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如何正確選擇流量計?

發布時間:2019-05-09 15:31:12 來源:江蘇金湖宏遠儀表有限公司 作者:電磁流量計廠家

  正確選擇合適的流量計并不容易。我們不僅要熟悉流量計的技術和生產工藝流體的特性,還要考慮經濟因素。有五個因素,即性能要求、流體特性、安裝要求、環境條件和成本。下面,就請大家跟著電磁流量計的廠家來一起了解一下吧!

  一、性能要求和儀表規范方向的考慮

  選擇儀表在性能要求上考慮的內容有:瞬時流量還是總量(累計流量)、精確度、重復性、線性度、流量范圍和范圍度、壓力損失、輸出信號特性和響應時間等。不同測量對象有各自測量目的,在儀表性能方面有其不同側重點。

 

如何正確選擇流量計?

  1.測量流量還是總量

  使用對象測量的目的有兩類,即測量流量和計量總量。管道連續配比生產或過程控制使用場所主要測量瞬時流量;灌裝容器批量生產以及商貿核算、儲運分配等使用場所大部分只要取得總量或輔以流量。兩種不同功能要求,再選擇測量方法上就有不同側重點。

  有些儀表如容積式流量計、渦輪流量計等,測量原理上就以機械技術或脈沖頻率輸出,直接得到總量,因此具有較高精確度,適用于計量總量。

  電磁流量計、超聲流量計、節流式流量計等儀表原理上是以測量流體流速推導出流量,響應快,適用于過程控制,但裝有積算功能環節后也可獲得總量。

  渦街流量計具有上者優點,但其抗震、抗干擾性能差,不適用于過程控制而適用于計量總量。

  2.精確度

  整體的測量精確度要求多少?在某一特定流量下使用,還是在某一流量范圍內使用?在什么測量范圍內保持上述精確度?所選儀表的精確度能保持多久?是否易于重新校驗?是否要(或能)現場在線核對儀表精確度?這些問題必須細致地考慮。

  如不是單純計量總量,而是應用在流量控制系統中,則檢測儀表精確度的確定要在整個系統控制精確度要求下進行,因為整個系統不僅有流量檢測的誤差,還包含有信號傳輸、控制調節、操作執行等環節的誤差和各種影響因素,如操作執行環節往往有2%左右的回差,對測量儀表確定過高的精確度(比如說0.5級)是不合理和不經濟的。就流量儀表本身而言,檢測元件(或傳感器)和轉換/顯示儀表之間只精確度亦應適當確定,如未經實流標定均速管、楔形管、彎管等差壓裝置誤差在1%~5%之間,選用高精度差壓計與之相配也就沒有意義了。

  3.重復性

  重復性在過程控制應用中是重要的指標,由儀器本身原理與制造質量所決定,而精確度除取決于重復性外,尚與量值標定系統有關。嚴格地說重復性是指環境條件、介質參量等不變情況下,對某一流量值段時間內同方向進行多次測量的一致性。然而實際應用中,儀表優良的重復性被許多因素包括流體粘度、密度等變化所干擾,然而這些變化因素還未到需要作專門檢測修正的地步,這些影響往往被誤認為儀表重復性不好。例如浮子流量計受流體密度影響,小口徑儀表還受粘度影響;渦輪流量計用于高粘度范圍時的粘度影響;有些未作修正處理的超聲流量計流體溫度對聲速影響等。若儀表輸出特性是非線性的,則這種影響更為突出。

  4.線性度

  流量儀表輸出主要有線性和平方根非線性兩種。大部分流量儀表的非線性誤差不列出單獨指標,而包含在基本誤差內。然而對于寬流量范圍脈沖輸出用作總量積算的儀表,線性度是一個重要指標,使有可能在流量范圍內用同一個儀表常數,線性度差就要降低儀表精確度。隨著微處理器技術的發展,采用信號適配技術修正儀表系統非線性,從而提高儀表精確度和擴展流量范圍。

  5.上限流量

  上限流量也稱滿度流量。選擇流量儀表的口徑應按被測管道使用的流量范圍和被選儀表的上限流量和下限流量來選配,而不是簡單地按管道通徑配用。雖然通常設計管道流體最大流速是按經濟流速來確定的。因為流速選擇過低,管徑粗投資大;過高則輸送功率大,增加運行費用。

  然而同一口徑不同類型的儀表上限流量(也可以說上限流速)受各自工作原理和結構的約束,差別很大。以液體為例,上限流量的流速以玻璃管浮子流量計最低,在0.5-1.5m/s之間,容積式流量計在1.5-2.5m/s之間,渦街流量計較高在5.5-7m/s之間,電磁流量計則在1-7m/s(甚至0.5-10m/s)之間。

  6.范圍度

  范圍度為上限流量和下限流量的比值,其值愈大流量范圍愈寬。線性儀表有較大范圍度,一般為10:1;非線性儀表則較小,通常僅3:1,能滿足一般過程控制用流量測量和商貿核算總量計量。但有些商貿核算用儀表要求較寬的范圍度,例如公用事業水量出荷計量的晝夜和冬夏季節差很大,就要求很寬的范圍度。若選用文丘利管差壓式儀表就顯得不能適應。然而差壓式儀表范圍度拓寬近年有一些突破,主要在差壓變送器及微機技術應用方面采取措施,亦可達10:1。某些型號的電磁流量計用戶可自行調整流量上限值,上限可調比(最大上限值和最小上限值之比)可達10:1,再乘上所設定上限值20:1的范圍度,一臺儀表擴展意義的范圍度(即考慮上限可調比)可達(50-200):1,還有些型號儀表具有自動切換上限流量值功能。

  7.壓力損失

  除無阻礙流量傳感器(電磁式、超聲式等)外,大部分流量傳感器或要改變流動方向,或在流通通道中設置靜止的或活動的檢測元件,從而產生隨流量而變的不能恢復的壓力損失,其值有時高達數十kPa。首先應按管道系統泵送能力和儀表進口壓力等條件,確定最大流量時容許的壓力損失,據此選定儀表。因選擇不當而產生過大的壓力損失往往影響流程效率。管徑大于500mm輸水用儀表,應考慮壓損所造成能量損耗勿使過大而增加泵送費用。

  8.輸出信號特性

  輸出信號往往左右儀表的選擇。流量儀表的信號輸出和顯示歸納為:①流量(體積流量或質量流量);②總量;②平均流速;④點流速。

  有些儀表輸出電流(或電壓)模擬量,另一些輸出脈沖量。模擬量輸出一般認為適合于過程控制,易于和調節閥等控制回路單元接配;脈沖量輸出適用于總量和高精度測量流量。長距離信號傳輸脈沖量輸出比模擬量輸出有較高傳送準確度。輸出信號的方式和幅值還應有與其它設備相適應的能力,如控制接口、數據記錄器、報警裝置、斷路保護回路和數據傳送系統等。

  9.響應時間

  應用于脈動流動場所應注意儀表對流動階躍變化的響應。有些使用場所要求儀表輸出跟隨流動變化,而另一些為獲得綜合平均只要求有較慢響應的輸出。瞬態響應常以時間常數或響應頻率表示,其值前者從幾毫秒到幾秒,后者在數百赫茲以下,配用顯示儀表可能相當大地延長響應時間。儀表的流量上升和下降動態響應不對稱會急劇增加測量誤差。

  10.可維護性

  當實際工況與設計選型差距巨大或儀表發生故障時,有沒有手段就地維修和修正應該得到重視,因為流量儀表一旦安裝再拆下維護會很麻煩而且需要時間。在這方面表現最好的是差壓式測量方法,因為其與流體接觸元件為免維護不動件,測量用電氣元件為可拆可調的通用差壓變送器。所以差壓式測量方式的正常運轉率最高,據統計在全球差壓節流式測量方式占所有測量方式的45%以上。

  二、流體特性方面的考慮

  1.流體溫度和壓力

  必須界定流體的工作溫度和壓力,特別在測量氣體時溫度壓力造成過大的密度變化,可能要改變所選擇的測量方法。如溫度或壓力變化造成較大流動特性變化而影響測量性能時,要作溫度和(或)壓力修正。

  2.密度

  大部分液體應用場合,液體密度相對穩定,除非密度發生較大變化,一般不需要修正。

  在氣體應用場合,某些儀表的范圍度和線性度取決于密度。低密度氣體對某些測量方法,例如利用氣體動量推動檢測元件(如渦輪)工作的儀表呈現困難。

  3.粘度和潤滑性

  有些儀表性能隨著雷諾數而變,而雷諾數又與粘度有關。在評估儀表適應性時,要掌握液體的溫度-粘度特性。氣體與液體不同,其粘度不會因溫度和壓力變化而顯著地變化,其值一般較低,除氫氣外各種氣體粘度差別較小。因此確切的氣體粘度并不像液體那樣重要。

  粘度對不同類型流量儀表范圍度影響趨勢各異,例如對大部分容積式儀表粘度增加范圍度增大,渦輪式和渦街式則相反,粘度增加范圍度縮小。

  潤滑性是不易評價的物性。潤滑性對有活動測量元件的儀表非常重要,潤滑性差會縮短軸承壽命,軸承工況又影響儀表運行性能和范圍度。

  4.化學腐蝕和結垢

  流體的化學性有時成為選擇測量方法和儀表的決定因素。流體腐蝕儀表接觸件,表面結垢或析出結晶,均將降低使用性能和壽命。儀表制造廠為此常提供變型產品,例如開發防腐型、加保溫套防止析出結晶,裝置除垢器等防范措施。

  5.壓縮系數和其它參量

  測量氣體需要知道壓縮系數,按工況下壓力溫度求取密度。若氣體成分變動或工作接近超臨界區,則只能在線測量密度。某些測量方法要考慮流體特性參量,如熱式流量計的熱傳導和比熱容,電磁流量計的液體電導率。

  6.多相和多組分流

  測量多相和多組分流動應十分謹慎對待。經驗表明,單相通用流量儀表用于多組分或多相流體,測量性能會改變(或大幅度改變)。單工質流體有時也會呈現雙相,例如濕蒸汽中水微粒隨著蒸汽流動,環境溫度或介質壓力偏離原定狀態,儀表就可能不適應。測量兩種或兩種以上不相溶液體匯流混合液流量時,應注意存在流速不均勻,使流動成為分層或塊狀流等帶來的問題。

  測量液固雙相流時要了解固相含量、粒子大小和固體性質以及流動狀況(懸浮流、管底流、動床流還是淤積流?)測量氣液雙相流時盡可能采用分離后分相測量,以保證獲得最小測量不確定度,然而對有些場合這種方法不切實可行或不符合要求。

  三、安裝方面的考慮

  不同原理的測量方法對安裝要求差異很大。例如上游直管段長度,差壓式和渦街式需要較長,而容積式浮子式無要求或要求很低。

  1.管道布置和儀表安裝方向

  有些儀表水平安裝或垂直安裝在測量性能會有差別。儀表安裝有時還取決于流體物性,如漿液在水平位置可能沉淀固體顆粒。

  2.流動方向

  有些流量儀表只能單向工作,反向流動會損壞儀表。使用這類儀表應注意在誤操作條件下是否可能產生反向流,必要時裝逆止閥保護之。能雙向工作的儀表,正向和反向之間測量性能亦可能有些差異。

  3.上游和下游管道工程

  大部分流量儀表或多或少受進口流動狀況的影響,必須保證有良好流動狀況。上游管道布置和阻流件會引入流動擾動,例如二個(或二個以上)空間彎管引起漩渦,閥門等局部阻流件引起流速分布畸變。這些影響能夠以適當長度上游直管或安裝流動調整器予以改善。

  除考慮緊接儀表前的管配件外,還應注意更往上游若干管道配件的組合,因為它們可能是產生與最接近配件擾動不同的擾動 源。盡可能拉開各擾動產生件的距離以減少影響,不要靠近連接在一起,象常?吹絾螐澒芎缶o接部分開啟的閥。儀表下游也要有一小段直管以減小影響。 氣穴和凝結常是不良管道布置所引起的,應避免管道直徑上或方向上的急劇改變。管道布置不良還會產生脈動。

  4.管徑

  有些儀表的口徑范圍并不很寬,限制了儀表的選用。測量大管徑、低流速,或小管徑、高流速,可選用與管徑尺寸不同口徑的儀表,并以異徑管連接,使儀表運行流速在規定范圍內。

  5.維護空間

  維護空間的重要性常被忽視。一般來說,人們應能進入到儀表周圍,易于維修和能有調換整機的位置。

  6.管道振動

  有些儀表(如壓電檢測信號的渦街式、科里奧利質量式)易受振動干擾,應考慮儀表前后管道作支撐等設計。脈動緩沖器雖可清除或減小泵或壓縮機的影響,然而所有儀表還是盡可能遠離振動或振動源為好。

  7.閥門位置

  控制閥應裝在流量儀表下游,避免其所產生氣穴和流速分布畸變影響,裝在下游還可增加背壓,減少產生氣穴的可能性。

  8.電氣連接和電磁干擾

  電氣連接應有抗雜散電平干擾的能力。制造廠一般提供連接電纜或提出型號和建議連接方法。信號電纜應盡可能遠離電力電纜和電力源,將電磁干擾和射頻干擾降至最低水平。

  9.防護性配件

  有些流量儀表需要安裝保證儀表正常運行的防護設施。例如:跟蹤加熱以防止管線內液體凝結或測氣體時出現冷凝;液體管道出現非滿管流的檢測報警;容積式和渦輪式儀表在其上游裝過濾器,等等。

  10.脈動流和非定常流

  常見產生脈動的源有定排量泵、往復式壓縮機、振蕩著的閥或調節器等。大部分流量儀表來不及跟隨記錄脈動流動,帶來測量誤差,應盡量避開。使用時應重視并分別處置檢測儀表和顯示儀表,檢測儀表方面在管線中裝充氣式緩沖器(用于液體)或阻流器(用于氣體)。

  四、環境條件方面的考慮

  1.環境溫度

  環境溫度超過規定要影響儀表電子元件而改變測量性能,因此某些現場儀表需要有環境受控的外罩;如果環境溫度變化要影響流動特性,管道需包上絕熱層。此外在環境或介質溫度急劇變化的場合,要充分估計儀表結構材料或連接管道布置所受的影響。

  2.環境濕度

  高濕度會加速儀表的大氣腐蝕和電解腐蝕,降低電氣絕緣;低濕度容易感生靜電。

  3.安全性

  應用于爆炸性危險環境,按照氣氛適應性、爆炸性混合物分級分組、防護電氣設備類型以及其他安全規則或標準選擇儀表。 若有化學侵蝕性氣體,儀表外殼應具有防腐性和氣密性。某些流程工業要定期水沖洗整個裝置,因此要求儀表外殼防水,需用塵密防噴水級IP65,甚至塵密防強 噴水級IP66或塵密防侵水級IP67。

  4.電磁干擾環境

  應注意電磁干擾環境以及各種干擾源,如:大功率電機、開關裝置、繼電器、電焊機、廣播和電視發射機等。

  五、經濟方面的考慮

  經濟方面只考慮儀表購置費是不全面的,還應調查其它費用,如附件購置費、安裝費、維護和流量校準費、運行費和備件費等。此外,應用于商貿核算和儲存交接還應評估測量誤差造成經濟上的損失。

  1.安裝費用

  安裝費應包括作定期維護所需旁路管和運行截止閥等輔助件的費用。

  2.運行費用

  流量儀表運行費用主要是工作時能量消耗,包括電動儀表電力消耗或氣動儀表的氣源耗能(現代儀表的功率極小,僅有幾w到幾十w);以及測量過程中推動流體通過儀表所消耗的能量,亦即克服儀表因測量產生壓力損失的泵送能耗費。泵送費用是一個隱蔽性費用,往往被忽視。

  3.校準費用

  定期校準費用取決于校準頻度和所校準儀表精度的要求。為了經常在線校準石油制品儲存交接貿易結算用儀表,常在現場設置標準體積管式流量標準裝置。

  4.維護費用

  維護費用是儀表投入運行后保持測量系統正常工作所需費用,主要包括維護勞務和備用件費用。

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