化工裝置幾種常用流量計(jì)的原理及選型與使用
點(diǎn)擊次數(shù)：2926 發(fā)布時(shí)間：2019-04-12 16:36:51
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引言
流量儀表是過程自動(dòng)化儀表與裝置中的大類儀表之一，它被廣泛應(yīng)用與冶金、電力、化工、石油、交通、環(huán)境保護(hù)及日常生活等國民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域。在過程自動(dòng)化儀表與裝置中，流量儀表有兩大功用；作為過程自動(dòng)化控制系統(tǒng)的檢測儀表和測量物料數(shù)量的總量表。
流量的正確計(jì)量室生產(chǎn)和能源考核的必備手段，在提高生產(chǎn)效率，保障生產(chǎn)安全和杜絕能源浪費(fèi)等方面發(fā)揮著無可替代的作用。但流量是一個(gè)動(dòng)態(tài)量，它是一個(gè)只有當(dāng)流體發(fā)生運(yùn)動(dòng)時(shí)才實(shí)際存在的物理量，因此它不僅是基本量的靜態(tài)組合，又由于其動(dòng)態(tài)性質(zhì)，流量量值受到許多復(fù)雜因素的影響，例如流體內(nèi)微觀分子之間的相互作用，宏觀的湍流、漩渦運(yùn)動(dòng)等，在具體的管道中還受到邊界條件（管壁）的制約。面對各種的流量儀表，如何根據(jù)流量、流態(tài)、安裝要求與環(huán)境條件、經(jīng)濟(jì)性等因素合理選型，是應(yīng)用好流量儀表的前提和基礎(chǔ)。本文介紹了化工裝置幾種常用流量計(jì)的原理及選型與使用經(jīng)驗(yàn)。
1、污水流量計(jì)
污水流量計(jì)是基于法拉*電磁感應(yīng)原理研制出的一種測量導(dǎo)電液體體積的流量的儀表，根據(jù)法拉*電磁感應(yīng)定律，導(dǎo)電體在磁場中作切割磁力線運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電壓，該電動(dòng)勢的大小與導(dǎo)體在磁場中作垂直于磁場運(yùn)動(dòng)的速度成正比，由此再根據(jù)管徑，介質(zhì)的不同，轉(zhuǎn)換成流量。
引言
流量儀表是過程自動(dòng)化儀表與裝置中的大類儀表之一，它被廣泛應(yīng)用與冶金、電力、化工、石油、交通、環(huán)境保護(hù)及日常生活等國民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域。在過程自動(dòng)化儀表與裝置中，流量儀表有兩大功用；作為過程自動(dòng)化控制系統(tǒng)的檢測儀表和測量物料數(shù)量的總量表。
流量的正確計(jì)量室生產(chǎn)和能源考核的必備手段，在提高生產(chǎn)效率，保障生產(chǎn)安全和杜絕能源浪費(fèi)等方面發(fā)揮著無可替代的作用。但流量是一個(gè)動(dòng)態(tài)量，它是一個(gè)只有當(dāng)流體發(fā)生運(yùn)動(dòng)時(shí)才實(shí)際存在的物理量，因此它不僅是基本量的靜態(tài)組合，又由于其動(dòng)態(tài)性質(zhì)，流量量值受到許多復(fù)雜因素的影響，例如流體內(nèi)微觀分子之間的相互作用，宏觀的湍流、漩渦運(yùn)動(dòng)等，在具體的管道中還受到邊界條件（管壁）的制約。面對各種的流量儀表，如何根據(jù)流量、流態(tài)、安裝要求與環(huán)境條件、經(jīng)濟(jì)性等因素合理選型，是應(yīng)用好流量儀表的前提和基礎(chǔ)。本文介紹了化工裝置幾種常用流量計(jì)的原理及選型與使用經(jīng)驗(yàn)。
1、污水流量計(jì)
污水流量計(jì)是基于法拉*電磁感應(yīng)原理研制出的一種測量導(dǎo)電液體體積的流量的儀表，根據(jù)法拉*電磁感應(yīng)定律，導(dǎo)電體在磁場中作切割磁力線運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電壓，該電動(dòng)勢的大小與導(dǎo)體在磁場中作垂直于磁場運(yùn)動(dòng)的速度成正比，由此再根據(jù)管徑，介質(zhì)的不同，轉(zhuǎn)換成流量。
污水流量計(jì)無節(jié)流部件，因此壓力損失小，該儀表測量流體流量是，不受流體溫度、壓力、密度、粘度及流體組份的影響，適合于對有懸浮固體粒子的污水、煤漿的流量、特別適合對腐蝕性介質(zhì)的測量。
選型與使用時(shí)應(yīng)注意：污水流量計(jì)所測液體應(yīng)具有測量所需的電導(dǎo)率，并要求電導(dǎo)率分布大體上均勻，不能用于測量電導(dǎo)率很低的液體，如石油制品和有機(jī)溶劑等。污水流量計(jì)的測量精度是建立在液體充滿管道的情形下，目前在管道中有空氣的情況下測量問題尚未得到很好的解決，因此污水流量計(jì)不能測量氣體、蒸汽和含有較多較大氣泡的液體。同時(shí)應(yīng)注意不同溫度及腐蝕性介質(zhì)應(yīng)選用不同內(nèi)襯材料和電極材料。污水流量計(jì)雖可以在任意管道上安裝，但污水流量計(jì)測量電極的軸線必須保持水平方向，且與管道中心線互相垂直。為避免在管道內(nèi)無液體時(shí)出現(xiàn)指針不在零位的錯(cuò)覺，污水流量計(jì)的變送器應(yīng)安裝與任何時(shí)候均充滿液體的地方，同時(shí)，該流量計(jì)的型號較為微弱，因而在使用時(shí)應(yīng)注意外來干擾對其測量精度的影響，變送器應(yīng)安裝在原理一切磁源的地方，不允許有振動(dòng)。
2、渦輪流量計(jì)
渦輪流量計(jì)是之中速度是流量儀表，由于具有測量精度高，反應(yīng)速度快，測量范圍廣，價(jià)格低廉，安裝方便等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛用于化工生產(chǎn)中。
渦輪流量計(jì)由渦輪、軸承、前置放大器、顯示儀表組成。渦輪變送器的工作原理是當(dāng)流體沿著管道的軸線方向流動(dòng)，并沖擊渦輪葉片是，便有與流量qv、流速V和流體密度ρ乘積成比例的力作用在葉片上，推動(dòng)渦輪旋轉(zhuǎn)。在渦輪旋轉(zhuǎn)的同事，葉片周期性地切割電磁鐵產(chǎn)生的磁力線，改變線圈的磁通量。根據(jù)電磁感應(yīng)原理，在線圈內(nèi)將感應(yīng)出脈動(dòng)的電勢信號（此脈動(dòng)信號的頻率與被測流體的流量成正比）。渦輪變送器輸出的脈沖信號，經(jīng)前置與放大器放大后，送入顯示儀表，就實(shí)現(xiàn)了流量的測量。
選型與使用時(shí)應(yīng)注意：污水流量計(jì)所測液體應(yīng)具有測量所需的電導(dǎo)率，并要求電導(dǎo)率分布大體上均勻，不能用于測量電導(dǎo)率很低的液體，如石油制品和有機(jī)溶劑等。污水流量計(jì)的測量精度是建立在液體充滿管道的情形下，目前在管道中有空氣的情況下測量問題尚未得到很好的解決，因此污水流量計(jì)不能測量氣體、蒸汽和含有較多較大氣泡的液體。同時(shí)應(yīng)注意不同溫度及腐蝕性介質(zhì)應(yīng)選用不同內(nèi)襯材料和電極材料。污水流量計(jì)雖可以在任意管道上安裝，但污水流量計(jì)測量電極的軸線必須保持水平方向，且與管道中心線互相垂直。為避免在管道內(nèi)無液體時(shí)出現(xiàn)指針不在零位的錯(cuò)覺，污水流量計(jì)的變送器應(yīng)安裝與任何時(shí)候均充滿液體的地方，同時(shí)，該流量計(jì)的型號較為微弱，因而在使用時(shí)應(yīng)注意外來干擾對其測量精度的影響，變送器應(yīng)安裝在原理一切磁源的地方，不允許有振動(dòng)。
2、渦輪流量計(jì)
渦輪流量計(jì)是之中速度是流量儀表，由于具有測量精度高，反應(yīng)速度快，測量范圍廣，價(jià)格低廉，安裝方便等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛用于化工生產(chǎn)中。
渦輪流量計(jì)由渦輪、軸承、前置放大器、顯示儀表組成。渦輪變送器的工作原理是當(dāng)流體沿著管道的軸線方向流動(dòng)，并沖擊渦輪葉片是，便有與流量qv、流速V和流體密度ρ乘積成比例的力作用在葉片上，推動(dòng)渦輪旋轉(zhuǎn)。在渦輪旋轉(zhuǎn)的同事，葉片周期性地切割電磁鐵產(chǎn)生的磁力線，改變線圈的磁通量。根據(jù)電磁感應(yīng)原理，在線圈內(nèi)將感應(yīng)出脈動(dòng)的電勢信號（此脈動(dòng)信號的頻率與被測流體的流量成正比）。渦輪變送器輸出的脈沖信號，經(jīng)前置與放大器放大后，送入顯示儀表，就實(shí)現(xiàn)了流量的測量。
在化工裝置選型與使用時(shí)應(yīng)注意：流量計(jì)本體*好選用316不銹鋼材料以防腐；應(yīng)注意確保被測介質(zhì)對渦輪不能有腐蝕，特別是軸承出，否則應(yīng)采取措施，在一般化工場所應(yīng)優(yōu)先考慮軸承使用聚四氟乙烯、碳石墨材料；安裝渦輪流量計(jì)前，管道要清掃，被測介質(zhì)不潔凈時(shí)，要加過濾器，否則渦輪、軸承易被卡住，測不出流量來。變送器應(yīng)水平安裝，避免垂直安裝，并保證其前后有適應(yīng)的直管段，一般前10D，后5D。選用渦輪流量計(jì)主要是看中其高精度，但因注意了流量計(jì)精度越高，對現(xiàn)場使用條件的變化就越敏感，因此，安裝渦輪流量計(jì)是前后管道法蘭要求水平，否則管道應(yīng)力對流量計(jì)影響很大。傳感器安裝在武強(qiáng)磁干擾與熱輻射影響的場所，應(yīng)便于維修并避免管道震動(dòng)。
3、差壓式流量計(jì)
差壓式流量計(jì)是根據(jù)安裝與管道中流量檢測件產(chǎn)生的差壓、已知的流體條件和檢測件與管道的幾何尺寸來測量流量的儀表，是早期大量使用的一種測量流量的計(jì)量儀表。
差壓式流量計(jì)是由三部分組成：
（1）將被測液體的流量轉(zhuǎn)換成差壓信號的節(jié)流裝置；
（2）傳輸差壓信號的信號管道；
（3）測量差壓值的差壓儀或差壓變送器及顯示儀表。通常以檢測件的形式對差壓式流量計(jì)分類，如孔板流量計(jì)、文丘里管流量計(jì)及勻速管流量計(jì)等。
在化工裝置選型與使用差壓式流量計(jì)時(shí)應(yīng)注意：差壓式流量計(jì)的安裝應(yīng)包括節(jié)流裝置、差壓引壓管、差壓計(jì)三部分。在測量液體流量時(shí)，為防止液體中有氣體進(jìn)入并存在導(dǎo)壓管內(nèi)及防止液體中有沉淀物析出，差壓計(jì)應(yīng)安裝在節(jié)流裝置的下方，測量氣體流量時(shí)為防止液體污物或灰塵進(jìn)入導(dǎo)壓管，則差壓計(jì)應(yīng)安裝在節(jié)流裝置上方，測量水蒸氣是，要保持兩根引壓管內(nèi)的冷凝液柱高度相等，防止高溫蒸汽與差壓計(jì)直接接觸。壓差引壓導(dǎo)管的材質(zhì)應(yīng)按被測介質(zhì)的性質(zhì)和參數(shù)確定，其內(nèi)徑不小于6mm，長度*好在16mm以內(nèi)。壓差引壓導(dǎo)管應(yīng)垂直或傾斜敷設(shè)，傾斜度不小于1：12，粘度高的流體，其傾斜度應(yīng)更大。當(dāng)壓差引壓導(dǎo)管長度超過30m時(shí)，導(dǎo)壓管應(yīng)分段傾斜，并在*高點(diǎn)與*低點(diǎn)裝設(shè)集氣器（或排氣閥）和沉淀器（或排污閥）。嚴(yán)寒地區(qū)差壓引壓導(dǎo)管應(yīng)加防凍保護(hù)，同時(shí)要防止過熱，否側(cè)差壓引壓導(dǎo)管中流體汽化會(huì)產(chǎn)生假差壓。
4、轉(zhuǎn)子流量計(jì)
轉(zhuǎn)子流量計(jì)為地中等精確度儀表，屬于變面積式流量計(jì)的換一種。轉(zhuǎn)子流量計(jì)是以浮子在垂直椎管中隨著流量變化而升降，改變他們之間的流通面積來進(jìn)行測量的體積流量儀表。一般分為玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)和金屬轉(zhuǎn)子流量計(jì)，作為直觀流動(dòng)指示或測量精確度要求不高的現(xiàn)場指示儀表，轉(zhuǎn)子流量計(jì)被廣泛地用在化工行業(yè)。
轉(zhuǎn)子流量計(jì)適合對中、小口徑中流體和雷諾數(shù)較低的流體的流量測量。轉(zhuǎn)子流量計(jì)壓力損失較低，有較寬的流量范圍度，一般10：1，*低為5：1，*高為25：1。
選型與使用時(shí)應(yīng)注意：轉(zhuǎn)子流量計(jì)主要測量對象是單相流體或氣體，液體中含有微粒固體或氣體中含有液滴通常不使用。玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)應(yīng)選帶有透明防護(hù)罩，一旦玻璃椎管破裂，可擋住流體正向散濺，以做經(jīng)濟(jì)處理。用于氣體時(shí)應(yīng)選用導(dǎo)桿或帶楞筋導(dǎo)向的儀表，以避免操作不慎浮子擊碎錐管。
轉(zhuǎn)子流量計(jì)必須垂直安裝在無振動(dòng)管道上，流體自下而上流過儀表，其中心線與鉛垂線間夾角一般不超過5°。儀表安裝時(shí)無嚴(yán)格上游直管段長度要求，如被測介質(zhì)含顆粒狀雜質(zhì)，應(yīng)在儀表上游裝過濾器。為保證在長期使用過程中測量精度，要注意保持浮子和錐管的清潔，特別是小口徑儀表，必要時(shí)可設(shè)置沖洗配管，特別是小口徑儀表。必要時(shí)可設(shè)置沖洗配管，定時(shí)沖洗。
5、熱式質(zhì)量流量計(jì)
熱式質(zhì)量流量計(jì)是利用傳熱原理，即流動(dòng)中的流體與熱源（流體中加熱的物體或測量管外加熱體）之間熱量交換關(guān)系來測量流量的儀表。熱式質(zhì)量流量計(jì)目前主要用于測量氣體。
熱式流量儀表主要有兩種：（1）利用流動(dòng)流體傳遞熱量改變測量管壁溫度分布的熱傳導(dǎo)分布效應(yīng)的熱分布式流量計(jì)；（2）利用熱消散（冷卻）效應(yīng)的金氏定律的熱式質(zhì)量流量計(jì)。
選型使用時(shí)應(yīng)注意：與其他流量計(jì)相比，熱式質(zhì)量流量計(jì)具有中等測量精確度，使用與低流速范圍測量，因其響應(yīng)時(shí)間長，不適應(yīng)脈動(dòng)流流量測量；在測量氣體時(shí)流體溫度變化并不影響質(zhì)量流量，但溫度變化過大，比熱容的變化會(huì)導(dǎo)致量程變化；熱式質(zhì)量流量計(jì)只能用于測量潔凈單相流-氣體或液體，用氣體的型號不能用于液體，反之亦然。對于熱分布式氣體還必須是干燥氣體，不能含有濕氣。安裝中大部分熱式質(zhì)量流量計(jì)的流量傳感器可任何姿勢（水平、垂直或傾斜）安裝，其性能不受安裝姿勢影響，通常認(rèn)為熱分布式無上下游直管段長度要求，但應(yīng)注意帶測量管的浸入式流量傳感器和插入式儀表需要一定長度前置直管段。
6、結(jié)束語
流量儀表大都需要適合的測量介質(zhì)和工況條件為依托方可發(fā)揮正確作用，只有優(yōu)勢而沒有缺點(diǎn)的流量儀表現(xiàn)今是不存在的，合理的選擇儀表對于現(xiàn)場工程師和管理者是至關(guān)重要的。綜上所述，在化工裝置中要正確和有效地選擇、使用流量測量方法和儀表，必須熟悉流量儀表和生產(chǎn)過程流體特性這方面的技術(shù)，同時(shí)還應(yīng)考慮經(jīng)濟(jì)因素，歸納起來有五個(gè)方面因素，即性能要求，流體特性、安裝要求、環(huán)境條件和費(fèi)用。
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