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流量仪表选型与供热中的应用
发布时间:2019-11-28

【摘要】流量仪表是过程自动化仪表与装置中的重要仪表之一。在工业生产过程中,流量测量对生产的经济性、安全性都是非常重要的。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。为了准确快速地在众多流量仪表中选择最佳的流量仪表,文中首先介绍了流量仪表的类型、工作原理、选型标准,然后结合现场工程应用分析了流量仪表选型的正确步骤,最后总结出适合在供热行业中应用流量仪表的总体思路。
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。流量又是热工参数中最难测量的一个参数,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确作用,因此合理的选择流量测量及相关仪表是至关重要的。同时不同流量测量对象有各自不同的测量目的,在仪表性能方面则应有其不同侧重点。例如商贸核算和储运对精确度要求较高;连续测量过程控制通常只要求良好的可靠性和重复性,有时还要求宽的范围度,而对测量精确度要求还放在次要地位;批量配比生产则希望有好的精确度等。目前,市场上大约有超过100种不同的流量仪表,随着科学技术的发展,新型的流量仪表还在不断涌现。然而,没有一种流量仪表是“放之四海而皆准”的。为此,用户应当首先了解流量仪表的性能特点,再结合所应用场合的工况条件,最终才能选择性价比合适的产品。
1.流量仪表的类型及特性
  流量仪表的分类方法很多,至今国内外还没有统一的标准。表1列出了工业生产过程中常用的流量仪表的型式及其主要性能特点。下面分别作简要介绍。
2.常用流量仪表的工作原理
(1)差压式流量计:差压式流量计是在管道中安装节流装置或动压测量装置,而这些装置输出反映流量或流速的差压信号。
(2)容积式流量计:容积式流量计在进行流量测量时相当于一个标准容器,在测量的过程中,它连续不断地对流体进行度量,流量的大小与仪表度量的次数成正比。容积式流量计的原理比较简单,适于测量高粘度、低雷诺数的流体。
(3)速度式流量计:速度式流量计主要通过测量管道截面上流体平均流速来测量流体流量。其中涡轮式:流体作用下的涡轮叶轮受力旋转,使检测线圈中产生感应电动势,由感应电动势换算成流体的流量;涡街式:利用流体会在管道中的阻流体两侧交替地分离释放出规则的漩涡,漩涡分离频率正比于管道内的平均流速,由此可测量流体的流量;电磁式:导电性液体在垂直于磁场的非磁性测量管内流动,切割磁力线,在其两端产生感应电动势,由感应电动势换算成流体的流量;超声式:测量原理分为时差法与多普勒法,时差法利用声波在流体顺流方向与逆流方向的传播速度差与被测流体流速之关系求取流速;多普勒法是利用静止点检测从移动源发射波产生多普勒频移用来测量流量。
(4)科里奥利质量流量计:利用流体在直线运动的同时处于一旋转系中,产生与质量流量成正比的科里奥利力,根据此原理制成一种直接时质量流量仪表。

3.流量仪表的主要技术参数
(1)流量范围:流量范围指流量计可测的最大流量与最小流量的范围。
(2)量程和量程比:流量范围内最大流量与最小流量值之差称为流量计的量程。最大流量与最小流量的比值称为量程比,亦称流量计的范围度。
(3)允许误差和精度等级:流量仪表在规定的正常工作条件下允许的最大误差,称为该流量仪表的允许误差,一般用最大相对误差和引用误差来表示;流量仪表的精度等级是根据允许误差的大小来划分的,其精度等级有:0.02、0.05、0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5等。
(4)压力损失:压力损失的大小是流量仪表选型的一个重要技术指标。压力损失小,流体能消耗小,输运流体的动力要求小,测量成本低。反之则能耗大,经济效益相应降低。故希望流量计的压力损失愈小愈好。
4.流量仪表选型的关键影响因素
  流量仪表的选型对仪表能否成功使用往往起着很重要的作用,因此选择流量仪表时应结合多方面影响因素,扬长避短,选择最合适的仪表。一般选型应从以下几方面影响因素进行考虑:
(1)首先须考虑流量计量的用途:不同的测量目的,在仪表性能方面有其不同侧重点。例如商贸核算和储运对精确度要求较高;连续测量过程控制通常只要求良好的可靠性和重复性,有时还要求宽的范围度,而对测量精确度要求还放在次要地位;批量配比生产则希望有好的精确度。
(2)被测流体的特性:流体的温度、压力、密度、粘度、化学腐蚀、磨蚀性、结垢、混相、相变、电导率、声速、导热系数、比热容,等熵指数等;
(3)满足工艺的要求(满足工艺的流量变化范围、工艺对压力损失的影响等)以及国家规范及计量部门对介质流量计量的要求,从而确定流量仪表的性能:准确度、重复性、线性度、范围度、流量范围、信号输出特性、响应时间、压力损失等;
(4)现场条件的安装要求:管道布置方向,流动方向,检测件上下游侧直管段长度、管道口径,维修空间、电源、接地、辅助设备(过滤器、消气器)的安装等;要使流量计能准确地进行测量,必须满足所规定的直管段长度,并考虑是否满足耐温、耐压、抗振动及安全保护问题等影响仪表安装的因素。
(5)仪表使用后周围环境条件等的影响:主要从环境温度、湿度、电磁干扰、安全性、防爆、管道振动等方面进行考虑,还须考虑仪表的日常维修、维护、更换是否方便。
(6)经济因素方面的影响:仪表购置费、安装费、运行费、校验费、维修费、仪表使用寿命、备品备件等。有时计量部门要求配置的仪表系统所需经费往往与实际所给的费用有差距,这时只能根据经费选择合适的仪表。
5.流量仪表的选型准则
  分析了上述仪表选型影响因素后,选择某个具体工程的流量仪表时应尽可能满足如下准则:
(1)流量仪表的重复性要好;(2)流量测量系统的总准确度较高;(3)流量计本身有相当强的流动调整能力,要求较短的直管段,无需流动调整器;(4)总的永久压力损失要小、耗能费要少;(5)流量测量的量程比要较宽;(6)流量计本身有自清扫能力,可测量脏污流体,无需过滤器;(7)流量计本身耐受流体腐蚀能力要强,性能要长期稳定,可靠耐用;(8)流量计本身故障率要小,维护与修理费用要少;(9)流量计本身无可动部件,检定周期较长,使用寿命较长;(10)流量计的购置费与校准费要适中,安装与运行花费要少。
  在具体工程中还应根据工程的特点选择合适的流量计,并不需要完全满足上述选型准则,比如在供热管网前端的间供热力站的一次侧流量计量,此时就没必要选择永久压力损失小的流量仪表,应跟据工艺的压力损失要求进行选择即可。
6.流量计在供热工程中的应用
  流量仪表的选型是科学的、系统的系统工程,应通过分析流量仪表的类型、工作原理、影响因素,结合现场实际工况做出正确的选择。
  在供热管网中一般需要对两种介质进行流量计量:蒸汽及热水。
对于蒸汽计量:
  在热电联厂行业内,一般均采用打孔抽汽的方法抽取低压过热蒸汽和热网循环水进行一级换热,此时需要对低压过热蒸汽进行计量,该参数仅为考核电厂内的运行管理,不作为贸易结算用,因此此时的流量计量要有较低的压力损失,较短的安装直管段,并且根据供热系统性质要求流量计量程比较宽,因此根据表1可知应选择弯管流量计或涡街流量计较为合适,而孔板和喷嘴等延循电厂的观念采用较多,但随着认识水平的提高,必然选择弯管流量计或涡街流量计,对于这两种流量计的比较可知,涡街流量计的安装要求较高,同时维护费用较高,涡街流量计的耐温能力较低,因此可采用弯管流量计。
  对于蒸汽锅炉产生蒸汽量的计量,就需根据工艺要求压力损失的情况进行选择,并且如果蒸汽计量作为贸易结算表来用时,此时采用涡街流量计和流量孔板及喷嘴的较多。
  对于热水计量:因为供热管网的热水计量一般为高温水,同时供热管网的热水较脏,因此选用电磁流量计较为理想。同时有时供热管网的全网自控系统有时也采用一次侧流量控制的方式,此时流量计量是用来作为控制量的,此时采用实时性很好的电磁流量计更为理想。当然还应根据管网中计量介质的流速进行选择合适的流量计,电磁流量计不使用于较低流速的流量计量。
  随着我国供热计量收费的发展,热量表的安装与选择成为了今后仪表工作人员的重要工作,我国目前常用的热量表还是以超声波热量表为主,而没有采用电磁流量计作为流量检测元件,主要是认为热水有消磁的性能,以及电磁流量计以受到外界电磁干扰,但超声波流量计的精度等级较低,一般不应作为贸易结算表来用,因此从贸易结算表的精度等级上来说还应该采用电磁流量计作为流量检测元件。
7.结语
  随着生产工艺复杂程度和自动化程度的提高,会对流量测量及控制提出更新、更高和更多的要求,如特大口径、特大流量测量;超微小流量测量;高温介质的流量测量;超低温介质的流量测量等等。近年来,核磁共振流量计、放射性同位素流量计等新仪表已日臻完善,流量测量准确度在不断提高。应根据工程的实际情况权衡利弊,慎重做出选择,不要盲目根据经验做出判断。
  流量仪表的选型应以工程的实际情况为依据,对现场的安装充分重视,充分考虑流量仪表的影响因素,不局限于常规标准化仪表的选用,可考虑采用新型流量仪表的可能性,从而使流量仪表的选型能够最终成为符合现场工程的高性价比的合适产品。

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