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化工装置中流量计原理与选型
发布时间:2016-06-02

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,它被广泛应用与冶金、电力、化工、石油、交通、环境保护及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;转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。
   流量的正确计量室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、漩涡运动等,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。本文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。
1电磁流量计
  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的流量的仪表,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作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。
电磁流量计工作原理图
  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是,不受流体温度、压力、密度、粘度及流体组份的影响,适合于对有悬浮固体粒子的污水、煤浆的流量、特别适合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的解决,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。为避免在管道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与任何时候均充满液体的地方,同时,该流量计的型号较为微弱,因而在使用时应注意外来干扰对其测量精度的影响,变送器应安装在原理一切磁源的地方,不允许有振动。
2涡轮流量计
  涡轮流量计是之中速度是流量仪表,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,被广泛用于化工生产中。
  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,并冲恍轮叶片是,便有与流量qν、流速V和流体密度ρ乘积成比例的力作用在叶片上,推动涡轮旋转。在涡轮旋转的同事,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,经前置与放大器放大后,送人显示仪表,就实现了流量的测量。
涡轮流量计结构图
  在化工装置选型与使用时应注意:流量计本体好选用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,特别是轴承出,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精度,但因注意,了流量计精度越高,对现场使用条件的变化就越敏感,因此,安装涡轮流量计是,前后管道法兰要求水平,否则管道应力对流量计影响很大。传感器安装在武强磁干扰与热辐射影响的场所,应便于维修并避免管道震动。
3差压式流量计
  差压式流量计是根据安装与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。
  差压式流量计是由三部分组成:(1)将被测液体的流量转换成差压信号的节流装置;(2)传输差压信号的信号管道;(3)测量差压值的差压仪或差压变送器及显示仪表。通常以检测件的形式对差压式流量计分类,如孔板流量计、文丘里管流量计及匀速管流量计等。
   在化工装置选型与使用差压式流量计时应注意:差压式流量计的安装应包括节流装置、差压引压管、差压计三部分。在测量液体流量时,为防止液体中有气体进入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入导压管,则差压计应安装在节流装置上方,测量水蒸气是,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,长度好在16mm以内。压差引压导管应垂直或倾斜敷设,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,并在高点与低点装设集气器(或排气阀)和沉淀器(或排污阀)。严寒地区差压引压导管应加防冻保护,同时要防止过热,否侧差压引压导管中流体汽化会产生假差压。
4转子流量计
  转子流量计为地中等精确度仪表,属于变面积式流量计的换一种。转子流量计是以浮子在垂直椎管中随着流量变化而升降,改变他们之间的流通面积来进行测量的体积流量仪表。一般分为玻璃转子流量计金属转子流量计,转直观流动指示或测量精确度要求不高的现场指示仪表,转子流量计被广泛地用在化工行业。
  转子流量计适合对中、小口径中流体和雷诺数较低的流体的流量测量。转子流量计压力损失较低,有较宽的流量范围度,一般10:1,低为5:1,高为25:1。
  选型与使用时应注意:转子流量计主要测量对象是单相流体或气体,液体中含有微粒固体或气体中含有液滴通常不使用。玻璃转子流量计应选带有透明防护罩,一旦玻璃椎管破裂,可挡住流体正向散溅,以做经济处理。用于气体时应选用导杆或带楞筋导向的仪表,以避免操作不慎浮子击碎锥管。
   转子流量计必须垂直安装在无振动管道上,流体自下而上流过仪表,其中心线与铅垂线间夹角一般不超过5°。仪表安装时无严格上游直管段长度要求,如被测介质含颗粒状杂质,应在仪表上游装过滤器。为保证在长期使用过程中测量精度,要注意保持浮子和锥管的清洁,特别是小口径仪表,必要时可设置冲洗配管,特别是小口径仪表。必要时可设置冲洗配管,定时冲洗。
5热式质量流量计
   热式质量流量计是利用传热原理,即流动中的流体与热源(流体中加热的物体或测量管外加热体)之间热量交换关系来测量流量的仪表。热式质量流量计目前主要用于测量气体。
   热式流量仪表主要有两种:(1)利用流动流体传递热量改变测量管壁温度分布的热传导分布效应的热分布式流量计;(2)利用热消散(冷却)效应的金氏定律的热式质量流量计。
   选型使用时应注意:与其他流量计相比,热式质量流量计具有中等测量精确度,使用与低流速范围测量,因其响应时间长,不适应脉动流流量测量;在测量气体时流体温度变化并不影响质量流量,但温度变化过大,比热容的变化会导致量程变化;热式质量流量计只能用于测量洁净单相流----气体或液体,用气体的型号不能用于液体,反之亦然。对于热分布式气体还必须是干燥气体,不能含有湿气。安装中大部分热式质量流量计的流量传感器可任何姿势(水平、垂直或倾斜)安装,其性能不受安装姿势影响,通常认为热分布式无上下游直管段长度要求,但应注意带测量管的浸入式流量传感器和插入式仪表需要一定长度前置直管段。
6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确作用,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这方面的技术,同时还应考虑经济因素,归纳起来有五个方面因素,即性能要求,流体特性、安装要求、环境条件和费用。

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