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橡胶中试装置流量计的选型


文章日期:2018-01-17|阅读数:


【内容摘要】目前市 中流量 种 繁多性价各异,每种型式的流量 都有它特有的 缺点。不同的 量方式和 构,要求不同的 量 境和使用条件。没有一种流量  各种流体及流 情况都能适 ,因此在 各种 量方式和 表特性作全面比 的基 上,再 合考 性能要求、流体特性、安装要求、 境条件和 用等因素,才能  一台适于橡胶生 要求的流量 。

橡胶中试装置流量计的选型
一、工艺条件介绍:
 石油化工过程中的流量测量对象多为封闭管道内流体,文章所指的流量计也仅限于封闭管道流量计。本文以兰州化工研究中心多功能负离子溶液橡胶中试装置中的一台流量计的选型过程来说明中试装置中胶液计量的特点和选型要点。流量计的工艺条件如表 1 所示。
 
    表 1
     
位号   FT—101
   
用途 进入装置胶液流量的指示累计
   
介质成分 胶液( 丁苯树脂 + 环己烷)
   
操作密度 800 kg /m3
操作压力 0. 80 MPa
   
操作温度 常温
   
操作黏度 1. 6 CP
     
***大流量 0. 36 t /h
     
正常流量 0. 30 t /h
     
***小流量 0. 24 t /h
   
管道规格 Φ32 × 3 304SS PN2. 5
 
该胶液的特点是正常操作温度下黏度不大,但温度降低时胶液黏度急剧增大,容易在管路死区形成凝结现象。
 橡胶中试装置流量计的选型
二、主要流量计简介:
 
( 一) 容 式流量 。容积式流量计直接计量流体的体积,又被称为定排量流量计,是全部流量计中计量***准确的一类流量计,常被用来计量昂贵介质的总量或流量。比如椭圆齿轮式、腰轮式、刮板式和活塞式等,其突出特点就是流量计内部活动部件不停做周期运动,在一个周期内排出定量流体。安装直管段对计量精度没有影响,可以测量高粘度流体。由于内部活动部件周期性运动,并长期控制着流路,所以压损较大,一旦运动部件被脏污物卡死将会影响流体通过形成安全隐患,长期使用容易磨损部件,降低精度,所以适合洁净润滑介质和间歇性过程。结构复杂、购买和维护费用高也是容积式流量计的另一大缺点。
 
( 二)  流式流量 。节流式流量计是一种典型的差压式流量计,由三部分组成: 节流装置,差压变送器和流量显示仪表。充满管道的流体流经管道内的节流件时,流束在节流件处局部收缩,此时流速增大静压降低,在节流件前后产生差压,流量越大差压越大,因而可依据差压来衡量流量的大小。节流式流量计结构简单,安装方便,工作可靠,成本低,又具有一定准确度,也存在测量范围窄( 3: 1 ~ 4: 1) 、压损大,直管段要求较高,引压管线易产生泄漏、堵塞、冻结及信号失真等缺点。
 
( 三)  子流量 。转子流量计的检测件是一根由下向上扩大的垂直锥管和一只在锥管内上下移动的浮子。流体自下而上流过浮子和锥管之间的环隙时,在浮子的上下面产生差压,这个差压为浮子提供了上升的浮力。流量越大浮力越大,上升距离也越长。转子流量计应用于中小管径和低流速。适用于一般标准节流装置不能应用的口径,常用仪表口径 50mm 以下,***小口径做到 1. 5 ~ 4mm。流量示值基本是线性的,有较宽的范围度,一般为 10: 1。度为 1. 5% ~ 4% FS,受被测介质密度和黏度影响较大。适于测量低流速小流量,以液体为例,口径 10mm 以下玻璃管转子流量计满度流量的流速只在 0. 2 ~ 0. 6m /s 之间,甚至低于 0. 1m /s; 金属管转子流量计和口径大于 15mm 的玻璃管转子流量计稍高些,流速在 0. 5 ~ 1. 5m /s 之间。
 
( 四)   流量 。涡轮流量计在管道中心安放一个涡轮,两端由轴承支撑. 当流体通过管道时,冲击涡轮叶片产生旋转. 在一定的流量范围内,对一定粘度的流体介质,涡轮的旋转角速度与流体流速成正比,由此可以计算得到通过管道的流体流量. 涡轮流量计与容积式流量计、质量流量计为三大类重复性、准确性***佳的流量计。与容积式流量计相比而言,即便叶轮发生故障卡住,也不会造成管道断流。但涡轮流量计由于轴承磨损不适于长期连续运行。要保持精度需要定期校验。流体密度、黏度、清洁度和流束对仪表的影响较大。要想充分发挥涡轮流量计的特点,在流量计的安装使用上还必须加以充分注意. 对于工业测量,一般要求上游20D,下游 5D 的直管长度。
 
( 五)  磁流量 。电磁流量计采用一种非接触式的测量方式( 除电极稍许接触) ,当导电流体在电磁流量计激励的磁场中流动时,导电流体切割磁力线在管道截面上垂直于磁场的电极产生正比于流速的电动势。电磁流量计没有节流件阻碍流体流动,无堵塞无压损,非常适合带有漂浮物、固体颗粒、纤维等洁净度差的流量测量。流量范围度大( 20: 1 ~ 40: 1) ,精度在 0. 5 ~ 2. 5。要求流体必须导电,流速可在 0. 5 ~ 10m /s。上游直管段 5D,下游只需满管。
 
( 六)  街流量 。在流体中设置旋涡发生体( 阻流体) ,流体经过时从旋涡发生体两侧交替地产生有规则的旋涡,这种旋涡称为卡曼涡街示。旋涡列在旋涡发生体下游非对称地排列。根据卡曼涡街原理,旋涡的发生频率与平均速度成比例关系。检测出这个漩涡发生频率就可以计算出流量。涡街流量计压损小约为标准孔板的 1 /2 ~ 1 /4,度较高一般可达 1% R,范围度可达 10: 1 ~ 20: 1。可用于液体、气体、蒸汽和部分混相流体,不适于高粘度、低流速、小口径测量,口径一般 20 ~ 300mm。对于流场畸变和旋转流较敏感,需要足够直管段或整流器。
 
( 七)  量流量 。质量流量计以科里奥利力为基础,在传感器内部有测量用的振动管,中部装有驱动线圈,两端装有拾振线圈,变送器提供的激励电压加到驱动线圈上时,振动管作往复周期振动,工业过程的流体介质流经传感器的振动管,就会在振管上产生科氏力效应,使振管扭转振动,安装在振管两端的拾振线圈将产生相位不同的两组信号,这两个信号差与流经传感器的流体质量流量成比例关系,计算机解算出流经振管的质量流量。不同的介质流经传感器时,振管的主振频率不同,据此解算出介质密度。安装在传感器振管上的铂电阻可间接测量介质的温度。
 质量流量计具有很高的测量精度,可达 0. 1% ,测量值不受流体物性如黏度、密度的影响,也不受管道内流场的影响,没有上下游直管段要求,可以测量各种非牛顿流体以及粘滞和含微粒的介质。由于购置成本较大,适合中小口径( DN150 以下) 的测量。为防止管道震动的影响,要求有牢固的支撑。
 
三、选型过程:
 分析工艺提供的关于流量计 FT - 101 的条件数据,直接可以得出: 该流量计要对进入装置的胶液总量进行计量并指示实时流量,所以要求仪表的精度等级要高。测量介质的温度正常,工作压力较小,因而不用考虑耐温耐压的特殊流量计型式。根据条件数据显示介质的黏度不大,但由于该介质是胶液,而胶液在温度变化时黏度会发生急剧变化,所以选择仪表时将适应大黏度测量作为考虑依据之一。
 根据工艺提供的关于流量计 FT - 101 的条件数据,可以计算并确定出一些有关选型的其他重要参数。
 
( 一) 流速 算。在介质密度相对不变的情况下,可以计算出流体流速。
 
根据 qv = uA ( 1)
qm = ρqv ( 2)
得 u = qm   ( 3)
ρA
   
其中 qV : 体积流量 qm : 质量流量
u: 流体流速 A 管道截面积
 
管道规格为 Φ32 × 3,偏向中小管径的流量测量。管道内径 Φ26,则管道截面积 A = 3. 14* 26* 26 /4 = 531mm2计算得到***大流量、正常流量和***小流量下的流体流速见表 2。
 
表 2
 
       
***大流量 0. 36t /h ***大流速 0. 24m /s
       
正常流量 0. 30t /h 正常流速 0. 20m /s
       
***小流量 0. 24t /h ***小流速 0. 16m /s
       
 从计算结果来看,该流体流速很小,不太适合采用速度型流量计,例如涡轮流量计、涡街流量计。
 
( 二) 范 度估算。范围度就是在满足精度的情况下流量计能够测到的***大流量和***小流量的比值。
 目前大多数流量仪表都可以做到线性输出,根据《化工自控设计规定》流量仪表在线性刻度下,***大流量不超过满刻度的 90% ,正常流量为满刻度的 50% ~ 70% ,***小流量不小于满刻度的 10% 。
 如果设流量计的***大刻度为 Xmax,***小刻度为 Xmin,以流量计的***大流量和***小流量作为计算依据,有:
 
0. 36 - Xmin   = 0. 9 ( 1)
Xmax - Xmin
   
0. 24 - Xmin   = 0. 1 ( 2)
Xmax - Xmin
   
解得: Xmax = 0. 375 Xmin = 0. 225
 
Xmax / Xmin = 1. 7,所以流量计的范围度至少为 2: 1。
 目前所有流量计都能满足这个范围度要求。
 
( 三) 雷 数 算。许多仪表为了保证现场应用与设计条件的一致,在测量时都具有雷诺数的限制。雷诺数是流体流动中惯性力与粘性力比值的量度。管道流场中的雷诺数Re = ρuD / μ,ρ、μ 为流体密度和动力粘度,u、D 为流体的平均速度和管道直径。胶液在管道截面上的平均速度取管道流速,正常流速下胶液的雷诺数:
 e = 800* 0 2* 0. 026 = 2600 0. 0016根据经验的流态划分,此条件下的胶液属于过渡流,趋向层流,流束比较稳定,对直管段要求较低。此雷诺数下不适合采用高雷诺数的流量计进行测量,比如节流式流量计和涡街流量计。
 
( 四) 小 。以上三种计算可以编制软件进行,以减少计算时间。依据分析结果与各类流量计特点的对比,结合以前的设计使用经验,此工艺条件下各流量计的不适因素总结如表 3 所示:
 
表 3
 
容积式流量计 持续工作能力差,存在安全隐患。
   
节流式流量计 精度低,流体满足不了雷诺数要求,管道过小。
   
转子流量计 精度低,粘性介质,流体满足不了雷诺数要求。
   
涡轮流量计 流体速度和雷诺数满足不了要求。
   
涡街流量计 介质属于高黏、低速,雷诺数满足不了要求,管道过小。
   
电磁流量计 该胶液属于有机物,且不含水,流体不导电,流速不适合。
   
超声波流量计 管道过小不能发挥大管径测量优势。
   
质量流量计 从精度、抗粘、流速要求以及管道规格考虑,质量流量计
适合当前的测量要求。
 
   
 
  根据先满足技术要求后降低经济成本的原则,通过对以上几种典型流量计的比较,综合性能要求、流体特性、安装维护和以前的使用经验,***后决定 FT - 101 采用小管径的质量流量计,以保证在胶液工况且有温度变化的情况下,准确计量进入装置的胶液总量。为了防止停车时胶液凝结,质量流量计的测量管选用直管,并采取垂直安装方式。
 
四、结语:
  橡胶生产现场环境复杂多变,导致流量计在实际运行的时候其性能不可避免地要受到影响。只有详细了解现场条件和仪表特点,积累丰富的投用经验,才能将干扰因素降到***少,并选到一台***适合的流量计。如果能针对典型厂家的仪表产品,建立仪表数据库和应用案例数据库,可以推进选型的全面和系统化,也能加快设计速度。