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选用流量仪表需要考虑的流体特性和安装因素

作者:www.cechina.cn2012.09.18阅读 1863

  我们选用流量仪表时,如果测量方法确定,并且在仪表性能要求基本掌握的前提下,紧接着需要考虑的便是流体的特性和仪表的安装要求,在流体特性方面需要考虑的因素有流体的类别、温度、压力、密度、粘度和润滑性、腐蚀性和磨蚀性、卫生要求等,安装方面需要考虑的因素有仪表的安装方向、流动方向、上下游管道状况、阀门位置、防护性配件、脉动流影响、振动、电气干扰和维护空间等。当然,要正确选用流量仪表,除了掌握仪表性能、流体特性和安装要求三大因素外,还需要考虑其它因素,比如现场环境因素和经济因素等.只有综合分析各方面的因素,才能选好我们所需要的流量仪表,使流量仪表发挥应有的作用。
  1流体特性方面因素分析
  初选测量方法按流体类型等初定若干适用方案后,还应向工艺流程部门获取详细的流体物性诸多参量和属性,进一步考虑对所选择方案的适应性。除了流体类别以外,通常还要考虑流体的温度、压力、密度、粘度和润滑性、腐蚀性和磨蚀性等,有些应用场所还有卫生要求,某些测量方法还要考虑流体物性中特殊参量,例如采用电磁流量计要了解液体的电导率。
  各类流量仪表总会受到流体物性中某一种或几种参量的影响,所以流体的物性很大程度上支配着待选仪表的型式。所选择测量方法和仪表不仅要适应被测流体的性质www.cechina.cn,还要考虑在测量过程中流体物性某一参量变化的影响量。
  常见流体密度、粘度、蒸汽压力和其他参量可以从手册中查到,评估在使用条件下流体各参量和所选定仪表技术规范的适应性。然而常会遇到不十分清楚流体的确切成分、温度和压力变化、流动特性等,要用户确定流体各物性的值是有困难的,此时应向制造厂咨询,估计拟选定的仪表可否使用。
  1.1流体温度和压力
  必须仔细地界定代表流体的工作压力和温度范围,特别是在测量气体时,温度和压力变化造成过大的密度变化可能导致要改变所选择的测量方法。如温度或压力变化造成较大流动特性变化而影响测量准确度等性能时,必要作温度或压力补偿。此外,流量仪表外壳的结构设计和选用材质也决定于流体的温度和压力,因此必须确切知道压力和温度的范围,特别是最小和最大值。压力和温度变动很大时,应特别仔细。
  测量气体流量时还要确定某些仪表(如差压式)流量上限位的温度和压力,是在工况状态下还是在标准状态下?
  1.2流体密度和比重
  大部分液体应用场所,其密度和比重相对恒定,除非温度变化很大而引起较大密度变化,一般不需作修正工作。
  在气体应用场所,有些仪表的范围度和线性度,取决于气体密度,通常要知道在标准状态下和工况状态下的值以便选择。亦有将流动状态的值转换到某些公认的参比值,这种方法在石油气储运方面应用普遍。低密度气体对某些测量方法特别是利用气体动量推动检测元件工作的仪表(例如涡轮流量计),呈现困难。
  1.3 粘度和润滑性
  仪表性能往往随雷诺数改变,而雷诺数与流体粘度有关。气体和液体不同,其粘度并不会因温度和压力变化而有显著的变化,其值一般较低,且各种气体之间差别较小。因此确切的气体粘度数据并不如液体那样重要。
  粘度对不同类型流量仪表范围度的影响趋势各异,对大部分容积式仪表粘度增加范围度扩大,而涡轮式和涡街式仪表则相反,即粘度增加范围度缩小。
  在评估仪表的适应性时,通常要掌握液体的温度-粘度特性。
  某些非牛顿流体(如钻井泥浆、纸浆、巧克力、油漆)性质的液体,它们的流动状态复杂,不易断定其属性,因此选择仪表时要非常谨慎,必要时与制造厂沟通。
  润滑性是更不易评价的特性。通常认为高粘度液体也有好的润滑性,但是有时候不定如此。润滑性对有活动测量元件的仪表(例如容积式和涡轮式)非常重要,有些液体特别是溶剂润滑性极差,会缩短仪表轴承的使用寿命,而轴承状况又影响仪表运行性能和范围度。
  1.4化学腐蚀和结垢
  流体的化学性有时成为选择测量方法和仪表的决定因素。某些流体会引起仪表接触零件腐蚀,表面结垢或析出结晶体金属表面产生电解化学作用。这些现象都将降低流量仪表性能和使用寿命,仪表制造厂为此采取措施提供若干变型产品或专用仪表,以相适应。例如选用针对某些流体抗腐蚀材料或结构上防腐蚀措施,如金属浮子流量计内衬耐腐蚀工程塑料,孔板用陶瓷材料制造。但那些测量元件结构和形状复杂的仪表(如容积式、涡轮式等)就不易处理使之用于腐蚀液体。
  有些流量仪表从原理上就具有耐腐蚀性或易于作耐腐蚀措施。超声换能器装在管道外壁不与被测流体接触的超声流量计本质上就是防腐蚀的。电磁流量计只有一对形状简单的电极和测量管衬里与液体接触,易作针对性选择适用材料的防腐措施。 "
  仪表腔体和测量元件上结垢或析出结晶,将减少活动部件的间隙,降低敏感元件的灵敏度或测量性能。又如结垢在超声式仪表应用上阻碍超声波发射,在电磁式仪表应用上绝缘了电极的信号检测表面使之无法工作。仪表制造厂往往采用流量传感器外界加温防止析出结晶或装置除垢器等防范措施。
  某锌冶炼厂原用管道输送厂区间冶锌溶液,不仅各类型管道用流量仪表结垢严重影响工作、即使3-5个月清除一次管道结垢,其难度和工程虽都很大。后来将全厂管道改用明渠输送,并用堰式仪表测量流量,才方便了除垢工作。
  1.5 压缩系统和其他参量
  测量气体需要知道压缩系数值以求取工作状态下流体密度。成分固定的流体通过压力、温度和压缩系数计算密度;成分变动的流体和工作于接近(或在)超临界区,应考虑在线测量密度。
  某些流量测量方法要考虑特定的流体韧性,如热式仪表要有能适应的热传导和热容量,电磁式仪表依赖于液体的一定电导率才能工作。
  与某些物质在一起会引起燃烧或急剧反应的流体,要对拟使用的仪表在设计上给予验证。例如已经知道测量乙炔气流量时,流量仪表内部若存在急剧的压力和速度梯度会突然燃烧。
  1.6 多相和多组份流
  测量多相和多组份流动应十分谨慎对待。经验表明用于多相或多组份流,测量性能会大幅度改变,且有些情况还是末知的。流量仪表一般都在单相流动状态下评定其测量性能,现在还没有以单相流标定的仪表来评定用于双相时系统变化的标准。使用时尽可能把各相分离后分相测量以保证获得最低测量不确定度,然而有些应用场所这种方法还不切实可行或不合乎要求。
  单工质流体有时候也呈现双相,常见的例于是湿蒸汽,水微粒随着蒸汽流动。环境温度和介质的温度压力变化可能偏离原定流动状态,仪表就不能适应。这些应用场所仪表虽还可以应用www.cechina.cn,然而提出仪表规范时要比应用于单相时更要谨慎。
  浆液可用电磁流量计,专门设计的质量式、超声式或差压式仪表也可以测量,能获得流量与信号之间稳定关及但仪表的仪表系数或流出系数的确定却不是都能解决的。多相流的复杂流动相间能量、动量和质量的相互作用极其复杂,只有个别情况才能获得较满意的结果控制工程网版权所有,使用时要极慎重处理。要充分了解流动条件。即明确粒子大小、固相含量和固体性质。固体性质可能是有磨蚀性的、纤维状的或是尺寸不一的颗粒。磨蚀性混合体产生稳定的磨损率,导致仪表误差以一定的率稳定地增加,从而估计出仪表损坏的年限。
  在流动中的液相和气相混合体,各相特性及其可能产生相间转换现象(inter-phasepheomena)将影响流动特性。流动型态(flow regime)取决于液和气的相对占有率和管道方向(水平或垂直)。不同流型(now Pattern)需要各自适用和仪表,而确切的相间分布往往不清楚。甚难估计在这种情况下获得的测量性能,但其测量误差通常比单相流体测量时要多几倍。
  两种或两种以上液体汇流混合,并测量其混合液流量,如液体相互间溶合则不存在问题;但如不相溶合、往往存在流束(线)均匀性问题,流动或成为分层流或成为块状流,取决于相对含量和密度差。测量气-液流的仪表可能处于大幅度变动着的流动特性,而流动特性则取决于安装设计。
  2安装要求方面因素分析
  不同原理的测量方法对安装要求差异很大。例如有些仪表(如差压式、涡轮式)需要长的上游直管段,以保证仪表进口端前流动必须达到充分发恩而另一些仪表(例如容积式、浮子式)则无此要求或要求很低。有些仪表使用说明书未详细说明仪表应考虑安装位置与流动方向、维护空间、安装方向等要求及其影响。然而从众多发表资料表明流量仪表测量性能受安装状况的影响很大。追溯流量仪表应用不好误差较大的原因,有很大部分是安装不善所致。常见的错误有:①孔板进口面反装;②流量传感器安装在流速分布剖面不良的场所;②连接到差压装置的引压管中存在不希望有的相;①安装在有害的环境或不易接近的位置;⑤仪表处于错误的流动方向;⑧差压式仪表引压管线斜率不正确;⑦仪表或电信号传输线至于强电磁场下;⑧将易受振动干扰的仪表装于有振动的管道;⑨缺少必要的防护性配件。
  安装方面考虑的因家有:仪表的安装方向、流动方向、上下游管道状况、阀门位置、防护性配件、脉动流影响、振动、电气干扰和维护空间等。
  2.1 管道布置方向
  应用实例中管道布置方向有时会影响仪表的选择。有些仪表水平安装和垂直安装在测量性能上会有差别,例如流体垂直向下流动带给仪表转动元件额外力,会显著影响性能,线性或重复性变坏。大部分仪表的安装方向均由制造厂作出规定,应予遵守。如安装方向要与规定方向不一致,应与制造厂磋商,作进一步确认。代表安装方向还取决于流体的物性如水平管道可能淀沉固体颗粒因此测量浆液的仪表最好安装于垂直管道。有些仪表则不受安装方向限制。
  2.2 流动方向
  有些流量仪表只可以在某一流动方向工作,错误安装成反向流动会损坏仪表。使用这类仪表还应注意在误操作条件下是否有可能产生反向流动,如有此可能就需要安装止回阀以保护仪表。能双向工作的仪表,正向和反向之间测量性能亦可能有些差异,大部分流量仪表壳体标有流动方向,制造厂按此方向校验其性能www.cechina.cn,可以双向测量的仪表必须作出两个方向的校验。
  2.3 上游和下游管道工程
  大部分流量仪表或多或少受进口流动状况的影响,必须保证有良好的流速分布。管道布置会引入不同类型流动扰动,最普遍的是流速分布剖面畸变和旋涡。流速剖面畸变通常由于管路配件局部阻碍(如阀门)造成,或者受弯头的影响。旋涡普遍是由两个或两个以上空间弯头所引起的。这些影响能够以适当长度上游直管段或安装流动调整器予以改善。不仅要考虑紧接在仪表之前的配件,还应考虑更往上游的若干管道配件的组合,因为实际上它们可能是产生与最接近配件的扰动不同的扰动源。尽可能拉开个扰动产生尖之间的距离以减少这些影响CONTROL ENGINEERING China版权所有,不要靠近连接在一起,象常常看到的单变头后面紧接着部分开启的阀。仪表下游也要有一小段长度直管以减小流动影响。
  容积式和科氏质量式仪表受不对称流动剖面影响最小,或可以说不受影响。使用涡轮流量计时应尽量降低(最好无)漩涡,电磁式和差压时则应限制漩涡在较小范围内。
  气穴和凝结常是不良管道布置所引起的,避免管道直径上货方向上的急剧改变。管道布置不良也会产生脉动。
  2.4 管径
  非常小或非常大管径往往限制流量仪表的选择因为有些类型仪表的口径范围并不很宽。测量大管径低流速或小管径高流速的流量,可选用与管径尺寸不同的仪表口径,并以异径管连接之,使运行流速在商品仪表规定的范围内。选择过低流速,仪表受到限制,过高流速则测量元件可能超速或压力降过大而损坏仪表。
  2.5维护空间
  维护空间的重要性常被忽视。一股来说应能进入到仪表周围,易于维护,并能有掉换整机的位置。
  有些仪表可能装在维修受限制的环境,如高放射线危险区,则选择仪表要受"不准进入现场维修"的限制。
  2.6管道振动
  有些流量仪表(如涡街式、科氏质量式)易受振动干扰,应考虑以标签后管道作可靠支撑设计。脉动缓冲器虽可消除泵和压缩机的影响,然而所有仪表还是应远离振动或脉动安装为宜。
  2.7 阀门位置
  流量仪表的管线上总是有控制阀和管线隔离阀。控制阀应装在仪表下游,以避免由阀产生任何流速分布扰动和气穴,从而影响仪表测量。并且仪表下游的控制阀还给仪表增加背压,使某些仪表(如液体涡轮流量计)内的压力明显高于被测液体的蒸气压力,以避免气穴。  
  通常仪表上下游分别装有隔离阀,能使仪表与管线液流隔离,以便维护。上游阀应全开,还应离仪表足够距离避免仪表进口的流速分布畸变。在多管线储运应用的下游阀可采用严密的双阀关闭和泄漏监示,如图1所示。通常情况下可设置备用仪表管线或旁路管,保证在不停车的情况下可以在线维护或方便取下仪表进行校验。

  图1 双阀关闭和泄漏监视

  2.8 电气连接和电磁干扰
  当代大部分仪表系统,在仪表上或其附近结合着电子设备。采用的电源要适合于所选择的仪表。当仪表输出电平低,应适用于环境相适应的前置放大器。所有电气连接应有抗杂散电干扰的能力。制造厂一般会提出连接电缆的型号和建议连接方法。
  有些类型流量仪表的输出信号易感受大功率电源影响,大功率电源会使仪表输出脉冲波动,还会影响仪表电工作性能,如电磁流量计的磁场被畸变。信号电缆应尽可能远离电力电缆和电力源,降低电磁干扰和射频干扰影响至最低水平。
  2.9防护性配件
  有些仪表可能需要安装保证仪表正常运行的附加防护设施。例如容积式和祸轮式仪表一般在其上游装合适的过滤器液体管道出现非满管流的检测器,跟踪加热以防止管线内液体冻结或气体出现冷凝等。这类配件的更向外延伸可能包括避雷器和备用蓄电池系统。
  2.10 脉动流和非定常流
  大部分流量仪表来不及跟随记录脉动流动,因此尽可能避免脉动流。常见产生脉动的原因有定排量泵、往复式压缩机、振荡着的阀或调节器、涡列等水力学振荡。人们己熟悉各类差压式仪表具有脉动流误差,然而较少知道涡轮式和涡街式也可能引起与孔板差压式仪表同样严重的过度记录误差。还应重视分别处置检测仪表和显示仪表上的脉动影响,检测仪表方面在管道上装缓冲器,脉动影响可减到最小。非定常流是一种缓慢脉动的表现方式,例如因尺寸过大的控制阀运行时所产生的。对脉动流和非定常流建议选取下列措施:在管线中装用充气式缓冲器(用于液体)或阻流器(用于气体)等低通滤波器以降低脉动程度;流量仪表安装在远离脉动源的地方;测定脉动参数用以估计测量的附加误差;采用响应特性好的仪表(如电磁式、超声式等)。
  3结论
  随着企业全面走向市场,企业生产经营管理将进一步深化,流量计量越显重要。我们在选用流量仪表时,除了要掌握仪表性能、流体特性和安装要求三大因素外,还需要考虑其它因素,比如现场环境因素和经济因素等等,只有综合分析各方面的因素,才能选好我们所需要的流量仪表。惟有如此,方可满足企业的要求,使流量计量发挥重要作用。

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