1.概述
在工業(yè)測量中流量測量是一個很重要的參數(shù),它不僅作為過程控制儀表,更重要的是它要作為計量儀表,為企業(yè)的成本核算和市場運營提供可靠的數(shù)據(jù)。而流量測量又是工業(yè)測量的難點。在實際應(yīng)用中,由于工藝條件和測量介質(zhì)的千差萬別,根據(jù)設(shè)計所選儀表往往不能滿足實際要求。筆者在生產(chǎn)一線從事自控儀表工作多年,對流量測量的一些經(jīng)驗總結(jié)如下。某廠的煤氣是發(fā)生爐煤氣,它的特點是:煤焦油和水分含量相對比較高,對儀表的長周期運行提出了很高要求。原設(shè)計煤氣測量用阿牛巴和渦輪流量計,在實際應(yīng)用中可以滿足過程控制的需要。但由于生產(chǎn)運行的長周期需要,作為計量儀表不能滿足要求,主要原因是儀表的選型與實際測量介質(zhì)不符,經(jīng)過多年的探索,選用了超聲波流量計作為計量儀表,通過一段時間的考核,完全能滿足計量的需要,解決了生產(chǎn)中的實際問題,現(xiàn)將三種流量測量方法介紹如下。
2.測量方法比較
阿牛巴流量計屬于差壓流量計,是按力平衡原理工作的。通過測量取樣管正對流體流向的前后差壓來反應(yīng)流體流量。
阿牛巴流量計主要參與控制回路的調(diào)節(jié),小流量時比較靈敏,正常流量時儀表也很穩(wěn)定,基本滿足控制回路的要求。原設(shè)計阿牛巴流量計又作為計量儀表計量煤氣,由于煤氣的特點是煤焦油和水分含量高,流量計運行時間較長時取壓孔容易堵,使測量數(shù)據(jù)不準,而生產(chǎn)又不允許頻繁清理流量計。這樣就造成煤氣計量長期不準確。
渦輪流量計屬于測量流速的流量儀表,它是基于動量矩守恒原理,流體推動渦輪旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的脈沖信號與流體流速成正比。因而通過測量脈沖頻率,就可知道流體的流速,測出流體的流量。另外,渦輪流量計與被測介質(zhì)的密度、粘度有關(guān)。渦輪流量計在燃燒站中參與控制回路的調(diào)節(jié),靈敏度高,運行穩(wěn)定,由于煤氣的特點,也容易使流量計的葉輪與軸承粘住,造成測量不準。同時由于煤氣含水量大,對葉輪和軸承有一定的腐蝕,容易造成流量計的損壞,增加了儀表的運行成本。
2.3.1工作原理
系列超聲波流量計是利用超聲波在管道中傳播時間原理而實現(xiàn)的。氣體流量則通過流速、管道截面積以及雷諾數(shù)等得到。
超聲波流量計的基本原理如下圖1表示。
管道中斜裝一對超聲波傳感器,兩個傳感器之間的距離為超聲波的傳播聲程。超聲波在兩個傳感器之間的距離為超聲波的傳播聲程。超聲波在兩個傳感器之間的順流傳播時間和逆流傳播時間分別為:
ts=L/C+Vcosθ
式中
C為超聲波在靜止氣體中的傳播速度,隨氣體性質(zhì)變化而變化;
V為氣體的流速;
θ為超聲波聲程L與管道軸線之間的夾角。
tn=L/C-Vcosθ
依據(jù)ts和tn表達式,求得沿聲程上的線平均流速可以看出,因采用直接的動力學(xué)原理進行測量無任何假定條件,氣體流速僅與測量參數(shù)(1/s-l/n有關(guān),與氣體本身性質(zhì)無關(guān),即不受氣體成份、密度溫度等影響。
2.3.2超聲波流量計的特點
(1)微型、高能超聲波換能器(傳感器)與國際同類產(chǎn)品同步。超聲波測量信號靈敏度優(yōu)于100Hs,目前已達到**水平。
(2)高溫型超聲波換能器,zui高溫度可達420℃。
(3)數(shù)碼式信號轉(zhuǎn)換器,可獲得精確的解析度,并獲得長久的穩(wěn)定性。
(4)測量口徑范圍寬,*小口徑25mm,zui大口徑可達5m以上。
(5)量程比大1:350。
(6)測量介質(zhì)范圍廣,即可測量臟、污、腐蝕氣體,也可測量飽和,多組份等氣體。
(7)無阻力,無壓力損失,無可動部件,無磨損,無堵塞隱患,現(xiàn)場實踐證明;在以下條件(1)管道內(nèi)部管壁上粘結(jié)近10公分的臟污雜質(zhì)。(2)管道內(nèi)部冷凝積水。(3)換能器表面覆蓋1公分的粘性油品,系統(tǒng)仍然工作正常,日常維護工作量基本為零。
(8)積水、臟污管道截面積修正,保證對氣體真實流量的精密性。
(9)安裝位置任意,直管段要求低,可在水平、垂直位置或傾斜管道上安裝。
(10)可以不斷流拆裝、維護,在線修改極為方便
(11)適合各種工作環(huán)境,可在臟污、腐蝕、粘性、高溫、寒冷、振動等環(huán)境下長期穩(wěn)定地工作,一次安裝,長久使用,維護極少。
(12)能用于有爆炸危險的環(huán)境中,防塵、抗雷擊設(shè)計,適應(yīng)復(fù)雜多變的氣候影響。
3.三種流量計各種數(shù)據(jù)的比較、分析
由于超聲波流量計所具有的特點使它作為計量儀表在煤氣計量中顯示出明顯的優(yōu)勢。現(xiàn)將三種測量方法的測量數(shù)據(jù)比較如下,見表1。
(1)運行數(shù)據(jù)(在儀表的安裝位置上,超聲波所測流量應(yīng)為阿牛巴和渦輪之和)
表1為一個月的三種流量計測量數(shù)據(jù)的比較,從中可以阿牛巴流量計的測量誤差zui大為16.64%,渦輪流量計的測量誤差zui大竟達41%。而超聲波流量計的zui大測量誤差為044%,作為計量儀表完全滿足要求。
(2)其它數(shù)據(jù)見表2
由表1和表2,在煤氣計量中,超聲波流量計運用很成功,解決了該廠多年來煤氣計量不準的難題
4.超聲波流量計維護注意事項和常見故障處理
4.1維護注意事項
(1)加強儀表巡檢,盡可能消除外圍因素(如:漏雨、電磁干擾等)對儀表造成的影響;
(2)為了消除儀表的零點漂移要定期校驗變送器,消除儀表測量偏差。
(3)由于煤氣煤焦油和水分含量較高,容易在換能器表面積煤焦油并腐蝕換能器表面應(yīng)定期清理換能器,保障儀表測量準確。
4.2常見故障處理
(1)測量不穩(wěn)定或示值zui大,原因是流量計對接地要求比較高,檢查儀表接地,使其達到儀表的要求。
(2)儀表測量不穩(wěn)定或小信號時波動很大,原因是流量計對強電磁干擾比較敏感,消除引起電磁干擾的原因就可排除此故障。
(3)儀表示值穩(wěn)定,但比實際流量偏大或偏小,通過調(diào)校變送器和清理換能器一般都能消除此故障。
流量儀表的選型是流量測量的關(guān)鍵,在日常工作中加強儀表的維護,才能保障儀表的正常運行,為生產(chǎn)提供準確的參數(shù)。
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