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工程设计中流量计的选型


文章日期:2018-01-23|阅读数:


  引言:在工业过程检测仪表中,流量仪表主要有二大功能,即作为过程控制自动化系统的流量参数检测仪表和测量物料总量参数的计量仪表。在冶金、电力、石油、化工等过程生产领域中,流量参数是***常见的品质过程控制参数,它是关系到生产过程的产品质量与操作安全的重要参数。如工业产品的物料配比、电厂锅炉的给水控制等。在物料计量中,特别是能源计量方面,流量仪表更是起着举足轻重的作用。是一次能源( 石油、天然气、煤炭) 、二次能源( 成品油、人工燃气、石油气、矿井气、蒸汽) 和含能介质 ( 压缩空气、氧、氮、氢气等) 的成品管理和贸易结算的必备工具,也是环保领域废液、废气、废渣等三废排放和治理指标的监测和约束手段。
工程设计中流量计的选型
  人类工程和科技人员在近百年的技术积累中,发明和开发了数十种原理各异、别具匠心的流量检测仪表。这些仪表根据所测介质的特殊性以及物料工况场合,结合不同阶段人类对物质的科技感知水平,充分体现了人类的智慧和超乎寻常的想象力。但如何认知这些仪表如何使用好它们,是我们工程设计人员面对的一大课题。
 
  1、流量仪表的分类:
 
  流量仪表按测量对象可分为封闭管道式流量计和敞开式流道式流量计二大类。封闭管道的流体是靠压力源压力输送的,而敞开式明渠是根据高位差靠地心引力来提供动力的。
 
  如按测量目来分类,又可分为总量测量和瞬时流量测量两种。用于计量的属于前者,过程控制中常使用的是后者。现在瞬时表都带累积功能,二次表累积也非常容易实现,所以现在区分意义不大。
 
  流量仪表还可以根据测量原理按学科分类。可 分力学原理仪表、热学原理仪表、声学原理仪表、电学原理仪表、光学原理仪表、原子物理原理仪表、实验原理仪表等等。
 
  如按标记单位还可分为体积流量计和质量流量计。
 
  我们在工程检测应用中主要使用的是封闭式流量计。这类流量计基本上可分为推理式流量计和容积式两大类。
 
  推理式流量计是很庞大的一大类流量仪表,它主要是根据特定流体的物理特性指标的规律性采集,再运用相应的数学模型进行流量再现的一类测量仪表。这类流量仪表主要包括翼轮式流量计、标记式流量计、质量式流量计、振动式流量计、超声波式流量计、电磁式流量计、涡轮式流量计、面积式流量计、差压式流量计、冲击式流量计等。
 
  其中翼轮式流量计常见的有水表和旋翼式流量计。
 
  质量流量计又分克里奥式、热式和冲击式三种。振动式流量计有旋进式和漩涡式两种。
 
  超声波流量计分多普勒式和速度差式两种。
 
  电磁式流量计常见的有普通单双频式、插入式。涡轮流量计分切向式、轴向式和无轴承式。
 
  面积式流量计分玻璃管转子流量计和金属管转子流量计两种。
 
  差压式流量计种类***多,主要有孔板式、喷嘴式、文丘里管式、均速管式、楔形流量计、平衡式等等。
 
  冲击式流量计常见的就是冲击靶类。
 
  容积式流量计常见的主要有椭圆齿轮式流量计、腰轮式流量计、刮板式流量计、活塞式流量计等几种。
 
  流量计的常见分类及使用适宜条件见表 1所示。
表 1	流量测量方法和仪表初选表

表 1 流量测量方法和仪表初选表

  2、流量仪表的选用:
 
  我们在通过流量仪表的分类了解到林林总总有数十种流量仪表后,发现如何选用合适的流量仪表是个很大的难题。其实,每种流量计都有其各自的特点和适应场合,我们选型的目的就是扬长避短,发挥出每台流量仪表***大优点。工程设计的选型原则是没有***好的仪表,只有***恰当的仪表! 这个恰当指的就是合适的介质、合适的场合与合适的价格。
 
  自动化仪表选型的五大原则在流量仪表的选择上是通用的。仪表性能、介质流体特性、现场安装状况、自然环境条件、经济适应条件这五项依然是我们选择流量仪表的原则步骤。
 
  先说仪表性能,这是五大原则中一个具有较强专业色彩的。
 
  不同的工艺要求对测量对象的测量目的不同,仪表的性能因素选择的侧重点也不同。如贸易结算和储运管理流程对流量检测仪表的准确性要求很高,而过程控制流程中的时时检测则要求流量仪表要具备有良好的重复性和很高的可靠性。在实际使用中,较宽的适用范围也就是流量仪表的大量程比也是一个重要指标。如速度型仪表就比普通的差压型仪表要大得多。而有的特殊流程工况对流量仪表的极限流量要求也极为苛刻。流量仪表的特性压损也是选型时需要注意的一个指标,系统阻力能耗和对象产品的单位生产能耗,在目前的大经济环境下都越来越受到业主的重视。再说介质流量特性。
工程设计中流量计的选型
  流量计的初选是要按照流体的介质流量属性来确定的。流体的介质物性、流动特性对不同流量仪表的测量精度有很大的影响;而流体的化学性质对流量仪表的可靠性和长期稳定使用性的影响也非常大。我们一般在工程设计选型时作为主参照的流量特性参数是压力、温度、密度、压缩系数、等熵指数、比热容、电导率、流速、导热系数、粘度、润滑性、化学性、颗粒磨损、腐蚀、结垢、脏污、多相流性、脉动性等等。介质特性指标的明确对仪表的选择是很重要的,微小的疏忽就会直接导致流量计的测量精度和使用周期在适用性上不达标,从而造成流量测量系统的先天错误,对施工、调调校等后期工序产生误导。
 
  流量仪表的安装条件是一个多专业的问题,也是长期以来困扰仪表设计人员的老、大、难问题。
 
  首先,各种类型的流量仪表本身对安装要求差异很大,也很苛刻,不达要求就会严重影响仪表的使用性能和测量指标。如:流量仪表的上、下游直管段要求、测量仪表的介质流向要求等。
 
  其次是工艺安装条件要求,如:上、下游工艺管件的数量和型式的要求、阀门位置、防护( 保温) 附属设备、非定向流等。而正常生产状况下的震动情况、电磁干扰、操作和维修空间等也是流量仪表设计选型时必须要注意的因素。
 
  另外,流量仪表安装的环境因素也是一个重要方面。
 
  流量仪表一般由检测部件、传感转换器、显示表头三大部分组成。其中传感显示和电子转换部分一般都是由电子线路基板和大量的微处理器、微存储器等集成。这些电子元器件在通电工作时受环境影响较大。环境因素中,一般需要考虑的有使用环境温度、环境湿度、大气压、防爆、防尘、系统强电干扰、雷击、盐雾腐蚀等。这些看似简单的问题往往在流量仪表的使用中会引发重大的生产技术事故,所以在流量仪表选型时,设计人员必须要搞清仪表使用的自然环境条件和工况环境条件。
 
  流量仪表选型的经济方面问题,往往是大多设计人员所不注意的。随着工厂生产的信息集成化推广,生产成本的能耗越来越透明,在利润增长乏力的大规模装置中,降低单位生产能耗是业主单位的重点措施。所以,经济因素是流量仪表选型要着重考虑的一个大问题。
 
  一般我们在设计选型时常常会忽视这个问题,不去深入考虑仪表的各种衍生费用组成,只考虑购置费用。其实在工程建设期和使用期的费用也是我们设计人员必须要考虑的。这部分费用主要包括仪表购置费( 含运费) 、必备附件费、安装费、运行费、维护费、调试校验费、常用备品备件费等。如在设计阶段考虑不周,不但会导致工程预算超标,还会给运行方带来沉重的后续生产经济负担。
 
  如安装费用,有的流量计必须安装旁路以便维修,有的则要求在线装卸须不断流取出;而大口径高压型介质测量的仪表压损太大也会支出一大笔介质输送费用,一年的电耗就能买好几台流量计。再比如储运结算流量仪表,有的需要配备特殊的在线校验装置,其费用也是很可观的。
 
  总之,流量仪表种类繁多,工业介质千变万化,我们工程设计人员要时刻牢记,没有***好的仪表,只有***恰当的仪表。


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