方案27儀表流量計應(yīng)用

1、1 概述流量測量方法和儀表的種類繁多,分類方法也很多。至今為止,可供工業(yè)用的流量儀表種 類達 60 種之多。品種如此之多的原因就在于至今還沒找到一種對任何流體、任何量程、任何狀態(tài)以及任何使用條件都適用的流量儀表。這 60 多種流量儀表,每種產(chǎn)品都有它特定的適用性,也都有它的局限性。按測量對象劃 分就有封閉管道和明渠兩大類;按測量目的又可分為總量測量和流量測量,其儀表分別稱作 總量表和流量計?？偭勘頊y量一段時間內(nèi)流過管道的流量,是以短暫時間內(nèi)流過的總量除以該時間的商來表示,實際上流量計通常亦備有累積流量裝置,做總量表使用,而總量表亦備有流量發(fā)訊裝置。因此,以嚴格意義來分流量計和總量表已無實際意義

2、。按測量原理分有力學原理、熱學原理、聲學原理、電學原理、光學原理、原子物理學原理等本文按照目前最流行、最廣泛的分類法,即分為:容積式流量計、差壓式流量計、浮子流量 計、渦輪流量計、電磁流量計、流體振蕩流量計中的渦街流量計、質(zhì)量流量計和式流量計 來分別闡述各種流量計的原理、特點、應(yīng)用概況及國內(nèi)外的發(fā)展情況。1.1 差壓式流量計差壓式流量計是根據(jù)安裝于管道中流量檢測件產(chǎn)生的差壓,已知的流體條件和檢測件與 管道的幾何尺寸來計算流量的儀表。差壓式流量計由一次裝置(檢測件)和二次裝置(差壓轉(zhuǎn)換和流量顯示儀表)組成。通常以 檢測件形式對差壓式流量計分類,如孔板流量計流量計、均速管流量計等。二次裝置為各種機

3、械、電子、機電一體式差壓計,差壓變送器及流量顯示儀表。它已發(fā)展 為三化(系列化、通用化及標準化)程度很高的、種類規(guī)格龐雜的一大類儀表,它既可測量流量 參數(shù),也可測量其它參數(shù)(如壓力、物位、密度等)。差壓式流量計的檢測件按其作用原理可分為:節(jié)流裝置、水力阻力式、離心式、動壓頭式、 動壓頭增益式及射流式幾大類。檢測件又可按其標準化程度分為二大類:標準的和非標準的。所謂標準檢測件是只要按照標準文件設(shè)計、制造、安裝和使用,無須經(jīng)實流標定即可確定 其流量值和估算測量誤差。非標準檢測件是成熟程度較差的,尚未列入國際標準中的檢測件。差壓式流量計是一類應(yīng)用最廣泛的流量計,在各類流量儀表中其使用量占居首位。近年

4、 來,由于各種新型流量計的問世,它的使用量百分數(shù)逐漸下降,但目前仍是最重要的一類流量 計。優(yōu)點:(1)應(yīng)用最多的孔板式流量計結(jié)構(gòu)牢固,性能穩(wěn)定可靠,使用長;(2)應(yīng)用范圍廣泛,至今尚無任何一類流量計可與之相比擬;(3)檢測件與變送器、顯示儀表分別由不同廠家生產(chǎn),便于規(guī)模經(jīng)濟生產(chǎn)。缺點:(1)測量精度普遍偏低;(2)范圍,一般僅 3:14:1;(3)現(xiàn)場安裝條件要求高;(4)壓損大(指孔板、噴嘴等)。應(yīng)用概況:差壓式流量計應(yīng)用范圍特別廣泛,在封閉管道的流量測量中各種對象都有應(yīng)用,如流體 方面:單相、混相、潔凈、臟污、粘性流等;工作狀態(tài)方面:常壓、高壓、真空、常溫、高溫、低溫等; 管徑方面:從幾

5、mm 到幾 m;條件方面:亞音速、音速、脈動流等。它在各工業(yè)部門的用量約 占流量計全部用量的 1/41/3。1.2 浮子流量計浮子流量計,又稱轉(zhuǎn)子流量計,是變面積式流量計的一種,在一根由下向上擴大的垂直錐 管中,圓形橫截面的浮子的重力是由液體動力承受的,從而使浮子可以在錐管內(nèi)地上升 和下降。浮子流量計是僅次于差壓式流量計應(yīng)用范圍最寬廣的一類流量計,特別在小、微流量方面有舉足輕重的作用。80 年代中期,、西歐、的銷售金額占流量儀表的 15%20%。我國產(chǎn)量 1990 年估計 在 1214,其中 95%以上為玻璃錐管浮子流量計。特點:(1)玻璃錐管浮子流量計結(jié)構(gòu)簡單,使用方便,缺點是耐壓力低,有玻

6、璃管易碎的較大風 險;(2)適用于小管徑和低流速;(3)壓力損失較低。1.3 容積式流量計容積式流量計,又稱定排量流量計,簡稱 PD 流量計,在流量儀表中是精度最高的一類。它 利用機械測量元件把流體連續(xù)不斷地分割成單個已知的體積部分,根據(jù)測量室逐次重復地充 滿和排放該體積部分流體的次數(shù)來測量流體體積總量。容積式流量計按其測量元件分類,可分為橢圓齒輪流量計、刮板流量計、雙轉(zhuǎn)子流量計、 旋轉(zhuǎn)活塞流量計、往塞流量計、圓盤流量計、液封轉(zhuǎn)筒式流量計、濕式氣量計及膜式氣量 計等。優(yōu)點:(1)計量精度高;(2)安裝管道條件對計量精度沒有影響;(3)可用于高粘度液體的測量;(4)范圍度寬;(5)直讀式儀表無需

7、外部能源可直接獲得累計,總量,清晰明了,操作簡便。缺點:(1)結(jié)果復雜,體積龐大;(2)被測介質(zhì)種類、口徑、介質(zhì)工作狀態(tài)局限性較大;(3)不適用于高、低溫場合;(4)大部分儀表只適用于潔凈單相流體;(5)產(chǎn)生噪聲及振動。應(yīng)用概況:容積式流量計與差壓式流量計、浮子流量計并列為三類使用量最大的流量計,常應(yīng)用于昂貴介質(zhì)(油品、天然氣等)的總量測量。工業(yè)發(fā)達國家近年 PD 流量計(不包括家用煤氣表和家用水表)的銷售金額占流量儀表的13%23%;我國約占 20%,1990 年產(chǎn)量(不包括家用煤氣表)估計為 34,其中橢圓齒輪式和腰輪式分別約占 70%和 20%。1.4 渦輪流量計渦輪流量計,是速度式流量

8、計中的主要種類,它采用多葉片的轉(zhuǎn)子(渦輪)感受流體平均 流速,從而且推導出流量或總量的儀表。一般它由傳感器和顯示儀兩部分組成,也可做成整體式。渦輪流量計和容積式流量計、奧利質(zhì)量流量計稱為流量計中三類重復性、精度最佳的產(chǎn)品,作為十大類型流量計之一,其產(chǎn)品已發(fā)展為多品種、多系列批量生產(chǎn)的規(guī)模。優(yōu)點:(1)高精度,在所有流量計中,屬于最精確的流量計;(2)重復性好;(3)元零點漂移,能力好;(4)范圍度寬;(5)結(jié)構(gòu)緊湊。缺點:(1)不能長期保持校準特性;(2)流體物性對流量特性有較大影響。應(yīng)用概況:渦輪流量計在以下一些測量對象獲得廣泛應(yīng)用:石油、有機液體、無機液、,渦輪流量計在用量上是僅次于孔液化

9、氣、天然氣 和低溫流體統(tǒng)在歐洲和板流量計的天然計量儀表,僅 荷蘭在天然氣管線上就采用了 2600 多臺各種尺寸,壓力從 0.86.5MPa 的氣體渦輪流量計, 它們已成為優(yōu)良的天然氣計量儀表。1.5 電磁流量計電磁流量計是根據(jù)法拉弟電磁感應(yīng)定律制成的一種測量導電性液體的儀表。電磁流量計有一系列優(yōu)良特性,可以解決其它流量計不易應(yīng)用,如臟污流、腐蝕流 的測量。70、80 年代電磁流量在技術(shù)上有突破,使它成為應(yīng)用廣泛的一類流量計,在流量儀表 中其使用量百分數(shù)不斷上升。優(yōu)點:(1)測量通道是段光滑直管,不會阻塞,適用于測量含固體顆粒的液固二相流體,如紙漿、泥漿、污水等;(2)不產(chǎn)生流量檢測所造成的壓力

10、損失,節(jié)能效果好;(3)所測得體積流量實際上不受流體密度、粘度、溫度、壓力和電導率變化的明顯影響;(4)流量范圍大,口徑范圍寬;(5)可應(yīng)用腐蝕性流體。缺點:(1)不能測量電導率很低的液體,如石油制品;(2)不能測量氣體、蒸汽和含有較大氣泡的液體;(3)不能用于較高溫度。應(yīng)用概況:電磁流量計應(yīng)用領(lǐng)域廣泛,大口徑儀表較多應(yīng)用于給排水工程;中小口徑常用于高要求 或難測場合,如鋼鐵工業(yè)高爐風口冷卻水控制,造紙工業(yè)測量紙漿液和黑液,化學工業(yè)的強腐 蝕液,有色冶金工業(yè)的礦漿;小口徑、微小口徑常用于工業(yè)、食品工業(yè)、生物化學等有衛(wèi)生 要求的場所。1.6 渦街流量計渦街流量計是在流體中安放一根非流線型游渦發(fā)生

11、體,流體在發(fā)生體兩側(cè)交替地分離釋放出兩串規(guī)則地交錯排列的游渦的儀表。渦街流量計按頻率檢出方式可分為:應(yīng)力式、應(yīng)變式、電容式、熱敏式、振動體式、光電式 及超聲式等。渦街流量計是屬于最年輕的一類流量計,但其發(fā)展迅速,目前已成為通用的一類流量計。優(yōu)點:(1)結(jié)構(gòu)簡單牢固;(2)適用流體種類多;(3)精度較高;(4)范圍度寬;(5)壓損小。缺點:(1)不適用于低雷諾數(shù)測量;(2)需較長直管段;(3)儀表系數(shù)較低(與渦輪流量計相比);(4)儀表在脈動流、多相流中尚缺乏應(yīng)用經(jīng)驗。1.7 超聲流量計超聲流量計是通過檢測流體對超聲束(或超聲脈沖)的作用以測量流量的儀表。速度差法(直接時差法、時根據(jù)對信號檢測的

12、原理超聲流量計可分為差法、相位差法 和頻差法)、波束偏移法、法、互相關(guān)法、空間濾法及噪聲法等。超聲流量計和電磁流量計一樣,因儀表流通通道未設(shè)置任何阻礙件,均屬無阻礙流量計, 是適于解決流量測量問題的一類流量計,特別在大口徑流量測量方面有較突出的優(yōu)點, 近年來它是發(fā)展迅速的一類流量計之一。優(yōu)點:(1)可做非接觸式測量;(2)為無阻撓測量,無壓力損失;(3)可測量非導電性液體,對無阻撓測量的電磁流量計是一種補充。缺點:(1)時間法只能用于清潔液體和氣體;而法只能用于測量含有一定量懸浮顆 粒和氣泡的液體;(2)法測量精度不高。應(yīng)用概況:(1)時間法應(yīng)用于清潔、單相液體和氣體。典型應(yīng)用有工廠排放液、:

13、怪液、液化天然 氣等;(2)氣體應(yīng)用方面在高壓天然氣領(lǐng)域已有使用良好的經(jīng)驗;(3)法適用于異相含量不太高的雙相流體,例如:未處理污水、工廠排放液、臟流程液;通常不適用于非常清潔的液體。1.8奧利質(zhì)量流量計奧利質(zhì)量流量計(以下簡稱 CMF)是利用流體在振動管中時,產(chǎn)生與質(zhì)量流量成正比的奧利力原理制成的一種直接式質(zhì)量流量儀表。我國 CMF 的應(yīng)用起步較晚,近年已有幾家制造廠(如太行儀表廠)自行開發(fā)供應(yīng)市場;還 有幾家制造廠組建合資企業(yè)或國外技術(shù)生產(chǎn)系列儀表。1.9 明渠流量計與前述幾種不同,它是在非滿管狀敞開測量表面自然流的流量儀表。非滿管態(tài)的水路稱作明渠,測量明渠中水流流量的稱作明渠流量計(op

14、en channel flowmeter)。明渠流量計除圓形外,還有 U 字形、梯形、矩形等多種形狀。明渠流量計應(yīng)用場所有城市供水引水渠;火電廠引水和排水渠、污水治理流入和排放渠; 工礦企業(yè)水排放以及水利工程和農(nóng)業(yè)灌溉用。有人估計 1995 臺,約占流量儀表整體的1.6%,但是國內(nèi)應(yīng)用尚無估計數(shù)據(jù)。2 新工作原理流量儀表的研究和開發(fā)2.1 靜電流量計(electrosic flowmeter)東京技術(shù)學院研制適用于石油輸送管線低導電液體流量測量的靜電流量計。靜電流量計的金屬測量管絕緣地與管系連接,測量電容器上靜電荷便可知道測量管內(nèi)的 電荷。他們分別作了內(nèi)徑 48mm 銅、不銹鋼等金屬和測量管儀

15、表的實流試驗,試驗表明流 量與電荷之間接近于線性。2.2 復合效應(yīng)流量儀表(combined effects meter)該儀表的工作原理是基于流體的動量和壓力作用于儀表腔體產(chǎn)生的變形,GMI 工程和管理學院開發(fā),已測量復合效應(yīng) 的變形求取流量。本儀表由申請兩項專利。2.3 轉(zhuǎn)速表式流量傳感器(taetric flowrate sensor)它是由俄羅斯科學工程中心工業(yè)儀表公司開發(fā)，是基于懸浮效應(yīng)理論研制的。該儀表已 在若干現(xiàn)場成功的應(yīng)用(例如在核電站安裝 2000測量熱水流量，連續(xù)使用 8 年),且還 在改進以擴大應(yīng)用領(lǐng)域。3 幾種流量儀表應(yīng)用和發(fā)展3.1奧利質(zhì)量流量計(CMF)國外 CMF 已發(fā)展 30 余系列，各系列開發(fā)在技術(shù)上著眼點在于:流量檢測測量管結(jié)構(gòu)上 設(shè)計創(chuàng)新;提高儀表零點穩(wěn)定性和精確度等性能;增加測量管撓度,提高靈敏度;改善測量管 應(yīng)力分布,降低疲勞損壞,加強抗振動干擾能力等。3.2 電磁流量計(EMF)EMF 從 50 年代初進入工業(yè)應(yīng)用以來,使用領(lǐng)域日益擴展,80 年代后期起在各國流量儀表銷售金額中已占 16%20%。我國近年發(fā)展迅速,1994 年銷售估計為 65007500 臺。國內(nèi)已生產(chǎn)最大口徑為 26m 的ENF,并有實流校驗口徑 3m 的設(shè)備能力。3.3 渦街流量計(USF