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流量?jī)x表的選型方案探討
發(fā)布時(shí)間:2019-12-02

摘 要:針對(duì)化工企業(yè)流量?jī)x表選型困難的問題,介紹了旋進(jìn)流量計(jì)轉(zhuǎn)子流量計(jì)的工作原理,并將這兩種流量計(jì)進(jìn)行了特性對(duì)比,得出了在中小管徑中含顆粒物的化工介質(zhì)、密度發(fā)生變化的介質(zhì)工況下,旋進(jìn)流量計(jì)比轉(zhuǎn)子流量計(jì)更有優(yōu)勢(shì)的結(jié)論。
0 引言
  在化工企業(yè)中,流量?jī)x表在生產(chǎn)過程控制、能源計(jì)量等活動(dòng)中是非常重要的測(cè)量設(shè)備,它的選型和配置是否合理將直接影響化工運(yùn)行效率和產(chǎn)品質(zhì)量。因此,針對(duì)不同的測(cè)量目的、實(shí)際工況、介質(zhì)參數(shù)等,儀表的配置選型非常重要。
由于儀表種類繁多,儀表選型要依據(jù)測(cè)量介質(zhì)、儀表工作特性進(jìn)行綜合考慮,結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)有效的解決方案。通常情況下,選用沒有運(yùn)動(dòng)部件的流量?jī)x表,這種儀表在現(xiàn)場(chǎng)使用中更穩(wěn)定、更可靠。結(jié)合筆者多年的現(xiàn)場(chǎng)使用情況得出以下結(jié)論:在中小管徑中,含顆粒物的化工介質(zhì)、密度發(fā)生變化的介質(zhì)在流量?jī)x表的使用效果上,旋進(jìn)流量計(jì)比轉(zhuǎn)子流量計(jì)更有優(yōu)勢(shì)。
1 測(cè)量原理
1.1 旋進(jìn)流量計(jì)(旋進(jìn)旋渦流量計(jì))
  旋進(jìn)流量計(jì)(圖1)原理上屬于流體振動(dòng)速度型流量計(jì),它是在流量計(jì)內(nèi)部植入一個(gè)起旋器,當(dāng)流體通過起旋器后迫使流體沿軸旋轉(zhuǎn)并形成漩渦流,旋轉(zhuǎn)的中心形成渦核,渦核在回流作用下形成二次螺旋形旋轉(zhuǎn)。這種二次旋轉(zhuǎn)的頻率與流量呈正比,流量計(jì)形狀設(shè)計(jì)合理時(shí),在很寬的流量范圍內(nèi),頻率與流量呈線性關(guān)系,通過測(cè)量得到旋轉(zhuǎn)流體頻率就可以求得流體的體積流量。
旋進(jìn)漩渦流量計(jì)圖示
Qv=K/ f
式中,Qv為體積流量(m3/ s);f為旋渦頻率(Hz);K為流量計(jì)儀表系數(shù)(脈沖數(shù)/ m3)。
  旋轉(zhuǎn)頻率由信號(hào)檢測(cè)體(壓電)測(cè)得,通過信號(hào)處理器被轉(zhuǎn)換成4~20 m A的標(biāo)準(zhǔn)電流輸出信號(hào),也可以不經(jīng)轉(zhuǎn)換直接輸出脈沖頻率信號(hào)。旋進(jìn)流量計(jì)原理如圖2所示。
旋進(jìn)漩渦流量計(jì)原理圖
1.2 轉(zhuǎn)子流量計(jì)
  轉(zhuǎn)子流量計(jì)(圖3)的工作原理:通過改變流體的流通面積,保持轉(zhuǎn)子上下的差壓恒定,故又稱為變流通面積恒差壓流量計(jì),也稱為浮子流量計(jì)。測(cè)量部分流向自下而上為倒錐管,浮子隨流量大小懸停在任何位置,浮力+差壓力=重力。流量增大時(shí),浮子上移則流通面積增大,通過改變流通面積實(shí)現(xiàn)恒差壓。
轉(zhuǎn)子流量計(jì)圖示
2兩種流量計(jì)特性比對(duì)
  旋進(jìn)流量計(jì)和轉(zhuǎn)子流量計(jì)的特性對(duì)比如表1所示。

  通過表1的對(duì)比分析,根據(jù)儀表優(yōu)缺點(diǎn)可知,在流量較小時(shí),這兩種流量計(jì)從原理上說都可以選擇,但在實(shí)際運(yùn)用中有差異。
轉(zhuǎn)子流量計(jì)的小流量測(cè)量必須選擇輕質(zhì)材料(塑料等)的浮子,而且浮子通過上下運(yùn)動(dòng)工作,會(huì)造成以下幾個(gè)主要缺陷:
(1)不能耐受介質(zhì)沖擊,如果流量波動(dòng)大(例如閥門快速開啟),浮子太輕會(huì)被吹翻或卡在軌道上,造成損壞無法工作;
(2)帶有一些顆粒物(有一定黏性)的介質(zhì),會(huì)附著在浮子上,造成計(jì)量誤差或無法工作,嚴(yán)重時(shí)浮子被卡住形成斷流,帶來嚴(yán)重的安全隱患。
(3)轉(zhuǎn)子流量計(jì)的浮子是根據(jù)被測(cè)介質(zhì)的密度設(shè)計(jì),當(dāng)被測(cè)介質(zhì)的密度與設(shè)計(jì)密度發(fā)生變化時(shí),必須及時(shí)修正。如果測(cè)量介質(zhì)的密度發(fā)生了變化或者測(cè)量變組分的介質(zhì),轉(zhuǎn)子流量計(jì)都不能準(zhǔn)確計(jì)量甚至得到的是無效的計(jì)量數(shù)值。
(4)通常情況下,轉(zhuǎn)子流量計(jì)必須垂直安裝,限制了現(xiàn)場(chǎng)管道的位置。
而旋進(jìn)流量計(jì)鑒于它的原理和特性,正好可以規(guī)避上述問題,同時(shí)具有和轉(zhuǎn)子流量計(jì)相同的優(yōu)點(diǎn),完全可以取代轉(zhuǎn)子流量計(jì),且使用壽命更長(zhǎng)、計(jì)量精度更準(zhǔn)確。
3現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用案例分析
3.1某廠紡絲裝置的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用案例
  鑒于旋進(jìn)流量計(jì)在測(cè)量小流量方面的突出優(yōu)勢(shì),某廠在2016年的老區(qū)紡絲車間試用了3臺(tái)旋進(jìn)流量計(jì),具體情況如下:
之前用轉(zhuǎn)子流量計(jì)測(cè)量中和浴液(含H2SO4/Na2SO4),DN25口徑測(cè)量范圍為1~5m3/h,由于壓縮機(jī)工作時(shí)壓力不穩(wěn)定,經(jīng)常會(huì)造成轉(zhuǎn)子流量計(jì)的浮子在沖壓下被打翻,造成卡殼,無法計(jì)量介質(zhì)。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn),由于該位置的流量很低,一般流量計(jì)的下限無法滿足測(cè)量需求,但是旋進(jìn)流量計(jì)的下限更低,DN20口徑的測(cè)量范圍為0.4~6m3/h,優(yōu)于轉(zhuǎn)子流量計(jì)的測(cè)量范圍(2~16m3/h)。經(jīng)過多方商討,將轉(zhuǎn)子流量計(jì)改為旋進(jìn)流量計(jì)。經(jīng)過一年的使用觀察,現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際使用效果良好,解決了一個(gè)工藝難題。
  隨后,該廠陸續(xù)在新區(qū)甲醇、醋酸乙烯裝置、紡絲、PVA等車間裝置進(jìn)行了旋進(jìn)流量計(jì)替換轉(zhuǎn)子流量計(jì)的改造工作,總數(shù)超過40套,且運(yùn)行效果明顯。
3.2蒸汽管線分支,小管徑、低流速的測(cè)量應(yīng)用
  該流量計(jì)應(yīng)用位置處于蒸汽管線分支,DN20管徑,蒸汽溫度180℃,常用流量25kg/h,原先工廠選用的是金屬轉(zhuǎn)子流量計(jì),在垂直管道上安裝,由于管線較長(zhǎng)、保溫層老化等原因,管道中存在少量凝結(jié)水,隨著蒸汽高速流動(dòng),對(duì)轉(zhuǎn)子造成沖擊進(jìn)而損壞儀表。選用其他流量計(jì)又無法解決小流量準(zhǔn)確測(cè)量問題,最終選用安裝了旋進(jìn)流量計(jì)解決了該問題。
某石化裝置選用旋進(jìn)流量計(jì)解決了直管段不足等流場(chǎng)問題,如圖4所示。

4結(jié)語
  綜上所述,在中小管徑中含顆粒物的化工介質(zhì)及密度發(fā)生變化的介質(zhì),在流量?jī)x表的使用效果上,旋進(jìn)流量計(jì)比轉(zhuǎn)子流量計(jì)更有優(yōu)勢(shì)。應(yīng)注意在流量?jī)x表的實(shí)際選型工作中,要了解儀表的原理和特性,關(guān)注測(cè)量介質(zhì)的狀態(tài)參數(shù),并積極和有經(jīng)驗(yàn)的儀表制造廠商進(jìn)行技術(shù)聯(lián)絡(luò),以便做出好的儀表選擇。

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