平衡流量计是对传统节流装置进行了很大的改进,是有平衡整流的显著特点。传统的节流装置只有一个流通的孔径,节流后使其流体失去了理想的流体。
从而可以将差压式流量计的优点发挥的很好,平衡流量计几乎适合用于所有流体的测量,它是流体测量技术的一场革命,就目前平衡流量计已经广泛应用于石油、化工、冶金、电力、水处理等行业当中。
平衡流量计它是一种革命性的差压式流量仪表,其工作原理是与其他差压式流量计一样,都是在密封管道中的能量转换原理。
在理想的流体情况下管道中的流量与差压平方根成其正比,用测出差压值根据伯努利方程就可计算出管道中的流量。
HL系列平衡流量传感器是一个多孔圆盘节流整流器,安装在管道截面上,每个孔的尺寸与分布都是基于特殊公式与测试数据而定制的,就是称为涵数孔。
当其测量流体在穿过圆盘的函数孔时,流体将会被平衡整流,涡流被最小化,形成了近似理想的流体,通过取压装置,就可以获得稳定的差压信号,是根据伯努利方程来计算出体积流量、质量流量。
平衡流量传感器是有对称多孔结构特点,能够对流场进行平衡,降低了涡流、振动与信号噪声,流场稳定性会大大的提高,使线性度比孔板提升了5-10倍,重复性有所提高,从其综合性能来看,平衡流量计是属于高档流量计行列。
平衡流量计因为流场稳定,而且压力恢复比孔板快两倍,大大的缩短了对直管段要求其前后直管段一般都是为前3D后1D,最小可以小于0.5D,从而就省去了大量的直管段,尤其是特殊昂贵的材料管道。
多孔对称的平衡设计,减少了紊流剪切力与涡流形成,从而大大降低了滞留死区的形成,更是保证了脏污介质能顺利通过多个孔,减小了流体孔所堵塞的问题。
涡街流量计的选用要结合工艺介质的特点、流量计的性能、经济性、安装及环境等方面来考虑,一般专业人员都可以做到。本文中重点说明几点需要特别注意的问题。
1)根据抗管道和流体振动情况选择
涡街流量计是根据在流体管道中设置阻力体来产生漩涡,检测漩涡的频率来测流量的。在工业生产中,振动是普遍存在和不可避免的,一般的工业振动频率大都在几赫到几千赫,涡街流量计的漩涡频率正好落在这个范围之内,如果安装涡街流量计的管道和流体发生振动,势必对涡街流量计的测量造成影响,所以涡街流量计必须有抗振补偿功能。
常用的涡街流量计有电容式、压电应力式、超声波式等种类,目前市场上这几种都有着较好的抗振能力,其中电容式、压电应力式只能抗二维震动,即对振动方向在纵向(顺流向)或与漩涡发生体轴线平行的方向振动,具有抗振能力,基本可以消除,但对抗横向(与漩涡升力方向一致)振动能力很弱,而超声波式具有抗三维振动能力。因此在一般场合,振动加速度小于1g,振动频率小于500Hz、振幅小于2.1mm(用手摸有较强烈的振感,有握不住的感觉),三种流量计都可以满足要求,但在振动特别强烈的场合,或有升力方向振动的场合,选用超声波流量计比较合适。
2)根据所测介质情况选择
一般涡街流量计可以测量气体、液体和蒸汽介质的流量,但由于各种介质特性千差万别,传感器结构形式各种各样,其适应性也不同。压电应力式和电容式涡街流量计应用范围较广,但在测低密度和低流速气体流量时,由于受到漩涡能量的限制,发生漩涡不强烈信号低,电容式涡街流量计由于存在两个导压孔,不易测量赃物介质;超声波式虽然能测量低流速介质流量,但对脉动较敏感;具体情况如下:
2.1)对于介质中含有粉尘和固体颗粒或悬浮物的流体不宜选用电容涡街流量计。因为在漩涡发生体两侧有两个导压小孔,容易堵塞,使输出信号为零。凡是带有导压小孔的其它类型的流量计和电容流量计具有相似的情况。
2.2)超声波涡街流量计虽然抗振性能强,但使用温度范围不如电容式和压电应力式宽。一般压电式涡街流量计测温上限不超过300℃。超过时压电元件绝缘下降,输出信号变小,抗干扰能力大大降低;电容式涡街流量计的测温上限达400℃,具有较好的耐高温性能;而超声波式涡街流量计测温上限不超过200℃,如果被测流量介质温度超过此范围,则可能损坏超声波探头。另外,超声波涡街流量计不宜在含有过多气泡的液体或含杂质的液体中测量,因为有过多气泡的液体,超声波不易穿过,可能造成测量上的困难甚至不可能测量。液体中含有杂质会对超声波起到慢反射或吸收的作用,影响测量的准确性。
3)涡街流量计的选择不仅要考虑被测介质的温度,还要考虑检修吹扫介质的温度
涡街流量计的被测介质温度可能是常温,但是在检修时需要用蒸汽吹扫管线,蒸汽的温度在150℃以上,如果选型时只考虑到介质的温度而选择适用温度范围低的涡街流量计,在检修吹扫管线时,就有可能损坏敏感元件。
4)在使用状态下,如果被测介质有明显的脉动,则不宜选择超声波涡街流量计
因为超声波涡街流量计对小流量敏感度很高,在这种场合使用,会使输出信号不稳定甚至失真。
5)在液体中混有大量气泡的场合,不宜选用各种涡街流量计
电磁流量计日常维护及常见故障的解决方法:
电磁流量计运行中产生故障的第一类为仪表本身故障,即仪表结构件或元器件损坏引起的故障;第二类为外界原因引起的故障,如安装不妥流动畸变,沉积和结垢等。本章重点讨论的是应用方面和上述第二类外界原因的故障。按照故障发生时期分类,可分为:①调试期故障;②运行期故障。调试期故障出现在新装用后调试初期,主要原因是仪表选用或设定不当,安装不妥等。运行期故障足在运行一段时期后出现,主要原因有流体中杂质附着电极衬里,环境条件变化出现新干扰源等。按故障外界源头分析来自3个方面:①管道系统和安装等方面引起的;②环境方面引起的;③流体方面引起的。来源①主要在调试期表现出来;来源②和③则在调试期和运行期均会出现。
一、调试期故障
本类故障在电磁流量计初始装用调试时就出现,但一经改进排除故障,以后在相同条件下一般就不会再度出现。常见调试期故障主要有安装不妥、环境干扰、流体特性影响三方面原因。
1、管道系统和安装等方面
通常是电磁流量传感器安装位置不正确引起的故障,常见的例如将流量传感器安装在易积聚潴留气体的管网高点;流量传感器后无背压,液体迳直排人大气,形成其测量管内非满管;装在自上向下流的垂直管道上,可能出现排空等。
2、环境方面
主要是管道杂散电流干扰,空间电磁波干扰,大电机磁场干扰等。管道杂散电流干扰通常采取良好单独接地保护可获得满意测量,但如遇管道有强杂散电流(如电解车间管道)亦不一定能克服,须采取流量传感器与管道缘绝的措施(参见下文案例12)。空间电磁波干扰-般经信号电缆弓I入,通常采用单层或多层屏蔽予以保护,但也曾遇到屏蔽保护还不能克服(见案例10)。
3、流体方面
液体含有均匀分布细小气泡通常不影响正常测量,唯所测得体积流量是液体和气体两者之和;气泡增大会使输出信号波动,若气泡大到流过电极遮盖整个电极表面,使电极信号回路瞬时断开,输出信号将产生更大波动。低频(50/16 Hz-50/6 Hz)矩形波激磁电磁流量计测量液体中含有固体超过一定含量时将产生浆液噪声,输出信号亦会有一定程度波动。两种或两种以上液体作管道混合工艺时,若两种液体电导率(或各自与电极间电位)有差异,在混合未均匀前即进入流量传感器进行流量测量,输出信号亦会产生波动。电极材质与被测介质选配不善,产生钝化或氧化等化学作用,电极表面形成绝缘膜,以及电化学和极化现象等,均会妨碍正常测量。
二、运行期故障
经初期调试并正常运行一段时期后在运行期间出现的故障,常见故障原因有:流量传感器内壁附着层,雷电击,环境条件变化。
1、内壁附着层
由于电磁流量计测量含有悬浮固相或污脏体的机会远比其他流量仪表多,出现内壁附着层产生的故障概率也就相对较高。若附着层电导率与液体电导率相近,仪表还能正常输出信号,只是改变流通面积,形成测量误差的隐性故障;若是高电导率附着层,电极间电动势将被短路;若是绝缘性附着层,电极表面被绝缘而断开测量电路。后两种现象均会使仪表无法工作。
2、雷电击
雷电击在线路中感应瞬时高电压和浪涌电流,进入仪表就会损坏仪表。雷电击损仪表有3条引入途径:电源线,传感器勺转换器间的流量信号线和激磁线。然而从雷电故障中损坏零部件的分析,引起故障的感应高电压和浪涌电流大部分足从控制室电源线路引入的,其他两条途径较少。还从发生雷击事故现场了解到,不仅电磁流量计出现故障,控制室中其他仪表电常常同时出现雷击事故。因此使用单位要认识设置控制室仪表电源线防雷设施的重要性。
3、环境条件变化
主要原因同上节调试期故障环境方面,只是干扰源不在调试期出现而在运行期间再介入的。例如一台接地保护并不理想的电磁流量计,调试期因无干扰源,仪表运行正常,然而在运行期出现新干扰源(例如测量点附近管道或较远处实施管道电焊)干扰仪表正常运行,出现输出信号大幅度波动。