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]。

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。

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。

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。

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。