差压式流量计的选用(二)

2020/7/18 22:40:30 人评论 次浏览 分类:流量测量  文章地址:/tech/3239.html

差压式流量计的选用直接关系到差压式流量计长期可靠、稳定和精确测量,《差压式流量计的选用(二)》着重介绍差压式流量计应用概况和选用考虑要点。

三、差压式流量计应用概况和选用考虑要点

1、应用概况
差压式流量计应用的领域特别广泛,在封闭管道的流量测量中各种测量对象都有应用。如流体方面:单相、混相、洁净、脏污、粘性流等、工作状态方面:常压、高压、真空、常温、高温、低温等;管径方面:从几mm到几m;流动条件方面:亚音速、音速、脉动流等。几十年来对上述各种测量对象的研究积累了大量试验资料,其中较成熟的已列入标准文件,如有关国际标准、国家标准。从使用量看,差压式流量计亦居各种流量计的首位,一般选用时皆优先考虑它。它在各工业部门的用量约占流量计全部用量的1/4-3/4,所占份额与行业情况有关,如冶金、电力部门百分数要高些,而化工、食品、医药等部门则低些。

2、差压式流量计性能

①流量范围、范围度、精度、重复性
一般情况下,差压式流量计的测量口径与管径相同,为了调整测量信号与流量的关系可以设计不同的节流件直径比β值,但应指出,其中动压头式是依据管道内流速大小获得信号,当流速较低时(低静压、大管径气体流量测量常遇到的情况)亦可采取配不同管径(如收缩管)来提高信号值。差压式流量计上限流量不受限制,但下限流量受范围度窄的限制,一般只工作于上限流量的25%-30%。

差压式量计的检测件除标准节流装置,皆需实流校准才能获得可靠、精确的流出系数,应该注意,在实验室里校准得到的流出系统在现场并不一定仍维持其值,现场安装情况是影响流出系统的重要因素。如果直管段长度不够,进入节流。


装置的流体流速分布为非充分发展管流,则流出系数将发生偏移。除此以外,现场流体物性的准确确定对测量精度亦有很大影响,由于被测介质
种类不断地增加,这方面资料有时跟不上需要,这是一个重要的问题。

应该指出,差压式流量计是一种从设计、制造到安装、使用都要求严格,只要其中一个环节稍加不慎都可能造成很大误差,在《差压式流量计的选用(一)》中
已列举了应着重检查的问题可供使用时参考。按照国家标准GB/T2624-2006只有符合标准才能给出测量的不确定度。但是,现场完全符合标准可以说比偏离的要少,这就要求使用者注意偏离标准的研究,这方面已有较多资料可参考。

重复性是测量的精密度,一般认为节流式差压流量计的精密度不如其它新型流量计(如涡轮、电磁、涡街等),但在水流量标准装置上进行校准
说明,此类流量计的重复性有可能在±0.3%,实际应用时因受流体物性及流动特性的干扰表现出重复性较差,这是要区分的。此外,由于输出信号为模拟量,其幅度变动与差压计的重复性密切相关,故要取得较高的重复性不仅仅是检测件,引压管线及差压变送器的质量都要注意。

②线性度

差压式流量计的输出信号与流量成平方关系,为非线性仪表,是范围度窄的原因。现在采用宽量程差压变送器及多台差压变送器并联使用可扩大范围度,已有范围度达180:1的仪表问世。扩大范围度另一办法是采用线性孔板。

③压力损失

一般认为差压流量计的压损较大,是它的一个缺点,实际上在节流式检测件中亦有压损小的,如流量管之类,至于均速管其压损就更小了。遗憾地是通常使用的孔板和喷嘴等确实压损较大。能不能更多地使用压损小的检测件呢?这是节流式差压流量计的一个重要课题,相信在进行更多工作后是有可能办到的。

3、流体特性

流体特性分两种情况考虑,一为流体的物理性质(物性),如密度、粘度等直接影响流量的测量精度;另一为流体的腐蚀、磨蚀、脏污等性质,影响差压式流量计使用的可靠性。

①密度

流体密度的确定至关重要,在差压式流量计原理中已经阐述。密度为流体组分、压力和温度等参数的函数,对于气体和蒸气,一般需考虑压力、温度的修正。在有些情况下,流体组分是变化的,如烟气、瓦斯等,这时不能仅用压力、温度修正,还应考虑组分变动的影响,最好采用在线密度计进行修正。密度值的确定方法不同,配备的测试仪表及整套流量计的价格亦不同,应该从实际需要的测量精度来定。流体密度及其波动情况一般应由用户负责提供,在差压式流量计投用后,应再核对实际情况与提供设计数据是否相符,它是影响现场测量精度的重要因素。

②粘度

流体粘度有二个用处:一是计算雷诺数;二是判别流体是否为牛顿流体。计算雷诺数所用粘度的精度要求可低些(5%以上即可),因为雷诺数与流出系数的关系在雷诺数超过一定界限时可认为恒定。标准型差压式流量计的一个工作条件是流体必须为牛顿流体。随着化工、石油化工、食品等工业的发展,非牛顿流体增多,在使用中应注意这个问题。

③气体压缩系数

当气体工作于高压、低温等工作状态时,气体密度的计算需考虑气体压缩系数,这个参数是气体组分、压力和温度的函数。在天然气流量测量中气体压缩系统的精确确定是很重要的,它是影响测量精度的一个关键参数。由于天然气组分及工作状态的多样性,已经发表许多压缩系数的数学式,它们的使用范围、精度皆不一样,要根据实际需要选用。

④气体湿度

气体中含有的水蒸气在未饱和状态时的份量,即气体湿度是影响气体密度的重要因素,又因为气体湿度大小与工作压力和温度有关,在使用时它是一个变动的量。城市煤气的精确计量受这个参数影响,引起计量纠纷是一个亟待解决的问题。

⑤流体腐蚀性、磨蚀性与脏污

流体腐蚀性有两方面影响:一是流体腐蚀直接破坏检测件,使测量精度受到影响;另一是流体对管道材质的腐蚀,使管壁剥落造成流体脏污使检测件积垢堵塞影响工作的可靠性。腐蚀性对孔板流量计孔板入口直角锐利度产生不利影响,当然对管壁也会产生影响。脏污流体对差压式流量计的最大威胁是堵塞取压口及引压管线,在节流件前残留渣垢使流出系数发生变化。流体上述一些特性对差压式流量计的影响通常是渐变的,开始投用时并无问题,随着使用时间的增长而逐渐发生变化,对测量精度的影响亦是在逐渐加大,这是最危险的。

⑥混相(多相)流

混相流有以下一些特点:
a、流动结构复杂,流动形态多样及不均匀,使流体流动呈现极为复杂的情况;
b、流动中常伴随着热介质的相变问题,而相变的临界点又与温度、压力等密切相关,所以混相流中压力与温度的稳定极为重要;
c、流体中常具有粘结、易堵塞、易腐蚀仪表的特点,对仪表检测件提出苛刻的要求;
d、在水平与垂直管道中流动结构、形态及其描述的数学模型都不同,故采样点的选取及检测件安装皆有严格要求。

在混相流中,两相流占大多数,已经对标准节流装置测量两相流的基础理论进行较深入的探讨,总结出采用均相模型及分相模型的流量计算
式。

混相流与单相流相比有许多特殊问题需要探讨,如混合物的密度、空隙率及滑移等,当介质种类、组成及工作状态(压力、温度)不同时它们都有差别,因此其数学模型的使用条件要特别注意。


4、安装

使用标准型差压式流量计要保持几何相似和动力相似,其流出系数才能与标准确定的值相等,安装规范化是保证这二个相似的很重要的方面。例如标准规定节流件入口前必须是充分发展管流,流动必须是稳定的(定常流)。这二个条件要求节流装置上下直管段长度要根据阻流件类型而定,当流动为脉动流时,检测件安装位置应远离脉动源或采取阻尼措施。另外,对管道外观及内壁状况、管段连接情况、取压口结构以及引压管线的布置等标准都有详细规定,这些规定必须严格遵守,偏离标准产生的误差往往是无法估计的。

①上下游管线

进入节流件前,流体流速分布需为充分发展管流,这是标准节流装置的工作条件要求,现场各种阻流件对流速分布的干扰主要为两种;速度分布畸变和旋转流。ISO5167规定几种典型阻流件所需的直管段长度,它是全世界流量界花费巨大代价长期试验的总结。遗憾地是现场阻流件类型远不止这些,尤其是许多复合型阻流件使管道内流场状况难以预测,使用时要小心谨慎。

②差压信号管路

差压信号管路是差压式流量计的重要组成部分,为了保证节流装置的输出差压可靠、正确地传送到差压变送器,差压信号管路的敷设要遵守标准的规定,偏离规定产生的测量误差很难预测。差压信号管路包括取压口,引压管线和辅助管件是此类流量计的薄弱环节,易产生堵塞、冻结及信号失真等问题。

③非定常流及脉动流

ISO5167规定标准只适用于稳定流动,它用含混词语规定流体通过测量段的流动是稳定的或仅随时间缓慢变化,没有定量的规定,在ISO/TR313(用孔板、喷嘴与文丘里管测量脉动流流量》中有一个脉动流与稳定流的定量界限。
 
差压式流量计测量脉动流量可能带来无法预计的误差,在万不得已采用时,最好采取以下措施:

◆在管线上采取衰减措施,安置滤波器(由容器与管阻组成);
◆差压式流量计检测中尽量远离脉动源;
◆差压式流量计尽量装在供给源的吸入端。而不装在输出端;
◆采用尽量大的β和△P,在测量处减少管线尺寸;
◆管线、仪表支架安装牢固;
◆二根差压引压管阻力要对称且尽量短。

5、环境条件

差压式流量计由检测件(节流装置或均速管)、差压变送器和流量积算仪三部分组成,后面二部分对大气环境条件、电气干扰、环境防爆及振动等都有严格要求。

①大气环境条件

一般流量积算仪安装在仪表控制室,对大气环境条件的要求与其它控制仪表一样。为了使差压信号管路尽量缩短,差压变送器安装于工艺管线附近,现场的大气环境条件较差,最好特制仪表箱,把差压变送器装在仪表箱内,以防日晒雨淋及现场腐蚀性气氛的侵蚀。冬天,在我国北方差压信号管路需要采取防冻措施。

②电气干扰

差压变送器把差压信号转换为电信号经长距离传输到流量积算仪,这时各种非信号电量输入流量积算仪,应采取有效的抗干扰措施。干扰来源一般应注意大功率变压器、交流电机、大电流导线等周围都有较强的交流磁场,仪表信号线从其附近通过时,会受交流磁场影响而产生横向干扰电势,其它尚有电容性耦合干扰、地电流干扰等。

③防爆问题

在工业生产过程中,特别是化工、石油化工等生产过程,生产现场往往含有各种各样易燃、易爆物体,在这种场合可采用本安或防爆差压变送器

6、经济方面

与其它类型流量计相比,差压式流量计的检测件(节流装置,特别是均速管)的购置费比较便宜,尤其是标准节流装置,无须实流校准,无论产品生产或周期检定都给生产和使用带来很大好处,但是不要忘记,整套流量计尚有差压变送器和流量积算仪等,整套差压式流量计的价格就不一定便宜了。

差压式流量计的差压信号管路在较长距离安装时比较麻烦,需考虑排污、消气等问题,最好尽量缩短长度把差压变送器安装于工艺管线附近,但差压变送器现场安装要考虑防护措施,这样安装费用也就增加了。


运行费用主要为工作时的能量消耗,常用的节流装置孔板和喷嘴等压损大,在大口径流量测量时应特别注意其能量消耗,曾计算过大口径(φ
1000mm)水流量孔板流量计年泵送能耗需几万元,远超过仪表本身的价格,这时选用其它压损小的流量计,如文丘利管或电磁流量计要合算些。

与其它类型流量计比较,标准型差压式流量计无异具有优势,它无须实流校准即可投用,使用后定期检定只需检查几何尺寸,给生产与使用带
来极大方便。

差压式流量计由于与流体接触的部分(检测件)牢固可靠,使用期较长,相对于检测件有活动部件的流量计(如涡轮、容积式流量计)维护量较
少,它的维护主要在差压变送器及流量积算仪,差压变送器需定期校验,其校验费不高。差压式流量计昂贵部分(差压变送器、流量积算)通用性强,在大中型企业一般用量都较多(几十到几百台),其备品备件相对较省。
作者:孙淮清

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