一、流量计精度的影响
流量计在制造时,因零部件粗糙,装置精度及磨损等因素,使流量计自身精度不高或精度降低,使丈量的商品数量不精确。因而选用流量计时应选用精度较高的。目前我国请求工效果流量计的精度为 0.5%,并且在运用中更应按规则进行周期检定。
二、装置技术的影响
流量计精度虽高,但因装置技术不当或不合理,使流量计会发生系统差错。如流量计前无满足的直管段(通常直管段应不小于所用输油管线直径的五倍)会发生涡流景象,管线中弯头多时会增加流阻,确保不了流量计作业压力的请求等。都能使流量计的示值发生差错。
三、介质的影响
流量计出厂标定示值所用的介质与作业中的介质不一样,流量计所反映的示值也不一样。如标守时以水为介质,而在作业中却是用在各种石油商品介质中,故一定会发生差错,主要是因介质粘度不一样所造成的。因而请求标定流量计示值所用介质应与工效果介质共同,以消除由此而发生的差错。
四、温度的影响
流量计在作业开端至完毕过程中,因为温度不稳定带来的偶然差错,而不能显现实在值。因而请求流量计在丈量过程中,应尽量坚持温度共同。
五、压差与流速的影响
流量计的运用应在规则压差规模以内才能确保精度。因为压力大、流速快、其流量也大,如相反也就小。如流量计在丈量过程中,不能坚持前后压差共同性,高于或低于外表作业压差规模,都将影响其丈量的精确性。
六、作业与检定环境不一样的影响
流量计周期检守时,如果是在计量检定单位特定的装置中进行的,当运用中不能与检定条件共同时,也会发生环境差错。因而周期检守时,请求在作业条件下进行,即在现场标定。
流量仪表是过程自动化仪表与装置中的大类仪表之一,它被广泛应用于冶金、电力、化工、石油、交通、环境保护及人民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:作为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。
本文简单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做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。
电磁流量计无节流部件,因此压力损失小,该仪表测量流体流量时,不受流体温度、压力、密度、粘度及流体组份的影响,适合于对有悬浮物固体粒子的污水、煤浆的测量,特别适合于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于任何时候均充满液体的地方,同时,该流量计的信号较为微弱,因而在使用时应注意外来干扰对其测量精度和影响,变送器应安装于远离一切磁源的地方,不允许有振动。
2、涡轮流量计
涡轮流量计是一种速度式流量仪表,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,被广泛应用于化工生产中。
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,并冲击涡轮叶片时,便有与流量qv、流速V和流体密度r乘积成比例的力作用在叶片上,推动涡轮旋转。在涡轮旋转的同时,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,经前置于放大器放大后,送人显示仪表,就实现了流量的测量。
在化工装置中选型与使用应注意:流量计本体可以选用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,特别是轴承处,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确度,但应注意,流量计精确度愈高,对现场使用条件的变化就越敏感,因此安装涡轮流量计时,前后管道法兰要水平,否则管道应力对流量计影响很大。传感器安装应便于维修并避免管道振动、无强电磁干扰与抗辐射影响的场所。
3、差压式流量计
差压式流量计是根据安装于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。差压式流量计由三部份组成:(1)将被测液体的流量变换成差压信号的节流装置;(2)传输差压信号的信号管路;(3)测量差压值的差压仪或差压变送器及显示仪表。通常以检测件的型式对差压式流量计分类,如孔板流量计、文丘里管流量计及均速管流量计等。
在化工装置中选型与使用差压式流量计注意:差压式流量计压损大,测量范围度窄,一般为3:1或4:1,测量的重复性、精确度在流量计中属中等水平。差压式流量计的安装应包括节流装置、压差引压导管、差压计三部份。在测量流体流量时,为防止液体中有气进人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人导压管,则差压计应安装在节流装置上方,测量水蒸汽时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,长度可以在16mm以内。压差引压导管应垂直或倾斜敷设,起倾斜度不小于1:12,粘度高的流体,其倾斜度应更增大。当压差引压导管长度超过30m时,导压管应分段倾斜,并在最高点与最低点装设集气器(或排气阀)和沉淀器(或排污阀)。严寒地区压差引压导管应加防冻保护,同时要防止过热,否则压差引压导管中流体汽化会产生假差压。
4、转子流量计
转子流量计为低中等精确度仪表,属变面积式流量计的一种。转子流量计是以浮子在垂直锥形管中随着流量变化而升降,改变它们之间的流通面积来进行测量的体积流量仪表。一般分为玻璃和金属转子流量计,作为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。
转子流量计适合于对中、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,一般为10:1,最低为5:1,最高为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液体或气体,液体中含有微粒固体或气体中含有液滴通常不适用。玻璃管转子流量计应选带有透明防护罩,一旦玻璃锥管破裂,可挡住流体正向散溅,以作紧急处理。用于气体时应选用导杆或带棱筋导向的仪表,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的管道上,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度。仪表安装时无严格上游直管段长度要求,如被测介质含粒状杂质,应在仪表上游装过滤器。为保证在长期使用过程中的测量精度,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,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,适用于低流速范围测量,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清洁单相流体——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人式仪表需要一定长度前置直管段。
流量计是少数几种使用比制造困难的仪器仪表之一,主要是因为流量计种类繁多,各有特点,加上被测对象又是污水,特别是未经处理的污水,不但具有强腐蚀性,而且还含有大量的杂质,具有一定的导电性,同时选型又涉及许多技术问题和经济因素。因此,要做到技术上可行,经济上合理,必须对各流量计的性能特点和工作原理有所了解,才能保证流量计的选型更加合理。本文通过几种常用流量计的介绍,根据实际的应用情况,说明污水流量监测过程中如何合理选用不同的流量计。
1、流量监测中几种常用的流量计
1.1、电磁流量计
电磁流量计是根据法拉第电磁感应定律制成的一种测量导电液体体积流量的仪表。由于其独特的优点,目前被广泛地应用于酸、碱、盐等腐蚀性介质,易燃易爆介质,污水处理以及化工、医药、食品等工业中的浆液流量的测量,并形成了独特的应用领域。
1.2、超声波流量计
超声波流量计是通过检测流体流动对超声束(或超声脉冲)的作用以测量流量的仪表。超声波流量计的测量方法很多,有时间差法、频率差法、相位差法、多普勒法。时间差法、多普勒法是应用较多的测量原理。
超声波流量计和电磁流量计一样,因仪表流通通道未设置任何阻碍件,均属无阻碍流量计,适用于解决流量测量困难的问题,特别在大口径流量测量方面有较突出的优点,近年来它是发展迅速的流量计类型之一。
超声波流量计的特点是可做非接触式测量,为无流动阻挠测量,无压力损失,可测量非导电性液体,对无阻挠测量的电磁流量计是一种补充。时差法超声波流量计是目前应用广泛的。随着CPU、信号处理技术的发展,测量的准确度和可靠性有了很大的提高。尤其是时间测量技术的发展,时差分辨力提高了,解决了小口径、低流速测量难的问题。应用领域也从净水扩展到循环水、污水、重油、原油、成品油以及空气、天然气等多种介质。但有较多气泡或悬浮物的液体会阻碍声脉冲的正常传播,导致不能正常测量,所以超声波流量计更适于测量纯净液体。
多普勒法超声波流量计一般要求流体内有足够大的散射体存在,而且还得是连续的。通常情况下,散射体的速度与流体的速度有明显的滑差,要求流体流动的速度必须比粒子产生沉淀的临界速度大很多,另外测得的速度只是散射体相遇点的速度值,因此,测量的速度值对流速分布和流态有很大的依赖性,也就是说直管段的长度要求很长,需在20倍管径以上。所以,多普勒法超声波流量计的应用有一定的局限性,较多应用于生活污水、工业废水、啤酒饮料等介质的测量,通常不适用于非常清洁的流体测量。
1.3、V锥流量计
V锥流量计是一种新颖的差压式流量计,利用一个V形锥体在流场中产生的节流效应来测量流量,如果流体通过一个节流元件时,流速会加快,从而会使动能增加,而被加速处流体的静压力反而会被降低。压降的大小与流体的流速具有一定的函数关系,在其它条件不变的情况下,压降会随流速的增加而增加,随流速的减小而减小。
V锥体流量计和其它节流式流量计不同,它改变了节流的布局,使它从中心孔节流变成环状节流,V锥流量计是集差压式流量计之精华的结晶,它的节流缘是钝角,流动时形成边界层,使流体离开了节流缘。边界层效应使肮脏流体不能磨损节流缘,其β值(等效直径比)长期不变,是一种接近理想状态的节流装置,具有长期的稳定性。适用于各种气体和液体、煤气、各种脏污气体介质、直管段不足的场所和对精度要求高的地方。由于经济成本和该仪表还没有国际标准或国家标准,因此,还没有得到大力的推广和应用。
2、流量计的选型设计
在进行流量计的选型设计之前,我们应该首先明确被测对象,然后再综合考虑仪表性能、安装条件、环境条件和经济因素这几方面因素。
2.1、明确被测对象
被测对象就是工业废水,工业废水含有大量的杂质,有一定的导电性和腐蚀性。那么哪一种更适合这类水质的测量呢?
电磁流量计适合测量导电液体(电导率≥5μS/cm)的流量,应根据被测介质物性、管道材质,合理选择电极形式、电极材质、衬里材质、接地方式、防护等级。
超声波流量计对被测介质要求十分苛刻,像多普勒法超声波流量计只能正常测量杂质含量相对稳定的流体,而时间差法流量计主要用来测量洁净的流体。
V锥流量计适用于脏污的流体测量,但前提条件是雷诺数应满足要求。当雷诺数无限制地下降时,V锥流量计的流出系数随着雷诺数的减小而减小,其不确定度将增加。在高压的场合,V锥流量计使用有局限性,因为锥体负压管的结构在承受高压的情况下会发生脱落,导致事故的发生,选型应注意。
2.2、流量计性能方面
在选用某种流量计时,首先应综合考虑该种流量计的精度、重复性、线性度、量程比、压力损失、输出信号特性、响应时间、不可测性等因素。
电磁流量计的传感器结构简单,测量管内没有任何阻碍介质流动的节流部件,所以不会引起任何附加的压力损失,是流量计中耗能最低的流量仪表之一。电磁流量计的量程范围极宽,并且在测量过程中不受被测介质的温度、粘度、一定范围内电导率的影响,反应灵敏,可提供选择的口径范围极宽,从几mm到3m都可以满足,选择电磁口径时应保证最小流量工况下被测介质流速不小于0.5m/s。
超声波流量计是一种非接触式的测量仪表,没有机械传动部件,通道内也没有阻碍件,无压力损失,能量损失小,测量精度不高。
V锥流量计是一种具有独特性能的新型流量计,具有高精度、高稳定性,量程比较宽,而且重复性好(≤0.1%),准确度高(≤0.5%)。因为它是靠节流效应来测量压差的,所以有一定压损。
2.3、安装条件方面
许多流量计在运行过程中存在问题,大部分是由于安装出现了问题。
电磁流量计水平、垂直(下进上出)、倾斜(底进顶出)安装都可以,但要求前、后需有直管段,一般的要求是前直管段大于等于5D,后直管段大于等于3D。电磁流量计安装时应保证满管流,不能安装在管道最高点。仪表井内安装的电磁流量计传感器防护等级应为IP68。
超声波流量计的安装对前、后直管段的要求比较高,安装位置至少要有15D的直管段长度,不能受振动的影响,否则测量不精确。
V锥流量计的安装使用非常方便,安装方式灵活,可选管道法兰式、直接焊接式、方管式,所需的直管段很短,前直管段小于或等于3D,后直管段小于或等于1D就可以满足要求。当测量脏污介质时,应合理选择V锥流量计取压方式,避免测量管线堵塞。
2.4、环境方面
环境方面主要是考虑周围温度、湿度、安全因素、信号调节及变送、压力、大气及电子干扰等对流量计性能稳定方面的影响。安装时都应尽量避开大电机、大变压器等,以防引入电磁干扰。
电磁流量计的环境温度一般在-30~80℃,对相对湿度的要求在5%~95%之间,大气压力为86~106kPa;超声波流量计对环境温度的要求为:转换器是-10~45℃、传感器是-30~60℃(常温型)和-30~160℃(高温型);而V锥流量计环境温度在-25~60℃范围内,一体型结构温度还受制于电子元器件,范围要窄些,环境相对湿度在10%~90%范围内。
2.5、经济成本方面
流量计的选择要在初期投资和长期可靠运行之间综合考虑,例如购买费用、安装费用、操作费用、维护费用、校验费用、流量计寿命、备件及消费品、可靠性方面等各种因素都要在有效满足工业生产可靠运行的前提下,进行较优的经济选型。
电磁流量计目前常用的德国E+H、科隆、日本横河等公司产品均价格不菲,以DN200mm管径为例,价格一般在2万元左右,但随着被测管径的增大和抗腐蚀性的要求,价格也会相应增加。而像国内比较知名的北京中瑞能、上海光华、四川川仪等生产的电磁流量计产品,精度上也有了很大的提高,并且价格方面也有很大的优势。
V锥流量计中的V锥由于用料多、加工工艺复杂、标定费用高、基本上依赖国外技术,使得其售价较高,在国内使用还不广泛,因成本关系还不能取代其它流量计。
3、结论
由于污水具有流量变化大、含有杂质、具有一定的导电能力和腐蚀性的特点,对可靠、精确测量造成了很大的困难。通过对以上几种流量计的分析、比较,在污水流量测量过程中,电磁流量计的综合性能较好。要想使污水流量的测量和控制达到精度和可靠的要求,必须深入了解、分析各流量计的性能和特点以及被测污水水质条件,才能选择合适型号的流量计。