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简述流量测量方法和仪表的选择考虑因素

  流量检测办法和仪器品种繁多,其分类 办法亦多。按检测目标区分就有关闭管道用和明渠用两大类。按检测意图又可分为总量检测和流量检测,其仪器别离称作总量表和流量计。按检测原理分为力学原 理、热学原理、声学原理、电学原理、原子物理学原理等。
 
1.考虑要素和挑选进程
 
要正确和有效地挑选流量检测办法和仪器,有必要了解被测目标流体特性和仪器两方面的情况,还应考虑如图1所示双框内五个方面要素和挑选进程。
 
1.1 承认是否真实要求设备流量仪器
 
假如仅希望知道流体是否在管道中活动或大约流量,那么选用活动窥视窗(flow sight)或活动指示器(flow indicator)就能以较低的费用到达意图。
 
1.2 初选检测办法和仪器
 
断定有必要设备流量仪器后,首要按照流体特性采纳排除法在初选表上舍去不能和不宜选用的办法,然后选几种检测计划,作为第二步深化考虑和剖析。
 
流量检测办法和仪器初选表
 
1.3 剖析各要素
 
按初选计划向仪器厂索取样本、技能数据、选用手册或运用说明书等,充沛了解仪器功用规范,再别离按五个方面的问题逐个剖析,列表比较。
 
2.6线性度
 
流量仪器输出有线性和非线性二种。大部分流量仪器的非线性差错不独自列出,包含在根本差错内。关于宽流量规模脉冲输出用作总量积算的仪器,线性度是一个重要目标,使有可能用一个仪器常数。线性度差就要下降仪器精度。
 
作为管道流量配比,热量计用温度差和流量相乘,以及流量相加,应挑选线性输出仪器,以简化计算进程。
 
2.7上限流量的流量规模
 
上限流量也称温度流量。应按被测管道运用流量规模和待选仪器 的上限流量和下限流量来选配仪器口径,而不是简略地按管道通径配用。尽管一般管道流体最大流速是按经济流速(例如水等低粘度液体为1.5~3m/s)来设 计的,而大部分流量仪器上限流量流速挨近或略高于管道经济流速,因而仪器挑选口径与管径相同的时机较多。
 
但关于生产能力分期添加的工程规划,管网往往按全能力规划,运转初期物流量小,应按流量设备较小口径仪器以相适应。不然仪器运转于下限流量邻近所添加检测差错的经济丢失,可能大大地超越改装仪器的费用。
 
同一口径不同类型仪器上限流量的流速受作业原理和结构所束缚,不同很大。以液体为例,玻璃碓管浮子流量计的上限流量 流速最低,为0.5~1.5m/s,容积式流量计为2.5~3.5m/s,智能涡街流量计较高为5.5~7m/s,智能电磁流量计最宽为1~7m/s(乃至 0.5~10m/s)。
 
液体的上限流量还需结合作业压力一起考虑,不要使仪器发作气穴现象。
 
有些仪器订购以后,其流量值不能改动,如容积式仪器和浮子流量计等;差压式仪器孔板等一般规划断定后下限流量不能改动,但上限流量可以调整差压变送器量程以相适应;有些仪器(如某些类型电磁流量计和超声流量计)可不经实流校准,用户自行设定新流量上限值就能运用。
 
2.8 规模度(turn down)和(可调)上限规模度(rangeability)
 
“turn down”和“rangeability”是ISO11631新分立的两个术语[1],原来此两词是同义的。
 
规模度(turn down)界说为“在规矩的精确度等级内最大量程对最小量程之比”,曾经习称量程比。其值愈大流量规模愈宽,上限规模度(rangeabilify)界说 为“最大上限值与最小上限值的比值”。线性仪器有较大规模度,一般为10:1,非线性仪器则较小,一般仅3:1。一般进程操控和交易计量规模度窄可满意要 求,但亦有交易计量要求宽规模度的,如食堂炊用蒸汽供应量,自来水厂冬夏供水量等。近年对规模度窄的流量计如差压式流量计采纳许多新技能使其规模度拓展, 但仪器价格相应增高较多,在选用时需权衡之。关于像电磁流量计乃至用户可自行调整流量上限值,上限可调比(最大上限值和最小上限值之比)可达10,再乘上 所设定上限值20:1的规模度,一台仪器扩展含义的规模度(即考虑上限可调比)可达(50~200):1,还有些类型仪器具有主动切换流量上限值功用。
有些制造厂为显现其规模度宽,不恰当地把上限流量提得很高,液体流速高达7~10m/s,气体为50~75m/s,实际上这么高流速一般是用不上的。不要为这样宽的规模度所利诱,规模度宽是要使下限流量的流速更低些才好。
 
2.9压力丢失
 
除无阻止流量传感器(电磁式、超声式)外,大部分流量传感器在仪器表体内有固定或活动部件,流体流经这些阻力件将产 生不行康复压力丢失,其值有时高达数十千帕,压损大可能约束管道的流转能力,因而有些检测目标提出压力丢失的最大答应值,它是仪器选型的一个约束条件。对 于大口径流量计压力丢失形成的附加能耗可能恰当可观,宁可挑选压损小价格贵的流量计而不选用价廉压损大的流量计。关于高蒸汽压的液体(如某些碳氢液体)大 压损使流量计下流压力降至蒸汽压会发作气穴现象,它使检测差错大幅添加乃至损坏仪器部件。
 
2.10输出信号特性
 
流量计的信号输出显现有几种:(1)流量(体积流量或质量流量)(2)总量(3)均匀流速(4)点流速。亦可分为模拟量(电流或电压)和脉冲量。模拟量输出适合于进程操控,与调节阀接配,但较易受搅扰;脉冲量适用于总量和高精度检测,长距信号传输不受搅扰。
 
2.11 呼应时刻
 
运用于脉动流场所应留意仪器对活动阶跃改动的呼应。有些运用场所要求仪器输出跟从活动改动,而另一些为取得归纳均匀 值要求有较慢呼应的输出。瞬态呼应(transient response)常以时刻常数几毫秒到几秒,或呼应频率数百赫等以下表明。配用显现仪器可能要恰当大地延长呼应时刻。有人以为仪器流量添加和流量减小的 动态呼应不对称,会急剧添加检测差错。
 
3. 流体特性方面的考虑。
 
3.1 流体温度和压力
 
有必要界定流体的作业温度和压力,特别在检测气体时温度压力形成过大的密度改动,可能要改动所挑选的检测办法。如温度或压力改动形成较大活动特性改动而影响检测功用时,要作温度和(或)压力批改。
 
3.2 密度
 
大部分液体运用场合,液体密度相对安稳,除非密度发作较大改动,一般不需求批改。
 
在气体运用场合,某些仪器的规模度和线性度取决于密度。低密度气体对某些检测办法,例如运用气体动量推动检测元件(如涡轮)作业的仪器呈现困难。
 
3.3 粘度和润滑性
 
有些仪器功用跟着雷诺数而变,而雷诺数又与粘度有关。在点评仪器适应性时,要把握液体的温度-粘度特性。气体与液体不同,其粘度不会因温度和压力改动而显著地改动,其值一般较低,除氢气外各种气体粘度不同较小。因而切当的气体粘度并不像液体那样重要。
 
粘度对不同类型流量仪器规模度影响趋势各异,例如对大部分容积式仪器粘度添加规模度增大,涡轮式和涡街式则相反,粘度添加规模度缩小。
 
润滑性是不易点评的物性。润滑性对有活动检测元件的仪器非常重要,润滑性差会缩短轴承寿数,轴承工况又影响仪器运转功用和规模度。
 
3.4 化学腐蚀和结垢
 
流体的化学性有时成为挑选检测办法和仪器的决定要素。流体腐蚀仪器触摸件,外表结垢或分出结晶,均将下降运用功用和寿数。仪器制造厂为此常供给变型产品,例如开发防腐型、加保温套避免分出结晶,设备除垢器等防范措施。
 
3.5 压缩系数和其它参量
 
检测气体需求知道压缩系数,按工况下压力温度求取密度。若气体成分改变或作业挨近超临界区,则只能在线检测密度。
 
某些检测办法要考虑流体特性参量,如热式流量计的热传导和比热容,电磁流量计的液体电导率
 
3.6 多相和多组分流
 
检测多相和多组分活动应非常慎重对待。经历表明,单相通用流量仪器用于多组分或多相流体,检测功用会改动(或大幅度改动)。
 
单工质流体有时也会呈现双相,例如湿蒸汽中水微粒跟着蒸汽活动,环境温度或介质压力违背原定情况,仪器就可能不适应。
 
检测两种或两种以上不相溶液体汇流混合液流量时,应留意存在流速不均匀,使活动成为分层或块状流等带来的问题。
 
检测液固双相流时要了解固相含量、粒子巨细和固体性质以及活动情况(悬浮流、管底流、动床流还是淤积流?)。检测气液双相流时尽可能选用分离后分相检测,以确保取得最小检测不断定度,但是对有些场合这种办法不切实可行或不符合要求。
 
4 设备方面的考虑
 
不同原理的检测办法对设备要求差异很大。例如上游直管段长度,差压式和涡街式需求较长,而容积式浮子式无要求或要求很低。
 
(1)管道安置和仪器设备方向
 
有些仪器水平设备或垂直设备在检测功用会有不同。仪器设备有时还取决于流体物性,如浆液在水平方位可能沉积固体颗粒。
 
(2)活动方向
 
有些流量仪器只能单向作业,反向活动会损坏仪器。运用这类仪器应留意在误操作条件下是否可能发作反向流,必要时装逆止阀保护之。能双向作业的仪器,正向和反向之间检测功用亦可能有些差异。
 
(3)上游和下流管道工程
 
大部分流量仪器或多或少受进口活动情况的影响,有必要确保有杰出活动情况。上游管道安置和阻流件会引进活动扰动,例如二个(或二个以上)空间弯管引起漩涡,阀门等部分阻流件引起流速散布畸变。这些影响可以以恰当长度上游直管或设备活动调整器予以改进。
 
除考虑紧接仪器前的管配件外,还应留意更往上游若干管道配件的组合,由于它们可能是发作与最挨近配件扰动不同的扰动 源。尽可能摆开各扰动发作件的间隔以削减影响,不要接近衔接在一起,象常常看到单弯管后紧接部分敞开的阀。仪器下流也要有一小段直管以减小影响。 气穴和凝聚常是不良管道安置所引起的,应避免管道直径上或方向上的急剧改动。管道安置不良还会发作脉动。
 
(4)管径
 
有些仪器的口径规模并不很宽,约束了仪器的选用。检测大管径、低流速,或小管径、高流速,可选用与管径尺度不同口径的仪器,并以异径管衔接,使仪器运转流速在规矩规模内。
(5) 保护空间
 
保护空间的重要性常被忽视。一般来说,人们应能进入到仪器周围,易于修理和能有互换整机的方位。
 
(6)管道振荡
 
有些仪器(如压电检测信号的涡街式、科里奥利质量式)易受振荡搅扰,应考虑仪器前后管道作支撑等规划。脉动缓冲器虽可铲除或减小泵或压缩机的影响,但是一切仪器还是尽可能远离振荡或振荡源为好。 (7)阀门方位
 
操控阀应装在流量仪器下流,避免其所发作气穴和流速散布畸变影响,装在下流还可添加背压,削减发作气穴的可能性。
 
(8)电气衔接和电磁搅扰
 
电气衔接应有抗杂散电平搅扰的能力。制造厂一般供给衔接电缆或提出类型和主张衔接办法。信号电缆应尽可能远离电力电缆和电力源,将电磁搅扰和射频搅扰降至最低水平。
 
(9)防护性配件
 
有些流量仪器需求设备确保仪器正常运转的防护设备。例如:盯梢加热以避免管线内液体凝聚或测气体时呈现冷凝;液体管道呈现非满管流的检测报警;容积式和涡轮式仪器在其上游装过滤器,等等。
 
(10)脉动流和非定常流
 
常见发作脉动的源有定排量泵、往复式压缩机、振荡着的阀或调节器等。大部分流量仪器来不及跟从记载脉动活动,带来检测差错,应尽量避开。运用时应注重并别离处置检测仪器和显现仪器,检测仪器方面在管线中装充气式缓冲器(用于液体)或阻流器(用于气体)。
 
5 环境条件方面的考虑
 
(1)环境温度
 
环境温度超越规矩要影响仪器电子元件而改动检测功用,因而某些现场仪器需求有环境受控的外罩;假如环境温度改动要影响活动特性,管道需包上绝热层。此外在环境或介质温度急剧改动的场合,要充沛估计仪器结构材料或衔接管道安置所受的影响。
 
(2)环境湿度
 
高湿度会加速仪器的大气腐蚀和电解腐蚀,下降电气绝缘;低湿度简单感生静电。
 
(3)安全性
 
运用于爆炸性危险环境,按照气氛适应性、爆炸性混合物分级分组、防护电气设备类型以及其他安全规矩或规范挑选仪器。 若有化学侵蚀性气体,仪器外壳应具有防腐性和气密性。某些流程工业要定时水冲刷整个设备,因而要求仪器外壳防水,需用尘密防喷水级IP65,乃至尘密防强 喷水级IP66或尘密防侵水级IP67。
 
(4)电磁搅扰环境
 
应留意电磁搅扰环境以及各种搅扰源,如:大功率电机、开关设备、继电器、电焊机、播送和电视发射机等。
 
6 经济方面的考虑
 
经济方面只考虑仪器购置费是不全面的,还应查询其它费用,如附件购置费、设备费、保护和流量校准费、运转费和备件费等。此外,运用于商贸核算和贮存交代还应点评检测差错形成经济上的丢失。
 
(1)设备费用
 
设备费应包含作定时保护所需旁路管和运转截止阀等辅助件的费用。 (2)运转费用
 
流量仪器运转费用首要是作业时能量消耗,包含电动仪器电力消耗或气动仪器的气源耗能(现代仪器的功率极小,仅有几w到几十w);以及检测进程中推动流体经过仪器所消耗的能量,亦即克服仪器因检测发作压力丢失的泵送能消耗。泵送费用是一个隐蔽性费用,往往被忽视。
 
现举一选用失误事例。70年代国外规划承建的某石化成套设备中管径为1200mm的冷却水流量操控体系,用孔板作流 量检测件,压力丢失较大,一年的泵送能消耗购置一台电磁流量计足足有余[2]。承揽方为节省出资而由用户长时间担负昂扬的运转费。一般以为口径超越 500mm尽可能选电磁式和超声式等无压损仪器。
 
(3)校准费用
 
定时校准费用取决于校准频度和所校准仪器精度的要求。为了常常在线校准石油制品贮存交代交易结算用仪器,常在现场设置规范体积管式流量规范设备。
 
(4)保护费用
 
保护费用是仪器投入运转后保持检测体系正常作业所需费用,首要包含保护劳务和备用件费用。(end)

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