誤差可大為減小。

② 安裝位置和流動方向。傳感器安裝方向水平、垂直或傾斜均可,不受限值。但測量固液兩相流體最好垂直安裝,自下而上流動。這樣能避免水平安裝時襯里下半部局部磨損嚴重,低流速時固相沉淀等缺點。

水平安裝時要使電極軸線平行于地平線,不要處于垂至于地平線,因為處于底部的電極易被沉積物覆蓋,頂部電極易被液體中可能存在的氣泡擦過,遮住電極表面,使輸出信號波動。圖3.26所示管系中,c、d為適宜位置;a、b、e為不宜位置。B處可能會出現液體不充滿的情況,a、e處易積聚氣體,且e處傳感器后管段也有可能不充滿,排放口最好適當

翻高。對于固液兩相流c處也不適宜。

   圖3.26的要求不僅適用于電磁流量計,也適用于測量液體流量的其他流量計。

圖3.26傳感器安裝位置a、b、e-不良;c、d-良好

③ 轉換器安裝和連接電纜。分體式電磁流量計的轉換器應安裝在傳感器附近便于讀數的維修的地點,也可安裝在儀表室,其環境條件可比傳感器好得多。

   轉換器和傳感器之間的距離受至于被測介質電導率和信號電纜型號,即電纜的分布電容、導線截面和屏蔽層數等。要用規定廠隨儀表所附(或規定型號 )的信號電纜。電導率較低的液體和傳輸距離較長時,也有規定用三層屏蔽電纜的。一般儀表“使用說明書”對不同電導率液體給出相應傳輸距離范圍。單層屏蔽電纜用于工業用水或酸堿液體時,通?蓚魉途嚯x為100mm。

為了避免信號受干擾,信號電纜必須單獨穿在經良好接地的鋼質保護管內,絕對不能將信號電纜與電源線穿在同一根鋼管內。

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