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化工企业气体流量计的误差校正及选型分析


文章日期:2018-07-31|阅读数:


    气体流量计计量是化工计量中难度较大的课题之一,其准确与否直接关系到化工企业作为需方的蒸汽能源结算以及内部能源考核、物料管理能否严格,同时也是化工企业监控生产过程,满足生产工艺需要,保证准确生产的重要手段。故要求气体流量计具有准确性、可靠性、实时性和较高的自动化水平。

化工企业气体流量计的误差校正及选型分析
1、几种常见的气体流量计测量原理及方法简介:
1.1、差压式流量计:

    差压式流量计是以伯努利方程和流体连续性方程为依据,根据节流原理,当流体流经节流件时,在其前后产生压差,此压差值与该流量的平方成正比。在差压式流量计中,因标准孔板节流装置差压流量计结构简单、制造成本低、研究***充分、已标准化而得到***广泛的应用。
1.2、速度式流量计:
    速度式流量计是以直接测量封闭管道中满管流动速度为原理的一类流量计。工业应用中主要有涡轮流量计、旋进涡轮流量计和时差式超声流量计等。
1.3、容积式流量计:
    在容积式流量计的内部,有一构成固定的大空间和一组将该空间分割成若干个已知容积的小空间的旋转体。旋转体在流体压差的作用下连续转动,不断地将流体从已知容积的小空间中排出。根据一定时间内旋转体转动的次数,即可求出流体流过的体积量。

一、混合气体流量计概述:

  LUGB系列智能涡街流量计(混合气体流量计),主要用于工业管道介质流体的流量测量,如气体、液体、蒸气等多种介质。其特点是压力损失小,量程范围大,精度高,在测量工况体积流量时几乎不受流体密度、压力、温度、粘度等参数的影响。无可动机械零件,因此可靠性高,维护量小。仪表参数能长期稳定。本仪表采用压电应力式传感器,可靠性高,有模拟标准信号,也有数字脉冲信号输出,容易与计算机等数字系统配套使用,是一种比较先进、理想的流量仪表。

二,测量原理: 

                       
在流体中设置三角柱型旋涡发生体,则从旋涡发生体两侧交替地产生有规则的旋涡,这种旋涡称为卡门旋涡,如右图所示,旋涡列在旋涡发生体下游非对称地排列。

  设旋涡的发生频率为f,被测介质平均流速为 ,旋涡发生体迎流面宽度为d,表体通径为D,即可得到以下关系式: f=SrU1/d=SrU/md                     

式中  U1--旋涡发生体两侧平均流速,m/s;
    Sr--斯特劳哈尔数;
    m--旋涡发生体两侧弓形面积与管道横截面面积之比
管道内体积流量qv为

qv=πD2U/4=πD2mdf/4Sr                 

K=f/qv=[πD2md/4Sr]-1                 

式中 K--流量计的仪表系数,脉冲数/m3(P/m3)。
  K除与旋涡发生体、管道的几何尺寸有关外,还与斯特劳哈尔数有关。斯特劳哈尔数为无量纲参数,它与旋涡发生体形状及雷诺数有关,图2所示为圆柱状旋涡发生体的斯特劳哈尔数与管道雷诺数的关系图。由图可见,在ReD=2×104~7×106范围内,Sr可视为常数,这是仪表正常工作范围。当测量气体流量时,VSF的流量计算式为

     图2 斯特劳哈尔数与雷诺数关系曲线

式中 qVn,qV--分别为标准状态下(0oC或20oC,101.325kPa)和工况下的体积流量,m3/h;

   Pn,P--分别为标准状态下和工况下的压力,Pa;
   Tn,T--分别为标准状态下和工况下的热力学温度,K;
   Zn,Z--分别为标准状态下和工况下气体压缩系数。

三、产品优势:
▲不受温度、压力的影响,同时不易堵,不易卡,不易结垢,耐高温、高压。
▲安全防爆,适用于恶劣环境。
▲无可动部件、无空洞缝隙设计,产品无磨损、耐脏污,无需机械维修,使用寿命长。
▲采用微功耗高新技术,电池供电的现场显示型流量计,可不断电运行两年以上。
▲稳压补偿一体化设计。
▲电流输出均为电隔离型,具有良好的共模干扰抑制能力。
▲同时显示流量值与累计流量值,不必轮流切换。
▲采用抗振探头,有效消除外界振动影响。
▲电路采用表面贴装工艺,结构紧凑,可靠性高。
▲采用分体式信号转换器,电缆zui长10米。
▲量程比宽达20:1。
▲整体结构设计合理,动态测量范围宽,压力损失小。
▲分体式涡街流量计采用不锈钢材质,可适用于腐蚀性介质的测量。
▲现场液晶显示,脉冲、4-20mA输出或485通讯,可与工业自动化系统连接。

四、技术参数:

公称通径(mm)

15、20、25,40,50,65,80,100,125,150,200,250,300,(300~1000插入式)

公称压力(MPa)

DN15-DN200 4.0(>4.0协议供货),DN250-DN300 1.6(>1.6协议供货)

介质温度(℃)

压电式:-40~150,-40~260,-40~330;电容式: -40~400,-40~500(协议订货)

本体材料

1Cr18Ni9Ti,(其它材料协议供货)

允许振动加速度

压电式:0.2g 电容式:1.0~2.0g

±1%R,±1.5%R;插入式:±2.5%R,

范围度

1:6~1:30

供电电压

传感器:DC +12V,DC +24V;变送器:DC +12V ,DC +24V;电池供电型:3.6V电池

输出信号

方波脉冲(不包括电池供电型):高电平≥5V,低电平≤1V;电流:4~20mA

压力损失系数

符合JB/T9249标准 Cd≤2.4

防爆标志

本安型:ExdⅡia CT2-T5隔爆型:ExdⅡCT2-T5

防护等级

普通型IP65 潜水型 IP68

环境条件

温度-20℃~55℃,相对湿度5%~90%,大气压力86~106kPa

适用介质

气体、液体、蒸汽

传输距离

三线制脉冲输出型:≤300m,两线制标准电流输出型 (4~20mA) ≤1500m;负载电阻≤750Ω; RS485/HART≤1200m.

五,产品尺寸选型:

代号
通径
流量范围㎡/h
HNLU-25
DN25
1~10(液体)
25~60(气体)
蒸汽流量请查看说明书,DN300以上使用 插入式涡街流量计
HNLU-32
DN32
1.5~18(液体)
15~150(气体)
HNLU-40
DN40
2.2~27(液体)
22.6~150(气体)
HNLU-50
DN50
4~55(液体)
35~350(气体)
HNLU-80
DN80
9~135(液体)
90~900(气体)
HNLU-100
DN100
14~200(液体)
140~1400(气体)
HNLU-150
DN150
32~480(液体)
300~3000(气体)
HNLU-200
DN200
56~800(液体)
550~5500(气体)
 
代号
功能1
N
无温压补偿
Y
有温压补偿
 
代号
输出型号
F1
4-20mA输出(二线制)
F2
4-20mA输出(三线制)
F3
RS485通讯接口
 
代号
被测介质
J1
液体
J2
气体
J3
蒸汽
 
代号
连接方式
L1
法兰卡装式
L2
法兰连接式
 
代号
功能2
E1
1.0级
E2
1.5级
T1
常温
T2
高温
T3
蒸汽
P1
1.6MPa
P2
2.5MPa
P3
4.0MPa
D1
内部3.6V供电
D2
DC24V供电
B1
不锈钢
B2
碳钢
 

2、气体流量计的误差分析:
    在现场实际应用中,始终处于稳定工况的流动气体不多见,绝大多数的气体工况是给终变化的,这就要求对实际工况测量值进行校正。校正主要依据热力学方程,故要求在上述仪表中加装温度计、压力计等补偿装置,再经过热力学方程换算成标准工况下的流量值。

3、测量误差的校正及今后气体流量系统的发展方向:
    为了实现自动补偿,曾经经历了***初的机械补偿阶段,这种补偿方式只能对某一参数(如压力)进行校正,由于流量计不仅结构复杂、体积笨重、可动部件多,故障率高,而且准确度低,当补偿不完全时,还得进行定点校正;该方式应用时不够灵活,对于参数频繁波动的场合则无法正常发挥补偿作用。其后出现的机械式电动补偿装置,它将介质的工况质量、压力及温度参数,分别转换成电阻或电压等形式的信号,通过电路并配合机械机构组成自动补偿系统,以完成连续补偿运算,但这类补偿装置仍存在结构复杂,调校困难的缺点,补偿不完全,准确度也不高。
  电动单元组合仪表的出现给流量自动补偿带来了转机,它通过变送器同时检测出流体的工况流量、压力及温度等参数,并将其转换为相应的统一电流信号。按照某种运算关系,将这些信号送入计算单元进行运算,然后输出代表补偿后的流量信号用于显示、记录或控制,这种方法实现了快捷的自动连续补偿,准确度也有所提高。单元组合仪表具有通用性强、系统组成灵活的优点,但仍然存在补偿不完全的缺点,随着集成电路的发展和计算机技术的应用,必将使用气体流量自动全补偿方案。大规模集成电路具有运行稳定可靠、体积小、功能强的优点,计算机具有强大的运算能力和数据存储能力,可以实现多功能、多参数、多支路、主准确度的补偿,流量积算仪(温压补偿)或流量计算机(全补偿)已成为当前流量仪表的主流。
    从现场使用的角度来看,真正意义上的气体流量计不是仅指流量传感器而是一个系统,由节流装置或流量传感器(变送器)、压力传感器(变送器)、温度传感器(变送器)、在线密度计或色谱仪、流量积算仪或流量计算机组成的一个完整的计量系统。    随着科技的进步和发展,将传感技术、计算机技术、微电子技术、通信技术应用到气体流量计中,全补偿一体化的气体流量计已成为可能,将会给气体流量计量带来一场深刻的革命。对于化工企业,气体流量计的发展与进步会使企业的气体精密测量与工艺严格柠制提高到一个新的境界。


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