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                      渦街流量計

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                      流量儀表在石油化工行業中的選型及應用

                      來源:作者:發表時間:2016-09-12 09:30:25

                      摘要:流量儀表是過程自動化儀表與裝置中的重要的儀表之一,作為能源計量器具的重要組成部分,被廣泛應用于石油、冶金、電力等各個領域,在國民經濟中占有重要的地位.文章介紹了常用流量儀表在石油化工行業中的的選型及應用,通過規范設計、合理選型、正確的安裝和維護,讓流量儀表在石油化工行業中發揮更大的作用。

                      1、流量儀表的單位和刻度

                      1.1 流量按如下單位表示:
                      體積流量用 m 3 /h、l/h;
                      質量流量用 kg/h、t/h;
                      標準狀態下,氣體體積流量用 Nm 3 /h(0 ℃、0.101325 MPa)。
                      1.2 兩種可供選擇的刻度
                      1.2.1 方根刻度范圍:(滿刻度讀數為 0~10 方根)
                      (1)好大流量的刻度讀數不應超過 9.5;
                      (2)正常流量的刻度讀數應為 6.0~8.5,好好在 7;
                      (3)好小流量的刻度讀數不應小于 3。對于智能變送器/就地差壓指示,不小于 2;
                      (4)如果為了增加測量范圍,可采用兩個變送器,組成寬量程流量測量回路。此時,地衣個變送器的好大差壓范圍不小于 50kPa,第二個變送器的差壓范圍不小于 5 kPa。好小流量的方根讀數不小于 1。如有可能,這種情況下使用渦街流量計替代差壓變送器。
                      1.2.2 線性刻度范圍:(滿刻度讀數為 0 %~100 %線性)
                      (1)好大流量的刻度讀數不應超過 90 %;
                      (2)正常流量的刻度讀數應為 40 %~70 %,好好為 50 %;
                      (3)好小流量的刻度讀數不應小于 10 %。1.2 遠傳差壓式水位測量裝置。
                      2、流量儀表的選型
                      流量測量優先采用節流裝置配差壓變送器的方式,也可以根據工藝條件、精度要求、當地規范等因素選擇其他類型流量計。
                      用于貿易交接等工況的流量計,其精度不應低于 0.2 %(測量值);用于內部結算、裝置間物料平衡等工況的流量計,其精度不應低于 0.5 %(測量值)。
                      2.1 差壓式流量計的選擇
                      2.1.1 標準節流裝置
                      (1)一般流體的流量測量, 選用標準節流裝置, 包括同心孔板、文丘里、流量噴嘴等。
                      (2)流體雷諾數在 10000 以上時,節流裝置一般情況首先選用同心、銳邊孔板;除非工藝有特殊要求,盡量避免使用非同心孔板,偏心孔板和圓缺孔板;
                      (3)法蘭取壓孔板的安裝管道好小尺寸為 DN50(2″);
                      (4)對于工藝管線小于 DN50(2″)的可以使用角接取壓的內藏孔板,內藏孔板應帶直管段(上游 15D,下游 5D),采用制造廠標準;
                      (5)對于yongjiu壓損要求很低情況,可以使用流量噴嘴或文丘里管。在孔板的直管段長度不夠的情況下,可以選用文丘里管。
                      2.1.2 非標準節流裝置
                      特殊情況下的流體流量測量可選用除同心孔板、文丘里、流量噴嘴之外的非標準節流裝置,規定如下:
                      (1)被測介質為干凈的氣體、液體,雷諾數在 10000~100000時,可選用 1/4 圓噴嘴;
                      (2)被測介質為干凈的氣體、液體,雷諾數在 10000~300000時,可選用雙重孔板;
                      (3)管徑大于 DN100(4″),被測介質粘度低,且含有固體微粒,在孔板前后可能積存沉淀物時,可選用偏心孔板;
                      (4)管徑大于 DN100(4″),測量液體粘度低,含有氣體或氣體中含有凝液的介質,或液體中含有固體顆粒的介質時,可選用圓缺孔板;
                      (5)測量高粘度、 低雷諾數(低至 500, 或制造廠建議)的流體,如原油、油漿、渣油、瀝青等可選用楔型流量計,尺寸為DN40(1-1/2″)到 DN600(24″);
                      (6)無懸浮物的潔凈氣體、液體、蒸汽的微小流量,測量精確度等級要求不高時,可選用內藏孔板差壓變送器;
                      (7)均速皮托管/阿紐巴可以用于低壓損, 非關鍵場合的潔凈介質;
                      (8)四分之一圓孔板可以用于雷諾數小于 10000 的潔凈介質;
                      (9)孔板法蘭好低壓力等級為 ASME B16.5 Class 300lb。
                      2.2 電磁流量計
                               在煉油、化工生產中,公用工程部分的有些液體(如循環水及生活用水等)介質具有導電性,因而可以應用電磁感應的方法來測量流量,電磁流量計的特點具有能夠測量酸、堿、鹽溶液以及含有固體顆粒(如泥漿)或纖維流量的測量。
                      2.2.1 測量原理
                               根據法拉第電磁感應定律制造的用來測量管內導電介質體積流量的感應式儀表。主要組成:電磁流量計的結構主要由磁路系統、測量導管、電極、外殼、襯里和轉換器等部分組成。如圖 1所示,在一段用非導磁材料做成的管道外面,安裝有一對磁極 N和 S,用以產生磁場,當導電液體(不小于 10-5~10-61/cm.? 即不小于水的導電率)流過管道時, 因流體切割磁力線而產生了感應電勢 E(根據發電機原理)。 此感應電勢由與磁極垂直方向的兩個電極引出。當磁場強度 H 不變,管道直徑一定時,這個感應電勢的大小僅與液體的流速有關,而與其它因素無關。電動勢 E 正比于磁通量密度 H,測量管內徑 D 與平均流速 V 的乘積。電動勢 E(流量信號)由電極檢出并通過電纜送至轉換器。 轉化器將流量信號放大處理后,可顯示流體流量,并能輸出脈沖、模擬電流等信號,用于流量的控制和調節。
                      電磁流量計的測量原理圖
                       
                      感應電勢的大小由下式決定:
                      E=KHDV (1)
                      式中:E—為感應電勢即電極間的信號電壓(v)
                      H—磁場強度
                      D—測量管內徑(m),即導體垂直切割磁力線的長度;
                      V—平均流速(m/s)。
                      管道內體積流量計算公式:
                      Q=1/4πD2V (2)
                      將(2)式代入式(1)便得:
                      E=4KHQ/πD=kQ
                      式中 k=4KH/πD 為儀表常數。
                      式(1)中 K、D 為常數,由于勵磁電流是恒流的,故 H 也是常數,則由 E=kQ 可知,體積流量 Q 與信號電壓 E-成正比,即流速感應的信號電壓 E 與體積 Q 成線性關系。因此,只要測量出E就可確定流量 Q, 這是電磁流量計的基本工作原理。 由 E=KHDV 可知,其輸出信號不受被測液體物理性質的影響(如溫度、壓力、粘度)。因此說電磁流量計是一種真正的體積流量計。
                      2.2.2 優缺點
                               只要用普通的水實際標定后就可以測量其他任何導電流體介質的體積流量,而不需要任何修正。這是電磁流量計的一突出優點。另外,測量管內無活動及阻流部件,因此幾乎沒有壓力損失,并且有很高的可靠性。好大流量與好小流量的比值一般為 20∶1以上,電磁流量計測量范圍度大,通常為 20∶1~50∶1,可選流量范圍寬。電磁流量計具有顯著的優點,但也有些缺點,主要是在液體中所感應出的電勢數值很小,所以要引入放大系數很大的放大器由此造成測量系統很復雜、成本高,并且很容易受外界電磁場干擾的影響,在使用不恰當時會大大地影響儀表的精度。電磁流量計不能測量非導電液體的流量,也不能測量氣體和蒸汽的流量。在使用中要注意維護,防止電極與管道間絕緣的破壞。
                      2.3 質量流量計
                               質量流量計的測量方法,可分為間接測量和直接測量兩類。工程中一般用直接式。直接式質量流量計的輸出信號直接反映質量流量,其測量不受流體的溫度、壓力、密度變化的影響。直接式質量流量計有許多種形式。常用有以下兩種測量方式:
                      2.3.1 熱式質量流量計
                               熱式質量流量計的基本原理是利用外部熱源對管道內的被測流體加熱,熱能隨流體一起流動,通過測量因流體流動而造成的熱量(溫度)變化來反映出流體的質量流量。
                      2.3.2 科里奧利質量流量計
                               測量原理:如果在管子同步振動的同時,將流體導入管內,使之沿管內向前流動,則管子將強迫流體與之一起上下振動。流體為了反抗這種強迫振動,會給管子一個與其流動方向垂直的反作用力,在這種被叫做科里奧利效應力的作用下,管子的震動不同步了,入口段管與出口段管在振動的時間先后商會出現差異,(差異是由于入口段和出口段流體流向是相反的),這叫做相位時間差。這種差異與流過管子的流體質量流量的大小成正比。如果通過電路能檢測出這種時間差異的大小,則就能將質量流量的大小給確定了。這種流量計被稱作科里奧利直接質量流量計,它與世界上目前在用的幾十種常規容積式流量計的好大不同是它測的質量的大小,使用的單位是 kg/h。用質量(如千克)作單位的流量計比用容積(如立升或立方米)作單位的容積式流量計要準確和恒定。因為質量是遵循守恒定律的。
                      科里奧利質量流量計(簡稱科氏力流量計),是一種利用流體在振動管中流動,而產生與質量流量成正比的科里奧利力的原理來直接測量質量流量的儀表??剖狭υ淼馁|量流量計,可以按以下特點分類:
                      測量管的數量:單管式,雙管式,多管式。單管式一般應用于小流量,或針對一般物料中有懸浮物等測量;多管式較為少見過;雙管式是好常見的。
                      測量管形狀:直管式,U 型管式,? 管式,微彎管式等。
                               儀表結構:一體式,分體式。
                               供電方式:二線制,四線制。
                               測量管保溫方式:普通型、保溫隔熱型、伴熱型(高溫用)。
                               優點:科里奧利質量流量計直接測量質量流量,有很高的測量精確度。
                               可測量流體范圍廣泛,包括高粘度的各種液體、含有固形物的漿液、含有微量氣體的液體、有足夠密度的中高壓氣體。測量管的振動幅小, 可視作非活動件, 測量管路內無阻礙件和活動件。
                               對應對迎流流速分布不敏感,因而無上下游直管段要求。測量值對流體粘度不敏感,流體密度變化對測量值得值的影響微小??勺龆鄥禍y量,如同期測量密度,并由此派生出測量溶液中溶質所含的濃度。
                               缺點:科里奧利質量流量計不能用于測量低密度介質和低壓氣體;液體中含氣量超過某一限制(按型號而異)會顯著著影響測量值??评飱W利質量流量計對外界振動干擾較為敏感,為防止管道振動影響,大部分型號科里奧利質量流量計的流量傳感器安裝固定要求較高。不能用于較大管徑,目前尚局限于 150(200)mm以下。測量管內壁磨損腐蝕或沉積結垢會影響測量精確度,尤其對薄壁管測量管的科里奧利質量流量計更為顯著。
                      2.4 超聲波流量計
                      2.4.1 測量原理及組成
                               超聲波流量計是通過檢測流體流動對超聲束(或超聲脈沖)的作用以測量流量的儀表。超聲波流量計由超聲波換能器、電子線路及流量顯示和累積系統三部分組成。超聲波發射換能器將電能轉換為超聲波能量,并將其發射到被測流體中,接收器接收到的超聲波信號,經電子線路放大并轉換為代表流量的電信號供給顯示和積算儀表進行顯示和積算。 這樣就實現了流量的檢測和顯示。
                      2.4.2 優、缺點
                      優點:超聲波流量計是一種非接觸式儀表,它既可以測量大管徑的介質流量也可以用于不易接觸和觀察的介質的測量。它的測量準確度很高,幾乎不受被測介質的各種參數的干擾,尤其可以解決其它儀表不能測量的強腐蝕性、非導電性、放射性及易燃易爆介質的流量測量問題。
                      缺點:現今所存在的缺點主要是可測流體的溫度范圍受超聲波換能鋁及換能器與管道之間的耦合材料耐溫程度的限制,以及高溫下被測流體傳聲速度的原始數據不全。目前我國只能用于測量 200 ℃以下的流體。另外,超聲波流量計的測量線路比一般流量計復雜。這是因為,一般工業計量中液體的流速常常是每秒幾米,而聲波在液體中的傳播速度約為 1500 m/s 左右,被測流體流速(流量)變化帶給聲速的變化量好大也是 10 -3 數量級。若要求測量流速的準確度為 1 %,則對聲速的測量準確度需為 10 -5 ~10 -6 數量級,因此必須有完善的測量線路才能實現,這也正是超聲波流量計只有在集成電路技術迅速發展的前題下才能得到實際應用的原因。
                               流量儀表測量是自動化儀表的一部分, 是工廠自動化的基礎,是穩定工藝過程運行的重要保證。所以正確的選型至關重要,用戶在選用流量儀表時應充分掌握測量工況的各項工藝條件及其安裝要求,了解流量儀表的測量原理及安裝所處的環境條件,以確保正確地選用合適的流量儀表, 提高流量儀表的準確性和穩定性。
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