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化工装置常用流量计原理及选型
发布时间:2019-03-25

摘要:面对各种的流量计,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。在化工装置中要正确和有效地选择、使用流量测量方法和仪表,必须熟悉流量仪表和生产过程流体特性这两方面的技术,同时还应考虑经济因素。本文介绍了化工装置中电磁流量计、涡轮流量计、差压式流量计的工作原理、安装方法、选型及使用与维护维修方法。分析了流量计的选型和安装要考虑的因素,指出了今后流量计的发展和应用方向。
0引言
  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前提条件,在提高生产效率,保障生产安全和杜绝能源浪费等方面有重要作用。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。
1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与规格。
  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。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。
1.1电磁流量计
1.1.1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的影响,变送器应安装于远离一切磁源的地方,不允许有振动。
  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。
  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。
  随着工业对仪器仪表的需求增加,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,如石油、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。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。
1.1.2电磁流量计的安装
  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安装。
1.2涡轮流量计
  涡轮流量计是一种速度式流量仪表,由于具有测量精度高、反应速度快、测量范围广、价格低廉、安装方便等优点,被广泛应用于化工生产中。
  涡轮流量计广泛应用于以下一些测量对象:石油、有机液体、无机液、液化气、天然气、煤气和低温流体等。涡轮流量计由涡轮、轴承、前置放大器、显示仪表组成。涡轮变送器的工作原理是当流体沿着管道的轴线方向流动,并冲击涡轮叶片时,便有与流量、流速和流体密度乘积成比例的力作用在叶片上,推动涡轮旋转。在涡轮旋转的同时,叶片周期性地切割电磁铁产生的磁力线,改变线圈的磁通量。根据电磁感应原理,在线圈内将感应出脉动的电势信号(此脉动信号的频率与被测流体的流量成正比)。涡轮变送器输出的脉冲信号,经前置放大器放大后,送入显示仪表,就实现了流量的测量。
  在化工装置中选型与使用应注意:流量计本体最好选用316不锈钢材料以防腐;应注意确保被测介质对涡轮不能有腐蚀,特别是轴承处,否则应采取措施,在一般化工场所应优先考虑轴承使用聚四氟乙烯、碳石墨材料。安装涡轮流量计前,管道要清扫,被测介质不洁净时,要加过滤器,否则涡轮、轴承易被卡住,测不出流量来。变送器应水平安装,避免垂直安装,并保证其前后有适应的直管段,一般前10D,后5D。选用涡轮流量计主要是看中其高准确度,但应注意,流量计准确度愈高,对现场使用条件的变化就越敏感,因此安装涡轮流量计时,前后管道法兰要水平,否则管道应力对流量计影响很大。传感器安装应便于维修并避免管道振动、无强电磁干扰与抗辐射影响的场所。
气体涡轮流量计选型要从以下几个方面考虑:
1)气体密度。对气体涡轮流量计,流体物性的影响主要是气体密度。它对仪表系数的影响较大,且主要在低流量区域。若气体密度变化频繁,要对流量计的流量系数采取修正措施。
2)流量范围。涡轮流量计流量范围的选择对其准确度及使用年限有较大的影响,并且每种口径的流量计都有一定的测量范围,流量计口径的选择也是由流量范围决定的。对于每日仪表实际运行时间不超过8小时的断续工作场合,选择实际使用时最大流量的1.3倍作为流量范围上限;对于每日仪表实际运行时间不低于8小时的连续工作场合,选择实际使用时最大流量的1.4倍作为流量范围上限。仪表下限流量以实际使用最小流量的0.8倍为合适。
3)压力损失。尽量选用压力损失小的涡轮流量计。
4)准确度等级。一般来说,选用涡轮流量计主要是看中其高准确度。但是流量计准确度愈高,对现场使用条件的变化就愈敏感,所以,对仪表准确度的选择要慎重,应从经济角度考虑。对于大口径输气管线的贸易结算仪表,在仪表上多投入是合算的。而对于输送量不大的场合选用中等精度水平的即可。
5)结构型式。内部结构宜选用反推式涡轮流量计。因为反推式结构在一定流量范围内可使叶轮处于浮游状态,轴向不存在接触点,无端面摩擦和磨损,可延长轴承的使用寿命。按管道连接方式选型,流量计有水平和垂直安装两种方式,水平安装与管道连接方式有法兰连接、螺纹连接和夹装连接。中等口径选用法兰连接,小口径和高压管道选用螺纹连接,夹装连接只适用于低压中小管径,垂直安装只有螺纹连接。按环境条件选型,考虑温度、湿度的影响。天然气计量要选择本安型防爆涡轮流量计。
1.3差压式流量计
  差压式流量计是根据安装于管道中流量检测件产生的差压、已知的流体条件和检测件与管道的几何尺寸来测量流量的仪表,是早期大量使用的一种测量流量的计量仪表。差压式流量计由三部份组成:1)将被测液体的流量变换成差压信号的节流装置;2)传输差压信号的信号管路;3)测量差压值的差压仪或差压变送器及显示仪表。通常以检测件的型式对差压式流量计分类,如孔板流量计、文丘里管流量计及均速管流量计等。
  在化工装置选型与使用中,斟选差压式流量计时应注意:差压式流量计压损大,测量范围度窄,一般为3∶1或4∶1,测量的重复性、准确度在流量计中属中等水平。差压式流量计的安装应包括节流装置、压差引压导管、差压计三部分。在测量液体流量时,为防止液体中有气进人并存在导压管内及防止液体中有沉淀物析出,差压计应安装在节流装置的下方,测量气体流量时为防止液体污物或灰尘进人导压管,则差压计应安装在节流装置上方,测量水蒸汽时要保持两根引压管内的冷凝液柱高度相等,防止高温蒸汽与差压计直接接触。压差引压导管的材质应按被测介质的性质和参数确定,其内径不小于6mm,长度最好在16mm以内。压差引压导管应垂直或倾斜敷设,其倾斜度不小于1∶12,粘度高的流体,其倾斜度应更大。当压差引压导管长度超过30m时,导压管应分段倾斜,并在最高点与最低点装设集气器(或排气阀)和沉淀器(或排污阀)。严寒地区压差引压导管应加防冻保护,同时要防止过热,否则压差引压导管中流体汽化会产生假差压。
2结束语
  流量仪表大都需要适合的测量介质和工况条件为依托方可发挥正常作用,只有优势而没有缺点的流量仪表现今是不存在的,合理的选择仪表对于现场工程师和管理者是至关重要的。综上所述,在化工装置中要正确和有效地选择、使用流量测量方法和仪表,必须熟悉流量仪表和生产过程流体特性,同时还应考虑经济因素,归纳起来为五个方面因素,即性能要求、流体特性、安装要求、环境条件和费用。总之,没有一种测量方式或流量计对各种流体及流动情况都能适应,不同的测量方式和结构,要求不同的测量操作、使用方法和使用条件,每种型式都有它特有的优缺点。因此,应在对各种测量方式和仪表特性作全面比较的基础上选择适于生产要求的,既安生可靠又经济耐用的最佳型式。

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