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四、環(huán)境條件要求
在選流量計的過程中不應忽略周圍條件因素及有關變化,比如環(huán)境溫度、濕度、安全性和電氣干擾等,
環(huán)境溫度
環(huán)境溫度變化會影響流量計的電子部分和流量傳感器部分。比如溫度變化會影響傳感器尺寸的變化、通過流量計殼體傳熱改變流體密度和粘度等。當環(huán)境溫度影響到顯示儀表電子元件時,將改變元件參數(shù)。應該將流量傳感器和二次顯示儀表安裝在不同的場所,像二次顯示儀表應安裝在控制室內,以保證電子元件免受溫度的影響。應該說環(huán)境溫度的影響量在作流量測量總不確定度的估算時,其影響不應是不確定度主要影響量之一。
環(huán)境濕度
環(huán)境中大氣濕度也是影響流量計使用的問題之一。比如濕度高會加速大氣腐蝕和電解腐蝕并降低電氣絕緣,低濕度會感生靜電。環(huán)境溫度或介質溫度急劇變化會引起濕度方面的問題,如表面結露現(xiàn)象。
③安全性
應按照有關規(guī)范和標準選擇流量計,以適應用于爆炸性危險環(huán)境,按照防爆標準對現(xiàn)場進行要求。
電氣干擾
電力電纜、電機和電氣開關都會產生電磁干擾,如不采取有關措施,就會成為流量測量產生誤差的原因。
五、經(jīng)濟方面的考慮
1、從經(jīng)濟方面考慮購置流量計的費用
購置流量計時應比較不同類型流量計對整個測量系統(tǒng)經(jīng)濟的影響。比如范圍度小的流量計比范圍度寬的流量計在相同測量范圍下,需要多臺流量計并聯(lián)和多條管線才覆蓋,因此除流量計以外尚需增加許多輔助設備,像閥門、管線附件等。雖然表面上看流量計費用少了,但是其他的費用則增加,計算起來并不合算。比如安裝孔板流量計加上差壓計的費用相對便宜,但組成測量回路包括孔板的固定附件等其費用可能超過基本件費用很多
2、安裝費用
在購置流量計時,不僅要考慮流量計的購置費,還需考慮其他費用,如附件購置費、安裝調試費、維護和定期檢測費、運行費和備用件費。
比如許多流量計使用時應配備比較長的上游直管段以保證其測量性能。因此正確的安裝需要額外管道的布置或備有旁路管道作定期維護。所以安裝費應合理多方面考慮,比如還應包括運行所需的截止閥、過濾器等輔助費用等。
3、運行費用
流量計運行費用主要是工作時能量消耗,包括電動儀表內部電力消耗或氣動儀表的氣源耗能以及在測量過程中推動流體通過儀表所消耗的能量,亦即克服儀表因測量產生壓力損失的泵送能耗費等。比如差壓式流量計產生的差壓,很大一部分不可恢復、容積式流量計和渦輪流量計也具有相當阻力。只有全通道、無阻礙的電磁流量計和超聲流量計基本此費用為零、插入式流量計由于用于大管徑阻塞比小,其壓力損失亦可忽略。
據(jù)測算管徑100mm的差壓式孔板流量計1年泵送能耗費與流量計購置費相當,如果換用電磁流量計,其購置費亦僅相當于4年多差壓式孔板流量計的能耗費。設想更大管徑的泵送能耗費所占份額費用更多。一般認為超過5000mm的流量計應該盡可能選用低壓損和無壓損的流量計。比如,供水工程應用傳統(tǒng)的差壓式流量計極少用孔板而采用低壓損的文丘里管,現(xiàn)在則更新為電磁流量計和超聲流量計。
泵送能耗費用計算見下列各式:
年泵送能耗費 = 元
液體: k
氣體: k
式中,——動力損耗,k,設泵(或壓縮機)組效率為80%;
——年工作小時數(shù),h;
——電價,元k/ h;
——不可恢復壓力損失,Pa;
——液體流量,m/h;
——標準狀態(tài)氣體流量,m/min;
——液體相對密度;
——氣體溫度,K;
——氣體絕對壓力,Pa。
4、檢測費用
檢測費用應根據(jù)流量計的檢定周期決定。一般用于貿易結算的原油或成品油的檢測常在現(xiàn)場設置標準體積管對流量計進行在線檢定。
5、維護費用和備用件費用等
維護費用為流量計投入使用后保持測量系統(tǒng)正常工作所需費用,主要包括維護和備用件費。有運動部件的流量計需進行較多維護工作,如定期調換易磨損軸承、軸、轉輪、傳動齒輪等;沒有運動部件的流量計也需進行檢視,如最普通的用幾何測量法檢查孔板流量計。
備用件費用會隨著流量計的性能提高的程度而增加。選用流量計時應考慮同時增加備用件的購置費用,尤其是從國外進口的流量計,有時常常會因易損備件的困難而替換整臺流量計。
六、測量方法和流量計的選擇
上幾節(jié)都是講的一般流量計的選型等問題,本節(jié)為例對測量漿液流量、大液體流量和蒸汽流量測量流量計的選擇。
1、漿液流量測量的選擇
從流量計選型一覽表中可查得應用于含顆粒纖維漿液的可選的流量計有:差壓式流量計中有彎管、楔型管、電磁流量計、多普勒法超聲流量計、渦街流量計、靶式流量計、科里奧利質量流量計等。根據(jù)目前國內流量計的使用狀況和各種流量計的測量性能來看,對測量漿液流量首選電磁流量計,除非所測量的漿液是非導電的或含有鐵磁性顆粒,以及測量管道系統(tǒng)不允許截斷以接入流量傳感器,才選擇其他流量計。據(jù)報道測量煤粉含量高達65%水煤漿流量的多年應用經(jīng)驗,認為還是電磁流量計最好。
差壓式流量計可用于測量漿液的差壓傳感器除彎管、楔型管還有環(huán)形管,固相較少時還可用圓缺孔板、偏心孔板,文丘里管也有用于測量的實例。
多普勒法超聲流量計是可不截斷管道在管外夾裝超聲換能器(探頭)即可測量,但測量準確度不高。
渦街流量計只能測量含有少量粉狀固形物,固相含量較多或是纖維狀會產生噪聲而無法使用。
靶式流量計有用于含煤粉的重油或渣油等液流,是采用應變式靶式流量計。
科里奧利質量流量計在國外有應用于漿液的測量經(jīng)驗,一般以其直管型測量管為宜,但國內應用經(jīng)驗不多。
2、對于封閉管道液體大流量測量的選擇
這里說的大流量不是指某一管徑流速較高時的“相對大流量”而是說流量絕對值的大流量。由于管道輸送液體的流速有一定的范圍,低粘度液體常用的經(jīng)濟流速為1~3m/s,因此,這里說的“大流量”測量是說大管道流量測量。
一般來講,DN300以下管徑的流量計稱為中小管徑流量計,DN300~ DN400以上的稱為大管徑流量計,DN1200以上的稱為特大管徑流量計。通常特大管徑液體流量測量主要為水,除了水以外還有石油產品。一般大管徑流量計有差壓式流量計、電磁流量計、超聲流量計和插入式的流量計,DN300~ DN500的還有容積式流量計和渦輪流量計。
(1)安裝條件
安裝條件主要是根據(jù)測量方法是否可以允許切斷管流,暫停運行,是否可以允許在管道上打孔,是否允許切斷管流安裝流量傳感器。
如果允許切斷管流安裝流量傳感器,可以選擇電磁流量計、帶測量管段的超聲流量計、容積式流量計和渦輪流量計。
如果允許在管道上打孔可以選擇外插換能器超聲流量計和插入式流量計。
如果上述要求都不允許,就只能選擇外夾裝換能器超聲流量計。
(2)測量準確度要求
對于貿易交接要求測量準確度高的、是不導電液體的可選擇帶測量管段的超聲流量計、多聲道的超聲流量計、容積式流量計和渦輪流量計,如果是導電液體還可選擇電磁流量計。
對于像控制配比,測量準確度要求低一些的可選擇差壓式文丘里管、外夾裝換能器超聲流量計。測量準確度要求低的可選擇插入式流量計。
(3)壓力損失(泵送能耗費用)
大流量測量的泵送能耗費用在流量測量運行成本中占有相當大的比例,壓力損失和(泵送能耗費用)比如較大的為差壓式文丘里管,容積式流量計和渦輪流量計。較小的為插入式流量計,沒有壓力損失的為電磁流量計。
3、蒸汽流量測量的選擇
蒸汽流量測量從測量技術上分為兩類,一類為過熱蒸汽和高干度(干度x=0.9以上)的飽和蒸汽,另一類為低干度飽和蒸汽。前一類可以作為單相流體處理,而后一類則為兩相流。由于目前所有的流量計只適用于單相流體,因此,低干度飽和蒸汽尚需進行深入的研究。
(1)過熱蒸汽和高干度飽和蒸汽的流量測量
常用的流量計有:節(jié)流式差壓式流量計,該流量計目前仍是測量蒸汽流量的主要儀表,為適應需要在技術上也有了心得發(fā)展,。比如把節(jié)流裝置、差壓變送器及三閥組組成一體成為一體式節(jié)流流量計,該節(jié)流流量計解決了差壓信號管路易出故障的缺點。還有采用定植節(jié)流件,用標準噴嘴代替標準孔板,因為噴嘴和孔板相比較,噴嘴的流出系數(shù)穩(wěn)定,不會因為邊緣銳角變鈍使流出系數(shù)發(fā)生變化,壓損也比孔板低,一般在同樣流量及值時壓損約為孔板的30%~50%。
渦街流量計測量中溫,即200℃以下,應用于蒸汽應該說已經(jīng)趨于成熟,是目前常用于蒸汽測量的一類流量計。但是一定要注意低干度介質將使其儀表系數(shù)偏離檢測值而增大測量誤差。
均速管流量計、分流旋翼式流量計在準確度要求不太高的內部管理分配上應用還是可以的,因為使用比較便宜、簡潔,適應于中小流量蒸汽的測量。
對于靶式流量計,國內于上世紀70年代開發(fā)的電動、氣動靶式流量變送器,它是電動、氣動單元組合儀表的檢測儀表。由于當時力轉換器直接采用差壓變送器的力平衡機構,因此,帶來力平衡機構本身所造成的許多不足。比如,測量準確度較低、零點漂移、杠桿機構可靠性、穩(wěn)定性差等。因此原JJG 461-1986《靶式流量變送器》規(guī)程制定于1986年,已有25年之久。由于現(xiàn)在已基本不再生產和使用電動、氣動靶式流量變送器。原有的規(guī)程已不適應使用,因此修訂了新的
靶式流量計規(guī)程。
靶式流量計的結構是由測量管、靶板、力傳感器、信號處理單元組成。力傳感器為應變計式傳感器,信號處理顯示可以就地直讀顯示或輸出標準信號。力傳感器由筒式彈性體和力應變片組成,可以是內貼式和外貼式兩種。當彈性體在力作用下發(fā)生形變,它破壞了由力應變片組成的電橋的平衡,產生與流量成平方關系的電信號。
其工作原理是在恒定截面直管段中設置一個與流束方向相垂直的靶板,流體沿靶板周圍通過時,靶板受到推力的作用,推力的大小與流體的動能和靶板的面積成正比。在一定的雷諾數(shù)范圍內,流過流量計的流量與靶板受到的力成正比。靶板所受的力由力傳感器檢出。
以圓形靶板為例,流量計算的基本公式為:
式中, ——質量流量(kg/s);
——體積流量(m/s);
——流量系數(shù)(純數(shù));
——流束的膨脹系數(shù)(純數(shù))。對不可壓縮性流體=1,對可壓縮性流體<1;
——測量管內徑(m);
——靶徑(m);
——流體的密度(kg/m);
——靶受到的力(N)。
靶板受力經(jīng)力轉換器轉變成電流信號(4~20)mA或氣壓信號(20~100kPa)輸出,輸出信號與流量的關系可根據(jù)上式確定。
由于應變式新型靶式流量計具有新的結構和測量原理,在蒸汽測量中具有比較優(yōu)越的使用前景,適應于中小流量蒸汽的測量。
(2)低干度飽和蒸汽的流量測量
一般的工業(yè)鍋爐產生的飽和蒸汽在出口處為高干度(0.95以上)的飽和蒸汽,但是在長距離輸送過程中,由于保溫不好或間歇用汽出現(xiàn)不平衡情況等許多因素使干度不斷下降,甚至成為含水量很高的濕蒸汽,即成為氣、水兩相流體。這兩相流體的流動特性與單相流是有著本質區(qū)別。在單相流中檢測的流量計儀表系數(shù)或流出系數(shù)是不能用于兩相流測量的。比如對孔板流量計進行的兩相流試驗中的流出系數(shù)必須進行干度修正。因此,在低干度飽和蒸汽的流量測量中,干度參數(shù)是必須測量的一個參數(shù)。遺憾的是目前還沒有成熟的干度計出現(xiàn)。另外其他各類流量計的儀表系數(shù)的干度修正都尚未進行深入研究。只有解決這個問題,才能測量低干度飽和蒸汽的流量。