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      流量?jī)x表該如何選擇

      2020-07-24

             要正確選擇適合的流量?jī)x表并不容易,不僅要熟悉流量?jī)x表和生產(chǎn)過(guò)程流體特性這兩方面的技術(shù)

      ,還要考慮經(jīng)濟(jì)因素,歸納起來(lái)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
      。下面
      ,我們一起來(lái)了解一下吧

            
      、性能要求和儀表規(guī)范方向的考慮
             選擇儀表在性能要求上考慮的內(nèi)容有:瞬時(shí)流量還是總量(累計(jì)流量)、精確度
      、重復(fù)性
      、線性度、流量范圍和范圍度
      、壓力損失、輸出信號(hào)特性和響應(yīng)時(shí)間等
      。不同測(cè)量對(duì)象有各自測(cè)量目的,在儀表性能方面有其不同側(cè)重點(diǎn)

             1.測(cè)量流量還是總量
             使用對(duì)象測(cè)量的目的有兩類(lèi)
      ,即測(cè)量流量和計(jì)量總量
      。管道連續(xù)配比生產(chǎn)或過(guò)程控制使用場(chǎng)所主要測(cè)量瞬時(shí)流量
      ;灌裝容器批量生產(chǎn)以及商貿(mào)核算
      、儲(chǔ)運(yùn)分配等使用場(chǎng)所大部分只要取得總量或輔以流量
      。兩種不同功能要求
      ,再選擇測(cè)量方法上就有不同側(cè)重點(diǎn)

             有些儀表如容積式流量計(jì)、渦輪流量計(jì)等
      ,測(cè)量原理上就以機(jī)械技術(shù)或脈沖頻率輸出,直接得到總量
      ,因此具有較高精確度
      ,適用于計(jì)量總量

             電磁流量計(jì)
      超聲波流量計(jì)
      、節(jié)流式流量計(jì)等儀表原理上是以測(cè)量流體流速推導(dǎo)出流量
      ,響應(yīng)快
      ,適用于過(guò)程控制
      ,但裝有積算功能環(huán)節(jié)后也可獲得總量

             渦街流量計(jì)具有上者優(yōu)點(diǎn),但其抗震
      、抗干擾性能差,不適用于過(guò)程控制而適用于計(jì)量總量

             2.精確度
             整體的測(cè)量精確度要求多少?在某一特定流量下使用
      ,還是在某一流量范圍內(nèi)使用
      ?在什么測(cè)量范圍內(nèi)保持上述精確度
      ?所選儀表的精確度能保持多久
      ?是否易于重新校驗(yàn)
      ?是否要(或能)現(xiàn)場(chǎng)在線核對(duì)儀表精確度
      ?這些問(wèn)題必須細(xì)致地考慮。
             如不是單純計(jì)量總量
      ,而是應(yīng)用在流量控制系統(tǒng)中,則檢測(cè)儀表精確度的確定要在整個(gè)系統(tǒng)控制精確度要求下進(jìn)行
      ,因?yàn)檎麄€(gè)系統(tǒng)不僅有流量檢測(cè)的誤差
      ,還包含有信號(hào)傳輸、控制調(diào)節(jié)
      、操作執(zhí)行等環(huán)節(jié)的誤差和各種影響因素,如操作執(zhí)行環(huán)節(jié)往往有2%左右的回差
      ,對(duì)測(cè)量?jī)x表確定過(guò)高的精確度(比如說(shuō)0.5級(jí))是不合理和不經(jīng)濟(jì)的
      。就流量?jī)x表本身而言
      ,檢測(cè)元件(或傳感器)和轉(zhuǎn)換/顯示儀表之間只精確度亦應(yīng)適當(dāng)確定
      ,如未經(jīng)實(shí)流標(biāo)定均速管
      、楔形管
      、彎管等差壓裝置誤差在1%~5%之間
      ,選用高精度差壓計(jì)與之相配也就沒(méi)有意義了

             3.重復(fù)性
             重復(fù)性在過(guò)程控制應(yīng)用中是重要的指標(biāo)
      ,由儀器本身原理與制造質(zhì)量所決定
      ,而精確度除取決于重復(fù)性外,尚與量值標(biāo)定系統(tǒng)有關(guān)
      。嚴(yán)格地說(shuō)重復(fù)性是指環(huán)境條件、介質(zhì)參量等不變情況下
      ,對(duì)某一流量值段時(shí)間內(nèi)同方向進(jìn)行多次測(cè)量的一致性。然而實(shí)際應(yīng)用中
      ,儀表優(yōu)良的重復(fù)性被許多因素包括流體粘度、密度等變化所干擾
      ,然而這些變化因素還未到需要作專(zhuān)門(mén)檢測(cè)修正的地步
      ,這些影響往往被誤認(rèn)為儀表重復(fù)性不好
      。例如浮子流量計(jì)受流體密度影響
      ,小口徑儀表還受粘度影響
      渦輪流量計(jì)用于高粘度范圍時(shí)的粘度影響
      ;有些未作修正處理的超聲流量計(jì)流體溫度對(duì)聲速影響等
      。若儀表輸出特性是非線性的
      ,則這種影響更為突出。
             4.線性度
             流量?jī)x表輸出主要有線性和平方根非線性兩種
      。大部分流量?jī)x表的非線性誤差不列出單獨(dú)指標(biāo),而包含在基本誤差內(nèi)
      。然而對(duì)于寬流量范圍脈沖輸出用作總量積算的儀表
      ,線性度是一個(gè)重要指標(biāo)
      ,使有可能在流量范圍內(nèi)用同一個(gè)儀表常數(shù)
      ,線性度差就要降低儀表精確度
      。隨著微處理器技術(shù)的發(fā)展
      ,采用信號(hào)適配技術(shù)修正儀表系統(tǒng)非線性
      ,從而提高儀表精確度和擴(kuò)展流量范圍

             5.上限流量
             上限流量也稱滿度流量
      。選擇流量?jī)x表的口徑應(yīng)按被測(cè)管道使用的流量范圍和被選儀表的上限流量和下限流量來(lái)選配
      ,而不是簡(jiǎn)單地按管道通徑配用
      。雖然通常設(shè)計(jì)管道流體最大流速是按經(jīng)濟(jì)流速來(lái)確定的
      。因?yàn)榱魉龠x擇過(guò)低
      ,管徑粗投資大;過(guò)高則輸送功率大
      ,增加運(yùn)行費(fèi)用。
             然而同一口徑不同類(lèi)型的儀表上限流量(也可以說(shuō)上限流速)受各自工作原理和結(jié)構(gòu)的約束
      ,差別很大
      。以液體為例
      ,上限流量的流速以玻璃管浮子流量計(jì)最低
      ,在0.5-1.5m/s之間
      ,容積式流量計(jì)在1.5-2.5m/s之間
      ,渦街流量計(jì)較高在5.5-7m/s之間
      ,電磁流量計(jì)則在1-7m/s(甚至0.5-10m/s)之間

             6.范圍度
             范圍度為上限流量和下限流量的比值,其值愈大流量范圍愈寬
      。線性儀表有較大范圍度
      ,一般為10:1
      ;非線性儀表則較小
      ,通常僅3:1,能滿足一般過(guò)程控制用流量測(cè)量和商貿(mào)核算總量計(jì)量
      。但有些商貿(mào)核算用儀表要求較寬的范圍度
      ,例如公用事業(yè)水量出荷計(jì)量的晝夜和冬夏季節(jié)差很大,就要求很寬的范圍度
      。若選用文丘利管差壓式儀表就顯得不能適應(yīng)
      。然而差壓式儀表范圍度拓寬近年有一些突破,主要在差壓變送器及微機(jī)技術(shù)應(yīng)用方面采取措施
      ,亦可達(dá)10:1
      。某些型號(hào)的電磁流量計(jì)用戶可自行調(diào)整流量上限值
      ,上限可調(diào)比(最大上限值和最小上限值之比)可達(dá)10:1
      ,再乘上所設(shè)定上限值20:1的范圍度,一臺(tái)儀表擴(kuò)展意義的范圍度(即考慮上限可調(diào)比)可達(dá)(50-200):1
      ,還有些型號(hào)儀表具有自動(dòng)切換上限流量值功能。
             7.壓力損失
             除無(wú)阻礙流量傳感器(電磁式
      、超聲式等)外,大部分流量傳感器或要改變流動(dòng)方向
      ,或在流通通道中設(shè)置靜止的或活動(dòng)的檢測(cè)元件
      ,從而產(chǎn)生隨流量而變的不能恢復(fù)的壓力損失
      ,其值有時(shí)高達(dá)數(shù)十kPa
      。首先應(yīng)按管道系統(tǒng)泵送能力和儀表進(jìn)口壓力等條件
      ,確定最大流量時(shí)容許的壓力損失
      ,據(jù)此選定儀表。因選擇不當(dāng)而產(chǎn)生過(guò)大的壓力損失往往影響流程效率
      。管徑大于500mm輸水用儀表,應(yīng)考慮壓損所造成能量損耗勿使過(guò)大而增加泵送費(fèi)用

             8.輸出信號(hào)特性
             輸出信號(hào)往往左右儀表的選擇
      。流量?jī)x表的信號(hào)輸出和顯示歸納為:①流量(體積流量或質(zhì)量流量);②總量
      ;②平均流速;④點(diǎn)流速

             有些儀表輸出電流(或電壓)模擬量
      ,另一些輸出脈沖量
      。模擬量輸出一般認(rèn)為適合于過(guò)程控制
      ,易于和調(diào)節(jié)閥等控制回路單元接配
      ;脈沖量輸出適用于總量和高精度測(cè)量流量
      。長(zhǎng)距離信號(hào)傳輸脈沖量輸出比模擬量輸出有較高傳送準(zhǔn)確度
      。輸出信號(hào)的方式和幅值還應(yīng)有與其它設(shè)備相適應(yīng)的能力
      ,如控制接口、數(shù)據(jù)記錄器
      、報(bào)警裝置
      、斷路保護(hù)回路和數(shù)據(jù)傳送系統(tǒng)等

             9.響應(yīng)時(shí)間
             應(yīng)用于脈動(dòng)流動(dòng)場(chǎng)所應(yīng)注意儀表對(duì)流動(dòng)階躍變化的響應(yīng)
      。有些使用場(chǎng)所要求儀表輸出跟隨流動(dòng)變化,而另一些為獲得綜合平均只要求有較慢響應(yīng)的輸出
      。瞬態(tài)響應(yīng)常以時(shí)間常數(shù)或響應(yīng)頻率表示,其值前者從幾毫秒到幾秒
      ,后者在數(shù)百赫茲以下,配用顯示儀表可能相當(dāng)大地延長(zhǎng)響應(yīng)時(shí)間
      。儀表的流量上升和下降動(dòng)態(tài)響應(yīng)不對(duì)稱會(huì)急劇增加測(cè)量誤差。
             10.可維護(hù)性
             當(dāng)實(shí)際工況與設(shè)計(jì)選型差距巨大或儀表發(fā)生故障時(shí)
      ,有沒(méi)有手段就地維修和修正應(yīng)該得到重視,因?yàn)榱髁績(jī)x表一旦安裝再拆下維護(hù)會(huì)很麻煩而且需要時(shí)間
      。在這方面表現(xiàn)最好的是差壓式測(cè)量方法,因?yàn)槠渑c流體接觸元件為免維護(hù)不動(dòng)件
      ,測(cè)量用電氣元件為可拆可調(diào)的通用差壓變送器
      。所以差壓式測(cè)量方式的正常運(yùn)轉(zhuǎn)率最高,據(jù)統(tǒng)計(jì)在全球差壓節(jié)流式測(cè)量方式占所有測(cè)量方式的45%以上

             二
      、流體特性方面的考慮
             1.流體溫度和壓力
             必須界定流體的工作溫度和壓力
      ,特別在測(cè)量氣體時(shí)溫度壓力造成過(guò)大的密度變化
      ,可能要改變所選擇的測(cè)量方法
      。如溫度或壓力變化造成較大流動(dòng)特性變化而影響測(cè)量性能時(shí)
      ,要作溫度和(或)壓力修正。
             2.密度
             大部分液體應(yīng)用場(chǎng)合
      ,液體密度相對(duì)穩(wěn)定,除非密度發(fā)生較大變化
      ,一般不需要修正。
             在氣體應(yīng)用場(chǎng)合
      ,某些儀表的范圍度和線性度取決于密度
      。低密度氣體對(duì)某些測(cè)量方法
      ,例如利用氣體動(dòng)量推動(dòng)檢測(cè)元件(如渦輪)工作的儀表呈現(xiàn)困難

             3.粘度和潤(rùn)滑性
             有些儀表性能隨著雷諾數(shù)而變
      ,而雷諾數(shù)又與粘度有關(guān)
      。在評(píng)估儀表適應(yīng)性時(shí),要掌握液體的溫度-粘度特性
      。氣體與液體不同,其粘度不會(huì)因溫度和壓力變化而顯著地變化
      ,其值一般較低,除氫氣外各種氣體粘度差別較小
      。因此確切的氣體粘度并不像液體那樣重要

             粘度對(duì)不同類(lèi)型流量?jī)x表范圍度影響趨勢(shì)各異
      ,例如對(duì)大部分容積式儀表粘度增加范圍度增大
      ,渦輪式和渦街式則相反,粘度增加范圍度縮小

             潤(rùn)滑性是不易評(píng)價(jià)的物性
      。潤(rùn)滑性對(duì)有活動(dòng)測(cè)量元件的儀表非常重要,潤(rùn)滑性差會(huì)縮短軸承壽命
      ,軸承工況又影響儀表運(yùn)行性能和范圍度。
             4.化學(xué)腐蝕和結(jié)垢
             流體的化學(xué)性有時(shí)成為選擇測(cè)量方法和儀表的決定因素
      。流體腐蝕儀表接觸件,表面結(jié)垢或析出結(jié)晶
      ,均將降低使用性能和壽命
      。儀表制造廠為此常提供變型產(chǎn)品,例如開(kāi)發(fā)防腐型
      、加保溫套防止析出結(jié)晶,裝置除垢器等防范措施

             5.壓縮系數(shù)和其它參量
             測(cè)量氣體需要知道壓縮系數(shù)
      ,按工況下壓力溫度求取密度
      。若氣體成分變動(dòng)或工作接近超臨界區(qū)
      ,則只能在線測(cè)量密度

             某些測(cè)量方法要考慮流體特性參量
      ,如熱式流量計(jì)的熱傳導(dǎo)和比熱容,電磁流量計(jì)的液體電導(dǎo)率

             6.多相和多組分流
             測(cè)量多相和多組分流動(dòng)應(yīng)十分謹(jǐn)慎對(duì)待。經(jīng)驗(yàn)表明
      ,單相通用流量?jī)x表用于多組分或多相流體,測(cè)量性能會(huì)改變(或大幅度改變)

             單工質(zhì)流體有時(shí)也會(huì)呈現(xiàn)雙相
      ,例如濕蒸汽中水微粒隨著蒸汽流動(dòng),環(huán)境溫度或介質(zhì)壓力偏離原定狀態(tài)
      ,儀表就可能不適應(yīng)。
             測(cè)量?jī)煞N或兩種以上不相溶液體匯流混合液流量時(shí)
      ,應(yīng)注意存在流速不均勻
      ,使流動(dòng)成為分層或塊狀流等帶來(lái)的問(wèn)題

             測(cè)量液固雙相流時(shí)要了解固相含量
      、粒子大小和固體性質(zhì)以及流動(dòng)狀況(懸浮流
      、管底流
      、動(dòng)床流還是淤積流?)
             測(cè)量氣液雙相流時(shí)盡可能采用分離后分相測(cè)量
      ,以保證獲得最小測(cè)量不確定度,然而對(duì)有些場(chǎng)合這種方法不切實(shí)可行或不符合要求

             三
      、安裝方面的考慮

             不同原理的測(cè)量方法對(duì)安裝要求差異很大
      。例如上游直管段長(zhǎng)度
      ,差壓式和渦街式需要較長(zhǎng),而容積式浮子式無(wú)要求或要求很低

             1.管道布置和儀表安裝方向
             有些儀表水平安裝或垂直安裝在測(cè)量性能會(huì)有差別。儀表安裝有時(shí)還取決于流體物性
      ,如漿液在水平位置可能沉淀固體顆粒。
             2.流動(dòng)方向
             有些流量?jī)x表只能單向工作
      ,反向流動(dòng)會(huì)損壞儀表
      。使用這類(lèi)儀表應(yīng)注意在誤操作條件下是否可能產(chǎn)生反向流,必要時(shí)裝逆止閥保護(hù)之
      。能雙向工作的儀表,正向和反向之間測(cè)量性能亦可能有些差異

             3.上游和下游管道工程
             大部分流量?jī)x表或多或少受進(jìn)口流動(dòng)狀況的影響,必須保證有良好流動(dòng)狀況
      。上游管道布置和阻流件會(huì)引入流動(dòng)擾動(dòng)
      ,例如二個(gè)(或二個(gè)以上)空間彎管引起漩渦,閥門(mén)等局部阻流件引起流速分布畸變
      。這些影響能夠以適當(dāng)長(zhǎng)度上游直管或安裝流動(dòng)調(diào)整器予以改善。
             除考慮緊接儀表前的管配件外
      ,還應(yīng)注意更往上游若干管道配件的組合
      ,因?yàn)樗鼈兛赡苁钱a(chǎn)生與最接近配件擾動(dòng)不同的擾動(dòng) 源。盡可能拉開(kāi)各擾動(dòng)產(chǎn)生件的距離以減少影響
      ,不要靠近連接在一起
      ,象常?div id="d48novz" class="flower left">
      ?吹絾螐澒芎缶o接部分開(kāi)啟的閥
      。儀表下游也要有一小段直管以減小影響。氣穴和凝結(jié)常是不良管道布置所引起的
      ,應(yīng)避免管道直徑上或方向上的急劇改變。管道布置不良還會(huì)產(chǎn)生脈動(dòng)

             4.管徑
             有些儀表的口徑范圍并不很寬,限制了儀表的選用
      。測(cè)量大管徑
      、低流速,或小管徑
      、高流速
      ,可選用與管徑尺寸不同口徑的儀表,并以異徑管連接
      ,使儀表運(yùn)行流速在規(guī)定范圍內(nèi)

             5.維護(hù)空間
             維護(hù)空間的重要性常被忽視。一般來(lái)說(shuō)
      ,人們應(yīng)能進(jìn)入到儀表周?chē)?div id="jfovm50" class="index-wrap">,易于維修和能有調(diào)換整機(jī)的位置。
             6.管道振動(dòng)
             有些儀表(如壓電檢測(cè)信號(hào)的渦街式
      、科里奧利質(zhì)量式)易受振動(dòng)干擾
      ,應(yīng)考慮儀表前后管道作支撐等設(shè)計(jì)。脈動(dòng)緩沖器雖可清除或減小泵或壓縮機(jī)的影響
      ,然而所有儀表還是盡可能遠(yuǎn)離振動(dòng)或振動(dòng)源為好

             7.閥門(mén)位置
             控制閥應(yīng)裝在流量?jī)x表下游
      ,避免其所產(chǎn)生氣穴和流速分布畸變影響
      ,裝在下游還可增加背壓,減少產(chǎn)生氣穴的可能性

             8.電氣連接和電磁干擾
             電氣連接應(yīng)有抗雜散電平干擾的能力
      。制造廠一般提供連接電纜或提出型號(hào)和建議連接方法。信號(hào)電纜應(yīng)盡可能遠(yuǎn)離電力電纜和電力源
      ,將電磁干擾和射頻干擾降至最低水平。
             9.防護(hù)性配件
             有些流量?jī)x表需要安裝保證儀表正常運(yùn)行的防護(hù)設(shè)施
      。例如:跟蹤加熱以防止管線內(nèi)液體凝結(jié)或測(cè)氣體時(shí)出現(xiàn)冷凝;液體管道出現(xiàn)非滿管流的檢測(cè)報(bào)警
      ;容積式和渦輪式儀表在其上游裝過(guò)濾器,等等

             10.脈動(dòng)流和非定常流
             常見(jiàn)產(chǎn)生脈動(dòng)的源有定排量泵
      、往復(fù)式壓縮機(jī)
      、振蕩著的閥或調(diào)節(jié)器等
      。大部分流量?jī)x表來(lái)不及跟隨記錄脈動(dòng)流動(dòng),帶來(lái)測(cè)量誤差
      ,應(yīng)盡量避開(kāi)
      。使用時(shí)應(yīng)重視并分別處置檢測(cè)儀表和顯示儀表
      ,檢測(cè)儀表方面在管線中裝充氣式緩沖器(用于液體)或阻流器(用于氣體)。
            
      、環(huán)境條件方面的考慮
             1.環(huán)境溫度
             環(huán)境溫度超過(guò)規(guī)定要影響儀表電子元件而改變測(cè)量性能
      ,因此某些現(xiàn)場(chǎng)儀表需要有環(huán)境受控的外罩
      ;如果環(huán)境溫度變化要影響流動(dòng)特性
      ,管道需包上絕熱層。此外在環(huán)境或介質(zhì)溫度急劇變化的場(chǎng)合
      ,要充分估計(jì)儀表結(jié)構(gòu)材料或連接管道布置所受的影響。
             2.環(huán)境濕度
             高濕度會(huì)加速儀表的大氣腐蝕和電解腐蝕
      ,降低電氣絕緣
      ;低濕度容易感生靜電。
             3.安全性
             應(yīng)用于爆炸性危險(xiǎn)環(huán)境
      ,按照氣氛適應(yīng)性
      、爆炸性混合物分級(jí)分組
      、防護(hù)電氣設(shè)備類(lèi)型以及其他安全規(guī)則或標(biāo)準(zhǔn)選擇儀表。若有化學(xué)侵蝕性氣體
      ,儀表外殼應(yīng)具有防腐性和氣密性
      。某些流程工業(yè)要定期水沖洗整個(gè)裝置,因此要求儀表外殼防水
      ,需用塵密防噴水級(jí)IP65
      ,甚至塵密防強(qiáng) 噴水級(jí)IP66或塵密防侵水級(jí)IP67。
             4.電磁干擾環(huán)境
             應(yīng)注意電磁干擾環(huán)境以及各種干擾源
      ,如:大功率電機(jī)
      、開(kāi)關(guān)裝置、繼電器
      、電焊機(jī)、廣播和電視發(fā)射機(jī)等

             五
      、經(jīng)濟(jì)方面的考慮
             經(jīng)濟(jì)方面只考慮儀表購(gòu)置費(fèi)是不全面的,還應(yīng)調(diào)查其它費(fèi)用
      ,如附件購(gòu)置費(fèi)、安裝費(fèi)
      、維護(hù)和流量校準(zhǔn)費(fèi)
      、運(yùn)行費(fèi)和備件費(fèi)等。此外
      ,應(yīng)用于商貿(mào)核算和儲(chǔ)存交接還應(yīng)評(píng)估測(cè)量誤差造成經(jīng)濟(jì)上的損失。
             1.安裝費(fèi)用
             安裝費(fèi)應(yīng)包括作定期維護(hù)所需旁路管和運(yùn)行截止閥等輔助件的費(fèi)用

             2.運(yùn)行費(fèi)用
             流量?jī)x表運(yùn)行費(fèi)用主要是工作時(shí)能量消耗
      ,包括電動(dòng)儀表電力消耗或氣動(dòng)儀表的氣源耗能(現(xiàn)代儀表的功率極小
      ,僅有幾w到幾十w)
      ;以及測(cè)量過(guò)程中推動(dòng)流體通過(guò)儀表所消耗的能量,亦即克服儀表因測(cè)量產(chǎn)生壓力損失的泵送能耗費(fèi)
      。泵送費(fèi)用是一個(gè)隱蔽性費(fèi)用,往往被忽視

             3.校準(zhǔn)費(fèi)用
             定期校準(zhǔn)費(fèi)用取決于校準(zhǔn)頻度和所校準(zhǔn)儀表精度的要求
      。為了經(jīng)常在線校準(zhǔn)石油制品儲(chǔ)存交接貿(mào)易結(jié)算用儀表,常在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)體積管式流量標(biāo)準(zhǔn)裝置

             4.維護(hù)費(fèi)用
             維護(hù)費(fèi)用是儀表投入運(yùn)行后保持測(cè)量系統(tǒng)正常工作所需費(fèi)用
      ,主要包括維護(hù)勞務(wù)和備用件費(fèi)用。

                                                                                         本文章內(nèi)容來(lái)源于中國(guó)儀表網(wǎng)