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- 化工裝置常用流量計(jì)原理及選型使用探討（轉(zhuǎn)載
- 2019-08-22
- 流量?jī)x表是過程自動(dòng)化儀表與裝置中的大類儀表之一，它被**應(yīng)用于冶金、電力、化工、石油、交通、環(huán)境保護(hù)及人民日常生活等國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域。在過程自動(dòng)化儀表與裝置中，流量?jī)x表有兩大功用：作為過程自動(dòng)化控制系統(tǒng)的檢測(cè)儀表和測(cè)量物料數(shù)量的總量表。
流量的正確計(jì)量是生產(chǎn)和能源考核的必備手段，在提高生產(chǎn)效率，保障生產(chǎn)安全和杜絕能源浪費(fèi)等方面發(fā)揮著無可替代的作用。但流量是一個(gè)動(dòng)態(tài)量，它是一個(gè)只有當(dāng)流體發(fā)生運(yùn)動(dòng)時(shí)才實(shí)際存在的物理量，因此它不僅是基本量的靜態(tài)組合，又由于其動(dòng)態(tài)性質(zhì)，流量量值受到許多復(fù)雜因素的影響，例如流體內(nèi)微觀分子之間的相互作用，宏觀的湍流、旋渦運(yùn)動(dòng)等，在具體的管道中還受到邊界條件（管壁）的制約。面對(duì)各種的流量?jī)x表，如何根據(jù)流量、流態(tài)、安裝要求與環(huán)境條件、經(jīng)濟(jì)性等因素合理選型，是應(yīng)用好流量?jī)x表的前提和基礎(chǔ)。英國(guó)**的流量專家F說過：流量計(jì)是使用比制造要艱難得多的少數(shù)儀表之一，本文根據(jù)作者在甕福的實(shí)際使用經(jīng)驗(yàn)，簡(jiǎn)單介紹了化工裝置幾種常用流量計(jì)的原理及選型與使用經(jīng)驗(yàn)。
電磁流量計(jì)
電磁流量計(jì)是基于法拉第電磁感應(yīng)原理研制出的一種測(cè)量導(dǎo)電液體體積流量的儀表，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，導(dǎo)電體在磁場(chǎng)中作切割磁力線運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電壓，該電動(dòng)勢(shì)的大小與導(dǎo)體在磁場(chǎng)中做垂直于磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)的速度成正比，由此再根據(jù)管徑，介質(zhì)的不同，轉(zhuǎn)換成流量。
電磁流量計(jì)無節(jié)流部件，因此壓力損失小，該儀表測(cè)量流體流量時(shí)，不受流體溫度、壓力、密度、粘度及流體組份的影響，適合于對(duì)有懸浮物固體粒子的污水、煤漿的測(cè)量，特別適合于對(duì)腐蝕性介質(zhì)的測(cè)量。
選型與使用時(shí)應(yīng)注意：電磁流量計(jì)所測(cè)液體應(yīng)具有測(cè)量所需的電導(dǎo)率，并要求電導(dǎo)率分布大體上均勻，不能用于測(cè)量電導(dǎo)率很低的液體，如石油制品和有機(jī)溶劑等。電磁流量計(jì)的測(cè)量精度是建立在液體充滿管道的情形下，目前在管道中有空氣的情況下測(cè)量問題尚未得到很好解決，因此電磁流量計(jì)不能測(cè)量氣體、蒸汽和含有較多較大氣泡的液體。同時(shí)應(yīng)注意不同溫度及腐蝕性介質(zhì)應(yīng)選用不同內(nèi)襯材料和電極材料。電磁流量計(jì)雖可以在任意管道上安裝，但電磁流量計(jì)測(cè)量電極的軸線必須保持水平方向，且與管道中心線互相垂直。為避免在管內(nèi)無液體時(shí)出現(xiàn)指針不在零位的錯(cuò)覺，電磁流量計(jì)的變送器應(yīng)安裝于任何時(shí)候均充滿液體的地方，同時(shí)，該流量計(jì)的信號(hào)較為微弱，因而在使用時(shí)應(yīng)注意外來干擾對(duì)其測(cè)量精度和影響，變送器應(yīng)安裝于遠(yuǎn)離一切磁源的地方，不允許有振動(dòng)。
渦輪流量計(jì)
渦輪流量計(jì)是一種速度式流量?jī)x表，由于具有測(cè)量精度高，反應(yīng)速度快，測(cè)量范圍廣，價(jià)格低廉，安裝方便等優(yōu)點(diǎn)，被**應(yīng)用于化工生產(chǎn)中。
渦輪流量計(jì)由渦輪、軸承、前置放大器、顯示儀表組成。渦輪變送器的工作原理是當(dāng)流體沿著管道的軸線方向流動(dòng)，并沖擊渦輪葉片時(shí)，便有與流量qv、流速V和流體密度r乘積成比例的力作用在葉片上，推動(dòng)渦輪旋轉(zhuǎn)。在渦輪旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，葉片周期性地切割電磁鐵產(chǎn)生的磁力線，改變線圈的磁通量。根據(jù)電磁感應(yīng)原理，在線圈內(nèi)將感應(yīng)出脈動(dòng)的電勢(shì)信號(hào)（此脈動(dòng)信號(hào)的頻率與被測(cè)流體的流量成正比）。渦輪變送器輸出的脈沖信號(hào)，經(jīng)前置于放大器放大后，送人顯示儀表，就實(shí)現(xiàn)了流量的測(cè)量。
在化工裝置中選型與使用應(yīng)注意：流量計(jì)本體*好選用316不銹鋼材料以防腐；應(yīng)注意確保被測(cè)介質(zhì)對(duì)渦輪不能有腐蝕，特別是軸承處，否則應(yīng)采取措施，在一般化工場(chǎng)所應(yīng)優(yōu)先考慮軸承使用聚四氟乙烯、碳石墨材料安裝渦輪流量計(jì)前，管道要清掃，被測(cè)介質(zhì)不潔凈時(shí)，要加過濾器，否則渦輪、軸承易被卡住，測(cè)不出流量來。變送器應(yīng)水平安裝，避免垂直安裝，并保證其前后有適應(yīng)的直管段，一般前10D，后5D。選用渦輪流量計(jì)主要是看中其高*度，但應(yīng)注意，流量計(jì)*度愈高，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)使用條件的變化就越敏感，因此安裝渦輪流量計(jì)時(shí)，前后管道法蘭要水平，否則管道應(yīng)力對(duì)流量計(jì)影響很大。傳感器安裝應(yīng)便于維修并避免管道振動(dòng)、無強(qiáng)電磁干擾與抗輻射影響的場(chǎng)所。
差壓式流量計(jì)
差壓式流量計(jì)是根據(jù)安裝于管道中流量檢測(cè)件產(chǎn)生的差壓、已知的流體條件和檢測(cè)件與管道的幾何尺寸來測(cè)量流量的儀表。是早期大量使用的一種測(cè)量流量的計(jì)量?jī)x表。差壓式流量計(jì)由三部份組成：
（1）將被測(cè)液體的流量變換成差壓信號(hào)的節(jié)流裝置；
（2）傳輸差壓信號(hào)的信號(hào)管路；
（3）測(cè)量差壓值的差壓儀或差壓變送器及顯示儀表。通常以檢測(cè)件的型式對(duì)差壓式流量計(jì)分類，如孔板流量計(jì)、文丘里管流量計(jì)及均速管流量計(jì)等。
在化工裝置中選型與使用差壓式流量計(jì)注意：差壓式流量計(jì)壓損大，測(cè)量范圍度窄，一般為3：1或4：1，測(cè)量的重復(fù)性、*度在流量計(jì)中屬中等水平。差壓式流量計(jì)的安裝應(yīng)包括節(jié)流裝置、壓差引壓導(dǎo)管、差壓計(jì)三部份。在測(cè)量流體流量時(shí)，為防止液體中有氣進(jìn)人并存在導(dǎo)壓管內(nèi)及防止液體中有沉淀物析出，差壓計(jì)應(yīng)安裝在節(jié)流裝置的下方，測(cè)量氣體流量時(shí)為防止液體污物或灰塵進(jìn)人導(dǎo)壓管，則差壓計(jì)應(yīng)安裝在節(jié)流裝置上方，測(cè)量水蒸汽時(shí)要保持兩根引壓管內(nèi)的冷凝液柱高度相等，防止高溫蒸汽與差壓計(jì)直接接觸。壓差引壓導(dǎo)管的材質(zhì)應(yīng)按被測(cè)介質(zhì)的性質(zhì)和參數(shù)確定，其內(nèi)徑不小于6mm，長(zhǎng)度*好在16mm以內(nèi)。壓差引壓導(dǎo)管應(yīng)垂直或傾斜敷設(shè)，起傾斜度不小于1：12，粘度高的流體，其傾斜度應(yīng)更增大。當(dāng)壓差引壓導(dǎo)管長(zhǎng)度超過30m時(shí)，導(dǎo)壓管應(yīng)分段傾斜，并在*高點(diǎn)與*低點(diǎn)裝設(shè)集氣器（或排氣閥）和沉淀器（或排污閥）。嚴(yán)寒地區(qū)壓差引壓導(dǎo)管應(yīng)加防凍保護(hù)，同時(shí)要防止過熱，否則壓差引壓導(dǎo)管中流體汽化會(huì)產(chǎn)生假差壓。
轉(zhuǎn)子流量計(jì)
轉(zhuǎn)子流量計(jì)為低中等*度儀表，屬變面積式流量計(jì)的一種。轉(zhuǎn)子流量計(jì)是以浮子在垂直錐形管中隨著流量變化而升降，改變它們之間的流通面積來進(jìn)行測(cè)量的體積流量?jī)x表。一般分為玻璃和金屬轉(zhuǎn)子流量計(jì)，作為直觀流動(dòng)指示或測(cè)量*度要求不高的現(xiàn)場(chǎng)指示儀表，轉(zhuǎn)子流量計(jì)被**地用在化工行業(yè)。
轉(zhuǎn)子流量計(jì)適合于對(duì)中、小口徑中流體和雷諾數(shù)較低的流體的流量測(cè)量。轉(zhuǎn)子流量計(jì)壓力損失較低，有較寬的流量范圍度，一般為10：1，*低為5：1，*高為25：1。
選型與使用時(shí)應(yīng)注意：轉(zhuǎn)子流量計(jì)主要測(cè)量對(duì)象是單相液體或氣體，液體中含有微粒固體或氣體中含有液滴通常不適用。玻璃管轉(zhuǎn)子流量計(jì)應(yīng)選帶有透明防護(hù)罩，一旦玻璃錐管破裂，可擋住流體正向散濺，以作緊急處理。用于氣體時(shí)應(yīng)選用導(dǎo)桿或帶棱筋導(dǎo)向的儀表，以避免操作不慎浮子擊碎錐管。
轉(zhuǎn)子流量計(jì)必須垂直安裝在無振動(dòng)的管道上，流體自下而上流過儀表，其中心線與鉛垂線間夾角一般不超過5度。儀表安裝時(shí)無嚴(yán)格上游直管段長(zhǎng)度要求，如被測(cè)介質(zhì)含粒狀雜質(zhì)，應(yīng)在儀表上游裝過濾器。為保證在長(zhǎng)期使用過程中的測(cè)量精度，要注意保持浮子和錐管的清潔，特別是小口徑儀表，必要時(shí)可設(shè)置沖洗配管，定時(shí)沖洗。
熱式質(zhì)量流量計(jì)
熱式質(zhì)量流量計(jì)是利用傳熱原理，即流動(dòng)中的流體與熱源（流體中加熱的物體或測(cè)量管外加熱體）之間熱量交換關(guān)系來測(cè)量流量的儀表。熱式質(zhì)量流量計(jì)目前主要用于測(cè)量氣體。
熱式流量?jī)x表主要有兩種：
（1）利用流動(dòng)流體傳遞熱量改變測(cè)量管壁溫度分布的熱傳導(dǎo)分布效應(yīng)的熱分布式流量計(jì)；
（2）利用熱消散（冷卻）效應(yīng)的金氏定律的熱式質(zhì)量流量計(jì)。
選型使用時(shí)應(yīng)注意：與其他流量計(jì)相比，熱式質(zhì)量流量計(jì)具有中等測(cè)量*度，適用于低流速范圍測(cè)量，因其響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，不適應(yīng)脈動(dòng)流流量測(cè)量在測(cè)量氣體時(shí)流體溫度變化并不影響質(zhì)量流量，但溫度變化過大，比熱容的變化會(huì)導(dǎo)致量程變化；熱式質(zhì)量流量計(jì)只能用于測(cè)量清潔單相流體——氣體或液體，用氣體的型號(hào)不能用于液體，反之亦然。對(duì)于熱分布式氣體還必須是干燥氣體，不能含有濕氣。安裝中大部分熱式質(zhì)量流量計(jì)的流量傳感器可任何姿勢(shì)（水平、垂直或傾斜）安裝，其性能不受安裝姿勢(shì)影響，通常認(rèn)為熱分布式無上下游直管段長(zhǎng)度要求，但應(yīng)注意帶測(cè)量管的浸入式流量傳感器和插人式儀表需要一定長(zhǎng)度前置直管段。
結(jié)束語(yǔ)
流量?jī)x表大都需要適合的測(cè)量介質(zhì)和工況條件為依托方可發(fā)揮正確作用，只有優(yōu)勢(shì)而沒有缺點(diǎn)的流量?jī)x表現(xiàn)今是不存在的，合理的選擇儀表對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)工程師和管理者是至關(guān)重要的。綜上所述，在化工裝置中要正確和有效地選擇、使用流量測(cè)量方法和儀表，必須熟悉流量?jī)x表和生產(chǎn)過程流體特性這兩方面的技術(shù)，同時(shí)還應(yīng)考慮經(jīng)濟(jì)因素，歸納起來五個(gè)方面因素，即性能要求、流體特性、安裝要求、環(huán)境條件和費(fèi)用。
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上一條：化工儀表常見故障分析及處理
