PDF《化工装置常用流量计原理及选型应用综述》

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chuandong.com 控制系统 CD技术与应用 CONTROL SYSTEM 宜宾市电子科技自动化股份有限公司? 李定川 摘要:本文介绍了化工装置中电磁流量计、涡轮流量计、差压式流量 计、转子流量计、热式质量流量计的工作原理、安装方法、选型及使用 与维护维修方法.指出了今后流量计的发展和应用方向. 文章编号:150306 化工装置常用流量计原理及选型应用综述 Chemical commonly used flowmeter principle and selection of application were reviewed

1 前言 流量仪表是过程自动化仪表与装置中的大类 仪表之一,它被广泛应用于冶金、电力、化工、 石油、交通、环境保护及人民日常生活等国民经 济各个领域.在过程自动化仪表与装置中,流量 仪表有两大功用:作为过程自动化控制系统的检 测仪表和测量物料数量的总量表. 流量的正确计量是生产和能源考核的必备 手段,在提高生产效率,保障生产安全和杜绝能 源浪费等方面发挥着无可替代的作用.但流量是 一个动态量,它是一个只有当流体发生运动时才 实际存在的物理量,因此它不仅是基本量的静态 组合,又由于其动态性质,流量量值受到许多复 杂因素的影响,例如流体内微观分子之间的相互 作用,宏观的湍流、旋涡运动等,在具体的管道 中还受到边界条件(管壁)的制约.面对各种的 流量仪表,如何根据流量、流态、安装要求与 环境条件、经济性等因素合理选型,是应用好 流量仪表的前提和基础.英国著名的流量专家 F.C.Kinghom说过:流量计是使用比制造要艰难得 多的少数仪表之一,本文根据作者实际使用中的 经验,简单介绍了化工装置几种常用流量计的原 理及选型与使用经验.

2 流量计的选型 是指按照生产要求,从仪表产品供应的实际 情况出发,综合地考虑测量的安全、准确和经济 性,并根据被测流体的性质及流动情况确定流量 取样装置的方式和测量仪表的型式和规格. 流量测量的安全可靠,首先是测量方式可 靠,即取样装置在运行中不会发生机械强度或电 气回路故障而引起事故;

二是测量仪表无论在 正常生产或故障情况下都不致影响生产系统的安 全.例如,对发电厂高温高压主蒸汽流量的测 量,其安装于管道中的一次测量元件必须牢固, 以确保在高速汽流冲刷下不发生机构损坏.因此,一般都优先选用标准节流装置,而不选用悬 臂梁式双重喇叭管或插入式流量计等非标准测速 装置,以及结构强度低的靶式、涡轮流量计等. 燃油电厂和有可燃性气体的场合,应选用防爆型 仪表. 在保证仪表安全运行的基础上,力求提高 仪表的准确性和节能性.为此,不仅要选用满足 准确度要求的显示仪表,而且要根据被测介质的 特点选择合理的测量方式.发电厂主蒸汽流量测 量,由于其对电厂安全和经济性至关重要,一般 都采用成熟的标准节流装量配差压流量计,化学 水处理的污水和燃油分别属脏污流和低雷诺数粘 性流,都不适用标准节流件.对脏污流一般选用 圆缺孔板等非标准节流件配差压计或超声多普勒 式流量计,而粘性流可分别采用容积式、靶式或 楔形流量计等.水轮机人口水量、凝汽器循环水 量及回热机组的回热蒸汽等都是大管径( 400mm 以上)的流量测量参数,由于加工创造困难和压 损大,一般都不选用标准节流装置.根据被测介 质特件及测量准确度要求,分别采用插入式流量 计、测速元件配差压计、超声波流量计,或采用 标记法、模拟法等无能损方式测流量. 为保证流量计使用寿命及准确性,选型时还 要注意仪表的防振要求.在湿热地区要选择湿热 式仪表. 正确地选择仪表的规格,也是保证仪表使用 寿命和准确度的重要一环.应特别注意静压及耐 温的选择.仪表的静压即耐压程度,它应稍大于 被测介质的工作压力,一般取1.25倍,以保证不 发生泄漏或意外.量程范围的选择,主要是仪表 刻度上限的选择.选小了,易过载,损坏仪表;

选大了,有碍于测量的准确性.一般选为实际运 行中最大流量值的1.2――1.3倍. 安装在生产管道上长期运行的接触式仪表, 还应考虑流量测量元件所造成的能量损失.一般 情况下,在同一生产管道中不应选用多个压损较 大的测量元件,如节流元件等. 2.1 电磁流量计 2.1.1 电磁流量计的工作原理 电磁流量计主要由信号转换器与传感器构 成,其原理是基于法拉利电磁感应定律,在传感 器中与被测管轴线垂直方向安装一对检测电极, 当流量计接入液态介质管道,导电液态物质沿管 轴侧运动时,导电液体作切割磁力线运动而产生 感应电动势,此感应电动势由检测电极测出. 其理论数值为:E=kVBd 式中:E为感应电动势;

k为调整系数,因仪 表构造而异;

V为被测液体平均流速;

B为磁感应 强度;

d为被测管内径. 测量流量时,流体流过垂直于流动方向的 磁场,导电性流体的流动感应出一个与平均流速 成正比的电势.其感应电压信号通过两个电极检 出,并通过电缆传送至转换器,经过信号处理及 相关运算后,将累计流量和瞬时流量显示在转换 器的显示屏上. 电磁流量计是基于法拉第电磁感应原理研制 出的一种测量导电液体体积流量的仪表,根据法 拉第电磁感应定律,导电体在磁场中作切割磁力 线运动时,导体中产生感应电压,该电动势的大 小与导体在磁场中做垂直于磁场运动的速度成正 比,由此再根据管径,介质的不同,转换成流量. 电磁流量计无节流部件,因此压力损失小, 该仪表测量流体流量时,不受流体温度、压力、 密度、粘度及流体组份的影响,适合于对有悬浮 物固体粒子的污水、煤浆的测量,特别适合于对 腐蚀性介质的测量. 选型与使用时应注意:电磁流量计所测液体 应具有测量所需的电导率,并要求电导率分布大 体上均匀,不能用于测量电导率很低的液体,如 石油制品和有机溶剂等.电磁流量计的测量精度 是建立在液体充满管道的情形下,目前在管道中 有空气的情况下测量问题尚未得到很好解决,因 此电磁流量计不能测量气体、蒸汽和含有较多较 图1 图2 图3

88 89 kzcd.chuandong.com 控制系统 CD技术与应用 CONTROL SYSTEM 大气泡的液体.同时应注意不同温度及腐蚀性介 质应选用不同内衬材料和电极材料.电磁流量计 虽可以在任意管道上安装,但电磁流量计测量电 极的轴线必须保持水平方向,且与管道中心线互 相垂直.为避免在管内无液体时出现指针不在零 位的错觉,电磁流量计的变送器应安装于任何时 候均充满液体的地方,同时,该流量计的信号较 为微弱,因而在使用时应注意外来干扰对其测量 精度和影响,变送器应安装于远离一切磁源的地 方,不允许有振动.如图1所示. 电磁流量计对安装前后直管道有要求,只不 过比其它类流量计要求要低一些,但最关健一点 要满足:就是满管.不满管的情况下容易引起流 量计乱跳. 电磁流量计的测量范围是有限制的,许多用 户定表时,常常把它和水表相比较,以为可以测 量很低的流速,其实定货时不能按原先管道口径 来定货,最好按实际流量来定仪表的口径. 电磁流量计也有防护等级,如果用户对仪表 安装环境有要求,安装地点在地下阴井或其它一 些潮湿的地方,建议用户选用分体式的.以免选 错对仪表造成损害. 电磁流量计可以测腐蚀性液体,但初期用户 要正确辩明介质以及其属性,以免选型时在电极 材料的选择上发生错误,导致传感器在后期使用 过程中报废,给用户带来不便和经济上的损失. 电磁流量计虽说可靠性比较好,通常情况下 不会损坏,但由于其原理决定,传感器电极表面 一直和液体接触,时间久了,电极表面比较容易 受污染.所以电磁流量计在通常使用情况下,用 户有条件拆的话,建议一年到一年半之间拆出来 清洗一次电极,以保证流量计整机的测量精度. 任何仪器仪表都是需要保养的,电磁流量计也不 例外. 随着工业行业的发展,对仪器仪表的需求增 加,仪器仪表行业不断的发展,电磁流量计的用 途也越来越广泛,能够适应不同行业的需求,石油,化工,污水治理等等.现在的国产电磁流量 计质量上完全可以媲美国外同类进口产品,功能 性、稳定性、精准性越来越高.电磁流量计用于 对复杂的工业管道系统进行流体监测,、对系统 的原料及成品情况进行实时监控、为系统的自动 化控制提供依据等等. 由于电磁流量计分布分散,运行环境较为复 杂,其安装工艺极可能影响其运行工况和发生故 障的机率,从而影响整个仪表控制系统的运行. 故对电磁流量计原理的分析、安装工艺的研究, 以及调试技术的不断总结和更新十分必要. 2.1.2 电磁流量计的选型 A、口径选择 选择电磁流量计时一般通过流体的性质、流 速等因素来确定其选用口径. 一般而言,当管道流速在0.5~1.5m/s为经济 流速,若流体介质对侧壁磨损性较小,建议长期 流速大于3m/s,但应小于7m/s,此时可选取小于 管径的流量计. B、内衬材料选择 电磁流量计主要用于测量流体物质的流量, 而根据被测物质的腐蚀性、磨损性、温度及凝结 性等特点,应选择不同内衬材料的流量计. 2.1.3 电磁流量计所用的内衬材料及其特点 (1)天然橡胶,其耐温范围为-10℃~70℃, 耐磨损、绝缘性能好,耐腐蚀性能一般. (2)氯丁橡胶,较天然橡胶具有更好的弹 性,也更耐磨,但耐寒性较差. (3)聚氨脂橡胶,适用温度较天然橡胶更 低,可达-25℃. (4)丁晴橡胶,较天然橡胶更耐高温,更耐 磨,弹性较差,但耐油性能相当好. (5)聚四氟乙烯,是塑料的一种,它耐酸、 碱性能极好,但对部分液态氟、氧、臭氧等非常 态物质的腐蚀及负压等抵抗力较差,耐磨损性能 也较差. A、电极材料的选择 电磁流量计的电极装于其管道内壁,与被 测物质直接接触,故应根据被测物质的腐蚀性选 定.一般用于制造电极的材料包括:钛(Ti), 耐强酸性;

钽(Ta),测量精度高;

铂-铱(Pt- Yi)合金,耐腐蚀能力强;

哈氏合金C(HC), 可用于高温次氯酸盐、硫酸、硝酸的测量;

316L,耐腐蚀能力一般,但价格低廉. 在选择电磁流量计时,应根据测量的精密度 要求、被测物腐蚀性、价格承受能力来进行电极 材料的选取. B、其它参数的选择 电磁流量计的选择还应考虑防护等级、连接 法兰及电缆等因素. 电磁流量计的连接法兰选择应根据管道确 定,特别对于腐蚀性流体管道,不允许随意对管 道进行现场加工焊接,应慎重选择. 2.1.4 电磁流量计的安装 (1)安装准备工作 电磁流量计安装前,应仔细核对其参数,主 要核对其口径、内衬、电极等参数是否符合设计 要求,有集中BA控制的应确认其与控制系统的匹 配性. 在安装前,应对已安装好的管道进行防腐处 理,法兰接口处应清理干净,在确认被测物质流 向之后,按流量计上所标定的方向........