流量测量仪表的选用
各种流量测量方法都是建立在不同的原理上,相应的各种流量计具有各自不同的特点和适用场合。因此要综合仪表自身特点、对象特点、安装条件、使用环境以及经济性等诸多因素来选用流量测量仪表。
仪表选型步骤
(1)明确是否真有必要安装流量仪表。如果只是希望知道液体是否在管道中流动和大致的数量,则选用廉价的流量指示器即可。
(2)确定要安装流量测量仪表后,对候选仪表,从仪表性能、流体特性、安装条件、环境条件和经济因素方面进行综合比较分析。
(3)逐步淘汰不合适的候选仪表,直至zui终留下一种合适的仪表作为选中仪表。
按仪表性能选用
由于测量目的不同,在对不同对象测量流量时对仪表性能各种因素选择有不同侧重点。在过程控制中多是连续测量流量,要求仪表具有良好的可靠性和重复性。在商贸结算和储运测量中对精度要求较高。
(1)度。整体测量度要求多少,在较宽流量范围保持度,还是在某一特定范围即可,所选仪表的度能保持多久,是否易于校验,这些因素都要考虑。在流量控制系统中,检测仪表度要在整个系统控制度要求下确定,因为整个系统不仅有流量检测的误差,还有信号传输、控制调节、操作执行等环节的误差和各种影响因素,不能仅片面考虑流量测量仪表的度。另外,度概念是与仪表引用误差的,与仪表量程范围有关,这就意味着度高的仪表其测量误差不一定就小。
(2)重复性。重复性是指环境条件和介质参数等不变的条件下,对某*量值短时间内同方向进行多次测量的一致性。重复性由仪表本身工作原理和制造质量决定的,应用时要求仪表重复性好。但是使用中如果流体性质参数(如密度、黏度等)的变化较大,会造成一些流量计测量重复性差,此时要考虑对被测流体参数的修正。
(3)线性度。流量仪表输出主要有线性和非线性平方根两种。大部分流量仪表的非线性误差已经包含在基本误差内。对于宽流量范围脉冲输出用作总量积算的仪表,线性度是一个重要指标,有时若在流量范围内用单一仪表系数,线性度差就会降低仪表度。随着微机技术在测量仪表中的普及应用,采用信号适配技术修正仪表系统非线性,以提主仪表度,扩大流量范围。如果在管道流量配比、流量相加或热量计要对温度差和流量相乘时应选择线性输出的仪表,这样可以简化计算过程。
(4)上、下限流量和范围度。选择流量仪表的口径应按被测管道使用的流量范围和被选仪表的上、下限流量来确定,不能简单地按管道通径配用。大多情况下流量仪表上限流量的流速接近或略高于管道经济流速,仪表选择口径与管径相同的机会较多,安装比较方便。然而同一口径不同类型的仪表上限流量受各自工作原理和结构的约束,差别很大。此外上限流量还需考虑不要因为流速过高而产生气穴现象。有此仪表流量上限值订购后不能改变,如容积式仪表的浮子式仪表。差压式仪表孔板等设计确定后下限流量不能改变,但上限流量变动可以以调整差压变送器量程来适应。有此仪表则不经实流校验用户可以自行重新设定流量上限值,如某些型号的电磁流量计和超声流量计。
范围度是上限流量与下限流量之比,该比值越大流量范围越宽。速度式流量计(电磁、涡轮、涡街、超声)的范围度比差压式流量计范围度大。通常线性仪表范围度10:1,非线性仪表范围度3:1。目前差压式流量计在范围度拓宽方面有所进展,如开发宽量程差压变送器或同时采用几台差压变送器切换来扩大范围度。要注意有些仪表范围度宽是尽量把zui大上限流量的流速提得很高,如液体流速为7~10m/s,气体流速为50~75m/s,实际上这么高流速一般不用,范围度宽的关键是要有较低的下限流速。
(5)压力损失。压力损失关系到能量消耗。除了电磁式、超声式等流量计外,大部分流量传感器要在流通通道中设置静止或活动检测元件或改变流动方向,产生随流量改变的不能恢复的压力损失。因此选表时要按照管道系统泵送能力和仪表进口压力等确定zui大流量的容许压力损失,避免流动时产生过大压力损失而影响流通效率。有些液体还应注意过度的压力降可能引发气穴现象和液相气化,造成测量度降低和仪表损坏。
(6)输出信号特性。仪表的输出信号有模拟量和数字量两种。模拟量输出一般适合于过程控制,测量仪表容易与控制回路其他单元仪表配接。脉冲量输出适合于总量和高度测量流量。
(7)响应时间。在脉动流动场所应注意仪表对流动阶跃变化的响应。瞬态响应时间常数在毫秒或秒级,响应频率在数百赫兹以下。如果配用显示仪表,可能延长响应时间。
按仪表性能进行仪表选型时,要注意各种性能指标不能单独考虑,因为要同时满中各项指标是相当因难的,因此要进行综合比较分析。
按流体特性选用
按流体类型等初步选定仪表品种后,还要考虑流体特性,进一步考虑对所选方案的适应性。这是因为流体的温度、压力、密度、黏度和润滑性、气体压缩系数及湿度、电导率、导热系数、腐蚀性、脏污结垢等流体特性对仪表应用有很大影响。
(1)流体温度、压力的影响。测量气体时温度压力的变化会引起密度发生较大变化,影响到测量准确性。因此要作温度、压力的修正。测量气体时还要确认要得到的是标准状态下的还是工作状态下的体积流量。另外还要考虑流体的温度压力对流量仪表的结构强度和材质有无影响,特别是温度、压力的zui大、zui小值,以免影响使用寿命。
(2)流体密度的影响。一般情况下流体密度可视为常数,不需修正。而在测量气体时,有些仪表的范围度和线性度取决于气体密度,通常要知道在标准状态下和使用状态下的密度,或者将流动状态的密度数值转换到某些*的参比值。实际流量结算时经常采用质量流量,但通常测量体积流量居多,需要乘以密度值折算成质量流量,因此更应重视流体密度对测量结果的影响。
(3)黏度与润滑性。黏度是判别牛顿流体和非牛顿流体的一个参数。气体是牛顿流体,各种气体黏度数值小,差别不明显,不会随温度压力的变化而有很大变化。大多数液体是牛顿流体。有些仪表只适用于牛顿流体,若测量非牛顿流体(例如油漆、巧克力、钻井泥浆、纸浆等)就会带来误差。有此仪表特性参数用管道雷诺数表示,而管道雷诺数是流体黏度、密度以及管道流速的函数。电磁式、超声式、科里奥得流量计的流量值在很宽的黏度范围内,可认为不受液体黏度影响。但是容积式、浮子式、涡轮式、涡街流量计受液体黏度影响较大,当黏度超过一定数值时影响过大而不能使用。大部分容积式仪表黏度增大范围度扩大,而涡轮式和涡街式流量计黏度增加而范围度减小。
润滑性与黏度有一定关系。润滑性对有活动测量元件的仪表(容积式或涡轮式)非常重要,有些液体特别是有机溶剂润滑性极差,会缩短仪表轴承寿命,进而影响仪表运行性能范围度。
(4)化学腐蚀与结垢。流体化学腐蚀和结垢,会导致仪表接触零件受损,降低仪表性能和使用寿命。要针对不同腐蚀性流体,选择具有防腐蚀性能的仪表。
(5)压缩系数和其他参量。知道气体压缩系数可以求得工作状态下的流体密度。某些流量方法还需要用到其他参量,如热式流量计的热传导和比热容、电磁流量计的液体电导率、超声流量计的声速等。
(6)多相和多组分流。流量仪表都是测量单相流的。若是多相流或多组分流,或流动中液相与气相发生变化会造成测量误差,甚至无法测量。一般浆液可用电磁流量计,或用专门设计的质量式、超声式和差压式流量计。
安装条件
各种流量计由于测量原理不同,则对安装条件提出不同要求。例如有些仪表(如差压式、涡轮式)需要长的直管段,以保证仪表进口端流动达到充分发展,而另有一些仪表(如容积式、浮子式)则无此要求或要求很低。安装条件方面需考虑的因素包括:仪表的安装方向、流动方向、上下游段管道状态、阀门位置、防护性配件、脉动流影响、振动、电气干扰和维护空间等。
管道安装布置方向应该遵守仪表制造厂家规定。有些仪表水平安装和垂直安装对测量性能有较大影响;在水平管道可能沉淀固体颗粒,因此测量浆体的仪表装在垂直管道上。
通常在仪表外壳面标注流体流动方向,必须遵守,因为反向流动可能损坏仪表。为防止误操作可能引起反向流动,有必要安装止回阀保护仪表。有些仪表允许双向流动,但正向和反向之间的测量性能也可能存在差异,需要对正反两面个流动方向分别校验。
理想的流动状态应该是无漩涡、无流速分布畸变。大部分仪表或多或少受进口流动状况的影响,管道配件、弯管等都会引入流动扰动,可适当调整上游直管段改善流动特性。对于推理式流量计,上下游直管段长度的要求是保证测量度的重要条件,具体长度要求参照制造厂家的建议。
流量计较准是在实验室稳定流条件下进行的,但是实际管道流量并非全是稳定流,如管路上装有定排量泵、往复式压缩机等就会产生非定常流(脉动流),增加测量误差。因此安装流量计必须远离脉动源处。
工业现场管道振动对流量计(涡街流量计、科里奥利质量流量计等)的测量准确性也有影响。可对管道加固支撑、加装减振器等。
仪表的口径与管径尺寸不同,可用异径管连接,流速过低仪表误差增加甚至无法工作,而流速过高误并也会增加,同时还会因使测量元件超速或压力降过大而损环仪表。
环境条件
环境条件因素包括环境温度、湿度、大气压、安全性、电气干扰等。仪表的电子部件和某些仪表流量检测部分会受环境温度变化的影响。湿度过高会加速大气腐蚀和电解腐蚀并降低电气绝缘,湿度过低则容易感生静电。电力电缆、电动机和电气开关都会产生电磁干扰。应用在爆炸性危险环境,按照气氛适应性。爆炸性混合物分级分组、防护电气设备类型以及其他安全规则或标准选择仪表。有可燃性气体或可燃性尘粒时必须用特殊外壳的仪表,同时不能用高电平电源。如果有化学侵蚀性气氛,仪表外壳必须具有外部防腐蚀和气密性。有些场所还要求仪表外壳防水。
经济费用
经济方面不能只考虑仪表本身购置费用,还必须包括附件、安装、运行、维护、校验、备品备件费等。
各种流量计安装费用差别很大,如有的需要直管段、旁路管、截止阀等,费用不低甚至超过仪表本身。流量计运行费用主要是工作时能量消耗,包括电力消耗、气源耗能、大口径管道泵送能消耗等。商贸结算和储运发放用仪表为了维持度。必须花费资金配有校验装置。维护费用是仪表投入使用后保持正常工作所需费用,包括维护劳务和备用件费,有些进口仪表的备用件费用相对整台仪表要贵得多。在选择仪表时要综合考虑性价比。
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