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流量仪表的选型方案探讨
发布时间:2019-12-02

摘 要:针对化工企业流量仪表选型困难的问题,介绍了旋进流量计转子流量计的工作原理,并将这两种流量计进行了特性对比,得出了在中小管径中含颗粒物的化工介质、密度发生变化的介质工况下,旋进流量计比转子流量计更有优势的结论。
0 引言
  在化工企业中,流量仪表在生产过程控制、能源计量等活动中是非常重要的测量设备,它的选型和配置是否合理将直接影响化工运行效率和产品质量。因此,针对不同的测量目的、实际工况、介质参数等,仪表的配置选型非常重要。
由于仪表种类繁多,仪表选型要依据测量介质、仪表工作特性进行综合考虑,结合现场经验设计最有效的解决方案。通常情况下,选用没有运动部件的流量仪表,这种仪表在现场使用中更稳定、更可靠。结合笔者多年的现场使用情况得出以下结论:在中小管径中,含颗粒物的化工介质、密度发生变化的介质在流量仪表的使用效果上,旋进流量计比转子流量计更有优势。
1 测量原理
1.1 旋进流量计(旋进旋涡流量计)
  旋进流量计(图1)原理上属于流体振动速度型流量计,它是在流量计内部植入一个起旋器,当流体通过起旋器后迫使流体沿轴旋转并形成漩涡流,旋转的中心形成涡核,涡核在回流作用下形成二次螺旋形旋转。这种二次旋转的频率与流量呈正比,流量计形状设计合理时,在很宽的流量范围内,频率与流量呈线性关系,通过测量得到旋转流体频率就可以求得流体的体积流量。
旋进漩涡流量计图示
Qv=K/ f
式中,Qv为体积流量(m3/ s);f为旋涡频率(Hz);K为流量计仪表系数(脉冲数/ m3)。
  旋转频率由信号检测体(压电)测得,通过信号处理器被转换成4~20 m A的标准电流输出信号,也可以不经转换直接输出脉冲频率信号。旋进流量计原理如图2所示。
旋进漩涡流量计原理图
1.2 转子流量计
  转子流量计(图3)的工作原理:通过改变流体的流通面积,保持转子上下的差压恒定,故又称为变流通面积恒差压流量计,也称为浮子流量计。测量部分流向自下而上为倒锥管,浮子随流量大小悬停在任何位置,浮力+差压力=重力。流量增大时,浮子上移则流通面积增大,通过改变流通面积实现恒差压。
转子流量计图示
2两种流量计特性比对
  旋进流量计和转子流量计的特性对比如表1所示。

  通过表1的对比分析,根据仪表优缺点可知,在流量较小时,这两种流量计从原理上说都可以选择,但在实际运用中有差异。
转子流量计的小流量测量必须选择轻质材料(塑料等)的浮子,而且浮子通过上下运动工作,会造成以下几个主要缺陷:
(1)不能耐受介质冲击,如果流量波动大(例如阀门快速开启),浮子太轻会被吹翻或卡在轨道上,造成损坏无法工作;
(2)带有一些颗粒物(有一定黏性)的介质,会附着在浮子上,造成计量误差或无法工作,严重时浮子被卡住形成断流,带来严重的安全隐患。
(3)转子流量计的浮子是根据被测介质的密度设计,当被测介质的密度与设计密度发生变化时,必须及时修正。如果测量介质的密度发生了变化或者测量变组分的介质,转子流量计都不能准确计量甚至得到的是无效的计量数值。
(4)通常情况下,转子流量计必须垂直安装,限制了现场管道的位置。
而旋进流量计鉴于它的原理和特性,正好可以规避上述问题,同时具有和转子流量计相同的优点,完全可以取代转子流量计,且使用寿命更长、计量精度更准确。
3现场应用案例分析
3.1某厂纺丝装置的现场应用案例
  鉴于旋进流量计在测量小流量方面的突出优势,某厂在2016年的老区纺丝车间试用了3台旋进流量计,具体情况如下:
之前用转子流量计测量中和浴液(含H2SO4/Na2SO4),DN25口径测量范围为1~5m3/h,由于压缩机工作时压力不稳定,经常会造成转子流量计的浮子在冲压下被打翻,造成卡壳,无法计量介质。经研究发现,由于该位置的流量很低,一般流量计的下限无法满足测量需求,但是旋进流量计的下限更低,DN20口径的测量范围为0.4~6m3/h,优于转子流量计的测量范围(2~16m3/h)。经过多方商讨,将转子流量计改为旋进流量计。经过一年的使用观察,现场实际使用效果良好,解决了一个工艺难题。
  随后,该厂陆续在新区甲醇、醋酸乙烯装置、纺丝、PVA等车间装置进行了旋进流量计替换转子流量计的改造工作,总数超过40套,且运行效果明显。
3.2蒸汽管线分支,小管径、低流速的测量应用
  该流量计应用位置处于蒸汽管线分支,DN20管径,蒸汽温度180℃,常用流量25kg/h,原先工厂选用的是金属转子流量计,在垂直管道上安装,由于管线较长、保温层老化等原因,管道中存在少量凝结水,随着蒸汽高速流动,对转子造成冲击进而损坏仪表。选用其他流量计又无法解决小流量准确测量问题,最终选用安装了旋进流量计解决了该问题。
某石化装置选用旋进流量计解决了直管段不足等流场问题,如图4所示。

4结语
  综上所述,在中小管径中含颗粒物的化工介质及密度发生变化的介质,在流量仪表的使用效果上,旋进流量计比转子流量计更有优势。我们更应注意在流量仪表的实际选型工作中,要了解仪表的原理和特性,关注测量介质的状态参数,并积极和有经验的仪表制造厂商进行技术联络,以便做出最优的仪表选择。

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