如何选择流量计(一)

2020-05-06 10:45:42 凯崎 250

凯崎科技(大连)有限公司成立于2016年中韩合资企业。从事自动化设备、仪器仪表、传感器的技术研发、生产、加工、销售、安装、维修及其软件开发。公司拥有雄厚的技术力量、先进的生产设备、完善的检测仪器及配套设施。经过多年的发展和科学管理,公司各系列产品性能已达到国际先进水平。与国内外很多企业都有长期的互动合作。主营业务包括:流量仪表:电磁流量计(热量计)、超声波流量计(热量计)、超声波水表、涡轮流量计、涡街流量计孔板流量计、科里奥利流量计、热式质量流量计、金属管流量计、转子流量计、旋进漩涡流量计、明渠流量计等。压力仪表:压力变送器、差压变送器、压力表、压力开关料位仪表:超声波液位计、雷达物(液)位计、磁翻板液位计、投入式静压液位计、单/双法兰液位计、浮球液位计/开关、电极液位开关、音叉开关、磁致伸缩液位计、射频导纳液位计/开关等温度仪表:热电阻、热电偶、温度变送器/开关等分析仪表:PH/ORP计、浊度计、电导率、污泥浓度计、污泥洁面仪等工程项目:PLC/DCS等相关自动化工程项目便携式检测仪包括:测厚仪、测振仪、温湿度计、酸碱度控制器、探伤仪、等。广泛应用于石油,化工,机械,电力,冶金,市政,水利,农业灌溉,环保,供暖,供热,锅炉,换热站,军工,水泵等行业。

要正确选择适合的流量仪表并不容易,不仅要熟悉流量仪表和生产过程流体特性这两方面的技术,还要考虑经济因素,归纳起来有五个方面因素,即性能要求,流体特性、安装要求、环境条件和费用。


一、性能要求和仪表规范方向的考虑

选择仪表在性能要求上考虑的内容有:瞬时流量还是总量(累计流量)、精确度、重复性、线性度、流量范围和范围度、压力损失、输出信号特性和响应时间等。不同测量对象有各自测量目的,在仪表性能方面有其不同侧重点。


1.测量流量还是总量

使用对象测量的目的有两类,即测量流量和计量总量。管道连续配比生产或过程控制使用场所主要测量瞬时流量;灌装容器批量生产以及商贸核算、储运分配等使用场所大部分只要取得总量或辅以流量。两种不同功能要求,再选择测量方法上就有不同侧重点。

有些仪表如容积式流量计、涡轮流量计等,测量原理上就以机械技术或脉冲频率输出,直接得到总量,因此具有较高精确度,适用于计量总量。

电磁流量计、超声流量计、节流式流量计等仪表原理上是以测量流体流速推导出流量,响应快,适用于过程控制,但装有积算功能环节后也可获得总量。

涡街流量计具有上者优点,但其抗震、抗干扰性能差,不适用于过程控制而适用于计量总量。


2.精确度

整体的测量精确度要求多少?在某一特定流量下使用,还是在某一流量范围内使用?在什么测量范围内保持上述精确度?所选仪表的精确度能保持多久?是否易于重新校验?是否要(或能)现场在线核对仪表精确度?这些问题必须细致地考虑。

如不是单纯计量总量,而是应用在流量控制系统中,则检测仪表精确度的确定要在整个系统控制精确度要求下进行,因为整个系统不仅有流量检测的误差,还包含有信号传输、控制调节、操作执行等环节的误差和各种影响因素,如操作执行环节往往有2%左右的回差,对测量仪表确定过高的精确度(比如说0.5级)是不合理和不经济的。就流量仪表本身而言,检测元件(或传感器)和转换/显示仪表之间只精确度亦应适当确定,如未经实流标定均速管、楔形管、弯管等差压装置误差在1%~5%之间,选用高精度差压计与之相配也就没有意义了。


3.重复性

重复性在过程控制应用中是重要的指标,由仪器本身原理与制造质量所决定,而精确度除取决于重复性外,尚与量值标定系统有关。严格地说重复性是指环境条件、介质参量等不变情况下,对某一流量值段时间内同方向进行多次测量的一致性。然而实际应用中,仪表优良的重复性被许多因素包括流体粘度、密度等变化所干扰,然而这些变化因素还未到需要作专门检测修正的地步,这些影响往往被误认为仪表重复性不好。例如浮子流量计受流体密度影响,小口径仪表还受粘度影响;涡轮流量计用于高粘度范围时的粘度影响;有些未作修正处理的超声流量计流体温度对声速影响等。若仪表输出特性是非线性的,则这种影响更为突出。


4.线性度

流量仪表输出主要有线性和平方根非线性两种。大部分流量仪表的非线性误差不列出单独指标,而包含在基本误差内。然而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,使有可能在流量范围内用同一个仪表常数,线性度差就要降低仪表精确度。随着微处理器技术的发展,采用信号适配技术修正仪表系统非线性,从而提高仪表精确度和扩展流量范围。


5.上限流量

上限流量也称满度流量。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限流量和下限流量来选配,而不是简单地按管道通径配用。虽然通常设计管道流体最大流速是按经济流速来确定的。因为流速选择过低,管径粗投资大;过高则输送功率大,增加运行费用。

然而同一口径不同类型的仪表上限流量(也可以说上限流速)受各自工作原理和结构的约束,差别很大。以液体为例,上限流量的流速以玻璃管浮子流量计最低,在0.5-1.5m/s之间,容积式流量计在1.5-2.5m/s之间,涡街流量计较高在5.5-7m/s之间,电磁流量计则在1-7m/s(甚至0.5-10m/s)之间。


6.范围度

范围度为上限流量和下限流量的比值,其值愈大流量范围愈宽。线性仪表有较大范围度,一般为10:1;非线性仪表则较小,通常仅3:1,能满足一般过程控制用流量测量和商贸核算总量计量。但有些商贸核算用仪表要求较宽的范围度,例如公用事业水量出荷计量的昼夜和冬夏季节差很大,就要求很宽的范围度。若选用文丘利管差压式仪表就显得不能适应。然而差压式仪表范围度拓宽近年有一些突破,主要在差压变送器及微机技术应用方面采取措施,亦可达10:1。某些型号的电磁流量计用户可自行调整流量上限值,上限可调比(最大上限值和最小上限值之比)可达10:1,再乘上所设定上限值20:1的范围度,一台仪表扩展意义的范围度(即考虑上限可调比)可达(50-200):1,还有些型号仪表具有自动切换上限流量值功能。


7.压力损失

除无阻碍流量传感器(电磁式、超声式等)外,大部分流量传感器或要改变流动方向,或在流通通道中设置静止的或活动的检测元件,从而产生随流量而变的不能恢复的压力损失,其值有时高达数十kPa。首先应按管道系统泵送能力和仪表进口压力等条件,确定最大流量时容许的压力损失,据此选定仪表。因选择不当而产生过大的压力损失往往影响流程效率。管径大于500mm输水用仪表,应考虑压损所造成能量损耗勿使过大而增加泵送费用。


8.输出信号特性

输出信号往往左右仪表的选择。流量仪表的信号输出和显示归纳为:①流量(体积流量或质量流量);②总量;②平均流速;④点流速。

有些仪表输出电流(或电压)模拟量,另一些输出脉冲量。模拟量输出一般认为适合于过程控制,易于和调节阀等控制回路单元接配;脉冲量输出适用于总量和高精度测量流量。长距离信号传输脉冲量输出比模拟量输出有较高传送准确度。输出信号的方式和幅值还应有与其它设备相适应的能力,如控制接口、数据记录器、报警装置、断路保护回路和数据传送系统等。


9.响应时间

应用于脉动流动场所应注意仪表对流动阶跃变化的响应。有些使用场所要求仪表输出跟随流动变化,而另一些为获得综合平均只要求有较慢响应的输出。瞬态响应常以时间常数或响应频率表示,其值前者从几毫秒到几秒,后者在数百赫兹以下,配用显示仪表可能相当大地延长响应时间。仪表的流量上升和下降动态响应不对称会急剧增加测量误差。


10.可维护性

当实际工况与设计选型差距巨大或仪表发生故障时,有没有手段就地维修和修正应该得到重视,因为流量仪表一旦安装再拆下维护会很麻烦而且需要时间。在这方面表现最好的是差压式测量方法,因为其与流体接触元件为免维护不动件,测量用电气元件为可拆可调的通用差压变送器。所以差压式测量方式的正常运转率最高,据统计在全球差压节流式测量方式占所有测量方式的45%以上。


二、流体特性方面的考虑


1.流体温度和压力

必须界定流体的工作温度和压力,特别在测量气体时温度压力造成过大的密度变化,可能要改变所选择的测量方法。如温度或压力变化造成较大流动特性变化而影响测量性能时,要作温度和(或)压力修正。


2.密度

大部分液体应用场合,液体密度相对稳定,除非密度发生较大变化,一般不需要修正。

在气体应用场合,某些仪表的范围度和线性度取决于密度。低密度气体对某些测量方法,例如利用气体动量推动检测元件(如涡轮)工作的仪表呈现困难。


3.粘度和润滑性

有些仪表性能随着雷诺数而变,而雷诺数又与粘度有关。在评估仪表适应性时,要掌握液体的温度-粘度特性。气体与液体不同,其粘度不会因温度和压力变化而显著地变化,其值一般较低,除氢气外各种气体粘度差别较小。因此确切的气体粘度并不像液体那样重要。

粘度对不同类型流量仪表范围度影响趋势各异,例如对大部分容积式仪表粘度增加范围度增大,涡轮式和涡街式则相反,粘度增加范围度缩小。

润滑性是不易评价的物性。润滑性对有活动测量元件的仪表非常重要,润滑性差会缩短轴承寿命,轴承工况又影响仪表运行性能和范围度。


4.化学腐蚀和结垢

流体的化学性有时成为选择测量方法和仪表的决定因素。流体腐蚀仪表接触件,表面结垢或析出结晶,均将降低使用性能和寿命。仪表制造厂为此常提供变型产品,例如开发防腐型、加保温套防止析出结晶,装置除垢器等防范措施。


5.压缩系数和其它参量

测量气体需要知道压缩系数,按工况下压力温度求取密度。若气体成分变动或工作接近超临界区,则只能在线测量密度。

某些测量方法要考虑流体特性参量,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。


6.多相和多组分流

测量多相和多组分流动应十分谨慎对待。经验表明,单相通用流量仪表用于多组分或多相流体,测量性能会改变(或大幅度改变)。

单工质流体有时也会呈现双相,例如湿蒸汽中水微粒随着蒸汽流动,环境温度或介质压力偏离原定状态,仪表就可能不适应。

测量两种或两种以上不相溶液体汇流混合液流量时,应注意存在流速不均匀,使流动成为分层或块状流等带来的问题。

测量液固双相流时要了解固相含量、粒子大小和固体性质以及流动状况(悬浮流、管底流、动床流还是淤积流?)

测量气液双相流时尽可能采用分离后分相测量,以保证获得最小测量不确定度,然而对有些场合这种方法不切实可行或不符合要求。

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