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高准科里奥利流量计应对两相流体流量的测量 流量计技术指标

时间:2020-07-30    来源:仪多多仪器网    作者:仪多多商城     
所有流量仪表技术的应用都有它的局限性,特别是对两相流体的流量测量,比如空气混合在液体里的气、液两相流体。液体和空气混合的气、液两相流体的动态特性尤其复杂,即使运用现代的流体动态模型,很大程度上也还不能清晰地描绘它们的动态特性。所以对这种不可预知两相流体的流量测量对任何流量计包括科里奥利流量计都是充满挑战性的。

科里奥利流量计的突出表现

科里奥利流量计因其极高的测量精度、可靠性以及非常低的维护费用而广泛地被推广和运用在各个工业领域。这种发展趋势使得科里奥利流量计也运用在气、液两相流体的流量测量变得很普通。

当其他类型的流量计面对两相流问题束手无策时,科里奥利流量计却为用户提供了一种可行方案,这一点对于用户来讲是非常幸运的。比如,机械式的涡轮流量计或者容积式的流量计都不能成功地测量两相流体的流量。通过过去多年的不断研究和努力,高准科里奥利流量计在两相流体的流量测量方面有了更好的表现(比如特有的专利技术瞬间气泡矫正功能)。


3寸高准Elite流量计用在卡车装料的流量测量

进一步发展的空间

尽管科里奥利比起其他流量仪表技术在充满挑战性的两相流体流量测量有更好的表现,但是这样的表现还是不能符合高准公司的标准,也不能满足多数客户的要求。挑战性主要在于两个方面:掺气的模式和如何选择流量计的尺寸。

掺气的模式

■“先管线排空-后启动批次处理”

夹带空气常常发生在“先管线排空-后启动批次处理”的流体输送流程。这种现象会发生在当一个流程,比如当卡车或者火车的装料,要求管线在上一次的装料过程完成后完全地被排空,尤其一些流体如果残留在管道上会变成结晶体,这是一个非常普遍被要求的操作过程。当在下一次装料时,由于管线已经在上一次装料完成后被排空,流量的测量必须在空管的状态下开始。

高准科里奥利流量计在“先管线排空-后启动批次处理”的操作上有一段成功的历史。目前有超过5000台高准流量计成功地应用在这一模式的流程,流量传感器尺寸范围从2寸到6寸都有,流体包括葡萄糖、酚酞、石油产品和流态肥料。在完成装料后,需要排空管道是普遍的操作过程,而这些高准科里奥利流量计可以在整个装料过程中很好地运作,包括在短暂的装料的初始阶段和装料后的用空气(或氮气)排空管道的过程。

■持续性夹带空气

另一种方式是空气可能持续性地夹带在流体里,比方说,如果泵的密封圈泄露,或者是由于容器的低液位而吸入空气,或者由其他方式而持续性地吸入气体到管线上。通常这种掺气的模式夹带的空气在流体的含量会在0~5%的低范围内。高准公司相信,而且多数用户也同意,没有一个科里奥利流量计的供应商对这种掺气模式的流体可以提供完美的流量测量精度。

高准公司一直致力于通过调整信号处理的过程、传感器的设计以及更完善的驱动设计来完善流量计的性能。为对流量计做正确的评估,高准公司定制了一套试验设备,能够对很多种流体做出测试。至今,所测试的流体已经包括啤酒麦芽汁到肥皂(粘度大于5Pa·s)。在过去的一年里,流量计的许多功能被进一步地完善,在不久的将来,下一代的高准科里奥利流量计能够为两相流体提供更可靠的流量测量。

也有少量的用户可能会多次遇到流体里持续性的夹带空气在30%或以上的问题。尽管科里奥利生产商正努力开发他们的技术以面对这方面的问题,但这并不是那些面对两相流体问题的大多数用户所首要考虑的。从我们同客户讨论的过程中,我们相信需要集中精力改善流量计的性能,为客户所面对的较为普遍的两相流体“先管线排空 后启动批次处理”和“0~5%持续性掺气”提供更可靠的流量测量。


对掺气(高达30%)和高粘度(高达10Pa·s)流体的测试设备

计算流量计的尺寸

我们理解用户所面对的流体掺气模式和目前流量技术的局限性,为改善他们的科里奥利流量计的表现,用户能做些什么呢?为减轻掺气问题一个简单的现成办法就是:选择正确的流量计尺寸。

许多掺气问题往往发生在高粘度的流体里,而大多数高粘度的流体都是非牛顿性液体。另外,大多数被科里奥利流量计所测量的非牛顿性流体是触变性的(触变性的流体的粘度会随着流速的增加而降低)。多数流量计的尺寸是利用牛顿性流体的粘度来计算的,而这个粘度可能数千倍高过于触变性流体在流动状态下的粘度。这样就造成了所选择的流量计的尺寸过大,通过传感器的流体流速过低而产生了空气和液体的两相分离。

首先用户应该鉴定流体粘度的特性以及它和流速的关系,特别是要考虑到触变性流体的粘度的可变性。一个很好的触变性流体的例子是番茄酱。在静态下的番茄酱非常粘稠,即使瓶口倒转朝下,也不会从瓶子里流出来。但是一旦它开始从瓶子里流出,它就流得很快。管道里的粘稠流体也经常会有这样的表现。因此假如用户告诉科里奥利流量计的销售人员的粘度是流体在静态下的数据,那么流量计的尺寸就不能根据流体在流动状态下的粘度来获得正确的计算。

流量计尺寸的选择在很大程度上依赖于正确的流体粘度的数据,具体有两个例子:根据牛顿性流体粘度来计算流量计的尺寸;根据触变性流体的特性来计算流量计的尺寸。

根据不同的工艺设备,很多种不同尺寸的流量计可能会被选用,为了简化起见,我们只拿了1寸和3寸的流量计作比较。

■根据牛顿性流体粘度计算流量计的尺寸

这个计算例子满足以下假设的工艺条件:流量=500磅/分钟;密度=1.01g/ml;室温和大气压力;牛顿性流体的粘度=4.4Pa·s。
两种不同尺寸流量计所引起的压降:1寸流量计引起压降760psid;3寸流量计引起压降21psid。


两种不同尺寸的流量计在不同流量状态下所引起的压降

1寸流量计所引起的压降超过了正常所能接受的范围,在这种情况下,3寸流量计自然会被选用,也埋下了潜在的隐患,当空气出现在流体里时,流量计的表现会受到很大的影响。主要是因为500磅/分钟(10∶1量程可调率)的流量相对于3寸流量计量程范围来讲很低,空气在传感器里会有聚集成大气泡的趋向从而使流量测量变得完全不可能。

■根据触变性流体的特性计算流量计的尺寸

了解你的流体在流动状态下的粘度不仅会对科里奥利流量计的表现有很大影响,而且也会帮助你使整个操作系统变得更有效以及节省更多的成本。

同时你还可以选择更小的管道,不同的阀门、泵以及包括科里奥利流量计在内的其他系统组成器件。

在这种情况下,小尺寸的流量计有三个主要优点:

1. 由于所给的操作流量对小尺寸的流量计而言会操作在更高的流量范围内,所以小尺寸的流量计有更好的测量精度。
2. 更高的流速会使空气更好地混合于液体中,使得气液混合更加均匀单一。
3. 低成本。

一个好的计算根据,像高准公司销售人员所用的,能够让你输入触变性流体的特性通常是“K&N”值,或者“粘稠指数”和“流量特性指数”。这些是一个简单的动力定律方程式的系数。

一种有着粘度参数K=4.4Pa·s和n=0.2的测试流体,在先前所给的工艺条件下,被用来估算在1寸和3寸流量计所引起的压降。流体在没有流动的状态下粘度高达4.4Pa·s,但在高流量状态下粘度会下降到只有几个厘泊而已。下面的曲线图比较了两种不同尺寸的流量计在不同流量状态下所引起的压降。

当用牛顿流体粘度4.4Pa·s来计算,3寸流量计所带来的压降都少于21Psid。但考虑到触变性流体的特性,选择1寸流量计是可行的。

根据非牛顿性流体的特性来计算流量计的尺寸较为重要的好处是流量计获得了更好的表现,特别是当有气体出现在流体里的情况下。更高的流速使得不同的流体获得更好地混合;更均匀单一的流体自然获得更可靠的流量测量。比较在不同尺寸的科里奥利流量计的相对流速可以用来估计到底多少空气含量是容许的。比如,在同样的流量前提下,流速在1寸流量计大概会比3寸的高出6倍,所以1寸流量计对空气容忍度大概会比3寸的好过6倍。不同的流量计有着不同的流量截图面积;所以要与流量仪表厂商协商计算流量计尺寸所需的各种具体数据。

总结

两相流体的流量测量还会继续为流量技术带来挑战性。科里奥利流量计已经证明了在“先管线排空-后启动批次处理”的工序里有很好的表现。尽管科里奥利流量计厂商还在为持续性掺气流体的流量测量做艰难地研究,但是我们相信最终一定会找出更好地解决这个问题的办法。

另外,通过正确地选择流量计尺寸可以减轻对掺气流体流量测量的困难度。当流体有掺气的可能性时,总是尽量选用较小尺寸的科里奥利流量计。除了需要普通的工艺参数(流量、温度、压力等)外,非牛顿性流体的特性也必须考虑在内。为了保证你得到一个正确尺寸的流量计,要准备好告诉你的流量计的销售人员:

■K&n值,或者“粘稠指数”和“流量特性指数”。
■能接受的最大压降。

通过计算尽可能地选用较小的流量计,这样在流体发生掺气的情况下流量计仍能有很好的表现。随着技术的发展和流量计尺寸的正确选用,科里奥利流量计将在未来几年里更容易地应对流体掺气的流量测量问题。

原载PROCESS《流程工业》杂志



    如果测量的介质长期比较污浊,那么电磁流量计在工作一段时间后,电极上九会产生结垢。当结垢物质的电导率和被测介质的电导率不同时,就会带来丈量误差。污泥、油污对电极的附着,也会使仪表输出发生摆动和漂移。因此,在这种情况下我们就需要定期对电磁流量计电极进行维护与清洗。

    电极清洗常用的方法有以下几种:

    1、电化学方法

    金属电极在电解质流体中存在电化学现象。根据电化学原理,电极与流体存在界面电场,电极与流体的界面是电极/流体相间存在的双电层所引起的。对于电极与流体界面电场的研究发现物质的分子、原子或离子在界面具有富集或贫乏的吸附现象,而且发现大多数无机阴离子是表面活性物质,具有典型的离子吸附规律,而无机阳离子的表面活性很小。因此电化学清洗电极仅考虑阴离子吸附的情况。阴离子的吸附与电极电位有密切关系,吸附主要发生在比零电荷电位更正的电位范围,即带异号电荷的电极表面。在同号电荷的电极表面上,当剩余电荷密度稍大时,静电斥力大于吸附作用力,阴离子很快就脱附了,这就是电化学清洗的原理。

    2、机械清除法

    机械清除法是通过在电极上安装特殊的机械结构来实现电极清除。目前有两种形式:    一种是采用机械刮除器。用不锈钢制成一把带有细轴的刮刀,通过空心电极把刮刀引出,细轴和空心电极之间采用机械密封以防止介质外流,于是组成了机械刮除器。当从外面转动细轴时候,刮刀紧贴电极端平面转动,刮除污垢。这种刮除器可以手动,也可以用马达驱动细轴自动刮除。  另一种是在管状电极中,装上清除污垢用的钢丝刷,轴裹在密封的“O”形圈里,以防止流体泄露。

    3、清洗方法

    将超声波发生器产生的45~65kHz的超声波电压加到电极上,使超声波的能量集中在电极与介质接触面上,从而利用超声波的能力将污垢击碎,达到清洗的目的。

    4、电击穿法

    这种方法使用交流高压电定期加到电极和介质之间,一般加30~100V。由于电极被附着,其表面接触电阻变大,所加电压几乎集中在附着物上,高电压会将附着物击穿,然后被流体冲走。总安全出发,使用电击穿法必须是在流量计中断丈量、传感器与转换器间信号线断开、停电情况下将交流高压电直接在传感器信号输出端子上进行清洗。







    涡街流量计主要用于工业管道介质流体的流量测量,如气体、液体、蒸汽等多种介质。其特点是压力损失小,量程范围大,精度高,在测量工况体积流量时几乎不受流体密度、压力、温度、粘度等参数的影响。无可动机械零件,因此可靠性高,维护量小。

    涡街流量计故障分析:

    1、涡街流量计选型方面的问题。有些涡街传感器在口径选型上或者在设计选型之后由于工艺条件变动,使得选择大了—个规格,实际选型应选择尽可能小的口径,以提高测量精度,这方面的原因主要同问题①、③、⑥有关。比如,一条涡街管线设计上供几个设备使用,由于工艺部分设备有时候不使用,造成目前实际使用流量减小,实际使用造成原设计选型口径过大,相当于提高了可测的流量下限,工艺管道小流量时指示无法保证,流量大时还可以使用,因为如果要重新改造难度太大(有时候。工艺条件的变动只是临时的)。可结合参数的重新整定以提高指示准确度。

    2、安装方面的问题。主要是传感器前面的直管段长度不够,影响测量精度,这方面的原因主要同问题①有关。比如:二循FIC203传感器前面直管段明显不足,由于FIC203不用于计量,仅仅用于控制,故目前的精度可以使用(相当于降级使用)。

    3、参数整定方向的原因。由于参数错误,导致仪表指示有误。参数错误使得二次仪表满度频率计算错误,这方面的原因主要同问题①、③有关。满度频率相差不多的使得指示长期不准,实际满度频率大干计算的满度频率的使得指示大范围波动,无法读数,而资料上参数的不一致性又影响了参数的最终确定,最终通过重新标定结合相互比较确定了参数,解决了这一问题。

    4、涡街流量计二次仪表故障。这部分故障较多,包括:一次仪表电路板有断线之处,量程设定有个别位显示坏,K系数设定有个别位显示坏,使得无法确定量程设定以及K系数设定,这部分原因主要向问题①、②有关。通过修复相应的故障,问题得以解决。

    5、四路线路连接问题。部分回路表面上看线路连接很好,仔细检查,有的接头实际已松动造成回路中断,有的接头虽连接很紧但由于副线问题紧固螺钉却紧固在了线皮上,也使得回路中断,这部分原因主要同问题②有关。解决了相应的线路问题,存在的问题也相应解决。

    6、二次仪表与后续仪表的连接问题。由于后续仪表的问题或者由于后续仪表的检修,使得二次仪表的mA输出回路中断,对于这类型的二次仪表来说,这部分原因主要同问题②有关。尤其是对于后续的记录仪,在记录仪长期损坏无法修复的情况下,一定要注意短接二次仪表的输出。

    7、由于二次仪表平轴电缆故障造成回路始终无指示。由于长期运行,再加上受到灰尘的影响,造成平轴电缆故障,通过清洗或者更换平轴电线,问题得以解决。

    8、对于问题⑦主要是由于二次仪表显示表头线圈固定螺丝松,造成表头下沉,指针与表壳摩擦大,动作不灵,通过调整表头并重新固定,问题相应解决。

    9、使用环境问题。尤其是安装在地井中的传感器部分,由于环境湿度大,造成线路板受潮,这部分原因主要同问题②、②有关。通过相应的技改措施,对部分环境湿度大的传感器重新作了把探头部分与转换部分分离处理,改用了分离型传感器,故善了工作环境,日前这部分仪表运行良好。

    10、涡街流量计由于现场调校不好,或者由于调校之后的实际情况的再变动。由于现场振动噪声平衡调整以及灵敏度调整不好。或者由于调整之后运行一段时间之后现场情况的再变动,造成指示问题、这部分原因主要同问题④、⑤有关。使用示波器,加上结合工艺运行情况,重新调整。







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