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低温多效蒸馏海水淡化装置流量计仪表的选型


文章日期:2018-01-17|阅读数:



摘要:对于低温多效蒸馏海水淡化装置 ,正确的仪表选型关系到装置的平稳 、安全和经济运行。 流量仪表的选型一直是仪表选型中的难点。 该文总结了流量仪表选型的一般性原则,首先根据被测流体类型对流量计进行初选,然后根据仪表性能、介质特性、安装和维护、环境条件、经济条件这5个因素对候选仪表进行深入比较,排除不合适的仪表,并对适合的仪表进行排序。 ***后,针对低温多效蒸馏海水淡化装置中水蒸气、海水、产品水这3种典型介质的流量测量,利用前面总结的选型原则进行仪表选型,***终得到合适的仪表种类并对其进行排序。

低温多效蒸馏海水淡化装置流量计仪表的选型
  相比于其他过程测量仪表,流量仪表的种类繁多,据统计在工业中得到应用的流量仪表种类超过了 100 种[1]。 因此流量仪表的选型是一项复杂的工作,需要工程师具备良好的过程测量知识及丰富的经验,熟悉常用仪表的类型、原理。
 
1、流量仪表类型及选型原则:
1.1、流量仪表的分类:
  按照不同的原则, 流量仪表有不同的分类方法。 从仪表选型的角度来考虑,按照测量原理对流量仪表进行分类是比较合理的。 根据流量的测量原
理,可以把工业中常用的流量仪表分成表 1 所示的10 种类型[2-3]。
  表 1 流量计分类  
Tab.1  Classifications of flowmeters
             
序号       描述    
         
1     孔板、文丘里管、喷嘴  
2     其它差压类型  
         
3       容积式  
4       涡轮式  
5     流体振动式  
6       电磁式  
             
7     超声波式  
8   直接和间接质量流量计  
9       热式    
             
10     其它类型  

1.2、流量仪表的选型原则
  在进行流量仪表的选型之前,究竟需不需要流量计是首先需要确定的问题[4]。 因为在很多场合下,用户只是需要了解介质流动是较快还是较慢,或者需要流量的高报警(与/或低报警)。 在这些场合下,选择流量指示器或流量开关可以用更低的费用来满足需求[5]。 只有对精度要求更高(通常不超过5%),或者流量信号参与控制的情况下才需要使用流量计。
  确定需要使用流量计之后就可以进行流量计的选型, 流量计选型的一个基本方法是排除法,即排除不符合测量需求的仪表种类。 步要根据被测流体的类型(液态、气态还是混合流体)进行流量计的初选,如表 2 所示。
                  表 2 流量计的应用范围                  
              Tab.2 Application range of flowmeters                
                                           
                        应用                  
分组 仪表类型                                      
            液体             气体           混合流体  
                                           
        A B C D E F G H J   K L M N P Q R S
    孔板   √  ? √  √  √  √   √  ? √  √  ? √  ?
1   文丘里     √  √  √  √     √  ?   √  ?
    喷嘴     √  √  √  √     √  √  ? √  ?
    浮子式   √  √     #   √  √  √                
2   靶式         #                
    均速管     √  √  √  ?       √  √  √   √  ?
                               
  音速喷嘴                                  
    刮板     #                            
  椭圆齿轮   √  √  #   #                      
3 旋转活塞   √  ?     #                       #
    膜式                                      
  旋转容积式                                      
    涡轮     √  # √  ? √  √  √             #
4   冲击式   √  √                        
    机械式                             #        
                                               
  插入式涡轮√   √  √  √         √  √  ?      
    涡街           √  √  √     √  √          
5   旋进式                                      
  插入式涡街     √  √  ?            
6   电磁式   √  √  √  √  #               √  √  ?
  插入式电磁式     √  √  ?                 √  ?
                                   
7   多普勒     #                 √  √  ?
  传播速度差式   √  ? √  √  # # √  #                 #
                                     
8 科里奥利式         #   √  ?                 #
    间接式                                        
                                               
9   风速计     #                            
    热式     #                                
                                               
10   示踪式   √  # √  √  √  √   #     # √  √     √  #
    激光式                                    
                                               
说明: √ 代表适用 ? 代表在一定条件下适用 # 代表适用条件有限或者往往比较昂贵 空白代表不可用          
  A 普通液体(<50 cP)   B 小流量(<0.12 m3/h) C 大流量(>1000 m3/h)   D 大管径(内径﹥0.5 m)  
  E 热流体(温度>200 ℃) F 粘性流体(>50 cP) G 低温流体       H 卫生流体   J 普通气体  
  K 小流量气体(>150 m3/h) L 大流量气体(>5000 m3/h) M 热流体(温度>200 ℃) N 蒸汽   P 泥浆和颗粒流体
  Q 液-液混合流体   R 气-液混合流体   S 腐蚀液体       T 腐蚀气体            

经过初选之后,根据以下 5 个方面的因素来深入分析比较,排除不合适的仪表种类,***终确定合适的流量计类型。
 
1)仪表性能
  仪表性能方面, 主要考虑的因素包括精度、重复性、线性度、量程比、压力损失、输出信号特性、响应时间。 仪表性能方面的考察基于工艺过程对测量的要求,如贸易交接测量对于精度要求较高,对于大口径管线测量要求较小的压力损失等。 各种类型仪表性能可以通过查阅仪表的选型手册来获得,需要注意的是,仪表在不断的更新换代,因此在仪表选型时要保证获得的仪表性能参数是***新的。
 
2)介质特性
  被测介质的特性对所有类型的流量计都有不同程度的影响。 常用的介质的特性参数一般可以从相关手册中查到, 然后与流量计的规格参数对比,就可以初步确定哪些仪表是可以使用的。 在选型时,主要考虑的因素包括密度、温度、压力、比重、黏度、 等熵指数、 压缩系数、 电导率、 比热容、 导热系数、流体的化学机械性质等。
低温多效蒸馏海水淡化装置流量计仪表的选型
3)安装和维护
  不同类型的仪表对安装的要求也不同。 有些仪表(如表 2 中第 1 组和第 4 组中的仪表)需要上游有较长的直管段,而有些仪表(如表 2 中第 3 组中的仪表)则对上游直管段要求很低。 主要考虑的因素包括安装方向、介质流向、上下游直管段、管径、振动影响、阀门位置、电气连接、附件(如过滤器、稳压补偿装置、整流器等)、爆炸危险区、非稳定流情况等。
4)环境条件
  环境条件主要考虑的因素包括环境温度、 湿度、大气压力、安全因素、电磁干扰等。
5)经济条件
  流量仪表的全部费用包括购置费、 附件费、安装费、运行费、维护费、校验费和备品备件费等。 在考虑经济条件的时候,要综合考虑各种因素而不能仅仅只考虑购置费用。 表 3 中列出了常用流量计的费用比较。
 
2、实际应用分析:
  在低温多效蒸馏海水淡化装置中,流量测量的主要介质包括水蒸气、海水、淡水。 下文依次针对这3种介质进行流量计的选型分析。

  表 3 流量计的费用比较    
  Tab.3  Cost comparison of flowmeters  
分组 类型 安装 校准 运行 维护 备件
    费用 费用 费用 费用 费用
             
  孔板 2/4 1 3 2 1
1 文丘里 4 1/4 2 3 3
  喷嘴 3 3 2 3 2
  浮子式 1/3 2 2 1 1
2 靶式 3 3 2 3 3
  均速管 2 3 2 2 2
  音速喷嘴 2 1 3/4 2 1
  刮板 3 5 4 4 5
  椭圆齿轮 3 4 4 4 5
             
3 旋转活塞 3 3 3 3 4
  膜式 3 3 1 2 2
  旋转容积式 3 4 3 3 3
             
  涡轮 3 4 3 4 4
4 冲击式 4 3 3 4 3
  机械式 3 2 2 3 3
             
  插入式涡轮 2 3 2 2 3
  涡街 3 3 3 3 3
5 旋进式 3 4 3 3 3
             
  插入式涡街 2 3 2 3 3
6 电磁式 3 3 1 3 3
  插入式电磁式2 3 2 3 2
           
7 多普勒法 1/3 1 1 3 3
  传播速度差式 1/3 3 1 3 2
             
8 科里奥利式 3 4 4 3 3
  间接式 3 3 3 3 3
             
9 风速计 3 2 1 3 3
  热式 3 4 2 4 3
             
  示踪式 2 - 4 2 4
10            
  激光式 5 - 4 5 5
             
说明:1 代表费用低 5 代表费用高      
2.1、水蒸气的流量测量
  水蒸气的流量测量条件和要求如下: 介质: 饱和水蒸气; 管径:750 mm; 操作温度:153 ℃;操作压力:0.6 MPa(A);正常流量:81200 kg/h;精度要求:2.5%;直管段限制:<30 D;成本限制:无。根据第 1 部分介绍的流量仪表选型的步骤,分析如下: 步骤 1  对照表 2 进行量计的初选 ,去掉不合适的类型,确定可用的流量计类型为第 1、2、4、5、10 组。
步骤 2  考察仪表性能 ,由于水蒸气流量涉及到贸易交接,流量计精度不低于 2.5%[6];由于流量计下游为蒸汽喷射器, 为了保证入口蒸汽的压力,所以流量计的压力损失要尽量小。 因此确定可用的流量计类型为第 1、2、4、5 组。 在能够满足测量精度的前提下,流量计的压力损失对选型影响较大,因此从仪表性能方面对所选流量计进行排位如下:1.第2 组,2.第 5 组,3.第 4 组,4.第 1 组。
步骤 3  考察介质特性 ,主要考察雷诺数的计算结果,确定可用的流量计类型为第 1、2、4、5 组。步骤 4  考察安装和维护 ,主要是考察流量计要求的直管段长度对安装的限制。 经过比较,第 1、2、4、5组仍然满足安装和维护要求。
步骤 5  考察环境条件 ,候选仪表均可以满足环境条件的要求。
步骤 6  考察经济条件 ,经济条件的主要影响因素为购置费用、安装费用和校准费用。 经过比较,对所选流量计进行排位如下:1.第 1 组,2.第 2 组,3.第 5 组,4.第 4 组。由于插入式流量计(涡街、涡轮)的测量精度受到仪表安装的影响很大,根据对其它已经投产运行的装置的调研情况来看, 插入式流量计 (涡街、涡轮)对于蒸汽测量的测量精度均不够理想。 由于本项目对仪表购置成本没有严格的限制,因此,将插入式涡轮、 插入式涡街流量计从待选清单中排除出去。 综合上述分析,***终得出流量计的排位如下:1.第 2 组 (均速管 ),2.第 5 组 ( 涡街 ),3.第 1 组 ( 孔板、喷嘴)。 根据 HG/T20507 中的规定,上述 3 组流量计均应带温压补偿[7]。
2.2 、盐水的流量测量:
  盐水流量测量条件和要求如下:
  介质:盐水;管径:450 mm;操作温度:68 ℃;操作压力:0.28 MPa (A); 正常流量:450 m3/h; 精度要求:1.5%;直管段限制:<10 D;成本限制:无。根据第 1 部分介绍的流量仪表选型的步骤,分析如下:
步骤 1  对照表 2 进行流量计的初选 ,去掉不合适的类型,确定除了第 9 组以外,另外 9 组流量计均可以满足。
步骤 2  考察仪表性能 ,盐水流量测量不涉及计量,但要参与蒸发器的液位控制,所以对精度有一定要求。 对于低温多效蒸馏海水淡化装置来说,能耗是重要的考察指标, 从节约能源角度来考虑,选择的流量计的压力损失要尽量小。 经过比较,对所选流量计进行排位如下:1.第 6 组,2.第 7 组,3.第2 组,4.第 1 组。
  步骤 3  考察介质特性 ,主要考察雷诺数的计算结果,确定可用的流量计类型为第 1、2、6、7 组。步骤 4  考察安装和维护,因为海水流量计的安装位置位于设备下方的管廊上,为方便流量计的日常维护,应选择传感器与变送器能够分体安装的流量计。
  同时应考察流量计要求的直管段长度对安装的限制。经过考察,1、2、6、7 组均满足安装和维护的需要。
步骤 5 考察环境条件,候选仪表均可以满足环境条件的要求。
步骤 6 考察经济条件,经济条件的主要影响因素为购置费用、安装费用和校准费用。 经过比较,对所选流量计进行排位如下:1.第 7 组,2.第 2 组,3.第 6 组,4.第 1 组。
  由于插入式流量计(电磁)的测量精度受到仪表安装的影响很大,在资金充足的前提下,为保证测量结果的准确性,不建议使用插入式流量计(电磁)。 超声波流量计(多普勒法)在使用中受管道振动、现场安装等因素影响较大,在选型时应予以综合考虑。 综合上述分析,***终得出流量计的排位如下:1.第 6 组(电磁),2.第 7 组(多普勒法),3.第 2 组(均速管),4.第 1 组(文丘里管)。
2.3、产品水的流量测量:
海水流量测量条件和要求如下:
介质:水;管径:600 mm;操作温度:40 ℃;操作压力:0.5 MPa(A); 正常流量:1450 m3/h; 电导率:<10 μs;精度要求:1.5%;直管段限制:<10 D;成本限制:无。
  根据第 1 部分介绍的流量仪表选型的步骤,分析如下:
  步骤 1 对照表 2 进行流量计的初选,去掉不合适的类型,确定除了第 6、9 组以外,另外 8 组流量计均可以满足。步骤 2 考察仪表性能,由于产品水流量测量涉及贸易交接,要求测量精度不低于 1.5%。 而且同海水流量测量一样,从节约能源角度来考虑,选择的流量计的压力损失要尽量小。 经过比较,对所选流量计进行排位如下:1. 第 7 组,2. 第 5 组,3. 第 4组,4.第 1 组。
步骤 3 考察介质特性,主要考察雷诺数的计算结果,候选仪表均可以满足要求。
步骤 4 考察安装和维护,因为产品水流量计的安装位置位于设备下方的管廊上,为方便流量计的日常维护,应选择传感器与变送器能够分体安装
的流量计;同时,应考虑流量计要求的直管段长度对安装的限制。 经过考察,候选仪表均满足安装和维护的需要。
步骤 5 考察环境条件,候选仪表均可以满足环境条件的要求。
步骤 6 考察经济条件 ,经济条件的主要影响因素为购置费用、安装费用和校准费用。 经过比较,按照费用由低到高的顺序对所选流量计进行排位如下:1.第 7 组,2.第 1 组,3.第 5 组,4.第 4 组。
  综合上述分析,***终得出流量计的排位为 1.第 7 组 (传播速度差法 ),2.第 5 组 ,3.第 4 组 (涡轮 ),4.第 1 组(文丘里管、喷嘴)。
 
 
3、结语:
  在流量仪表的选型过程中,排除法是必要而且有效的方法。 需要注意的是,流量测量技术在不断发展,流量仪表的性能在不断提高,所以在选型时参考的表格需要不断地更新。