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電磁流量計

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化工裝置常用的流量計原理與選型分析

來源:作者:發表時間:2017-07-12 09:28:41

摘要:本文對化工裝置常用的流量計的原理與選型進行分析,主要介紹了電磁式、渦輪式、差壓式等多種流量計的原理、選型以及特點,以期能為化工企業日常生產提供借鑒與參考。
 
         正確計量流量為生產和能源考核提供基礎保障,能夠有效提高生產效率,為安全生產提供保障,杜絕能源浪費。根據流量、流態、安裝要求、環境因素及經濟條件等多方面因素選用合適的流量計是化工生產中面對的重要難題。
1 電磁流量計
1.1 原理
         根據法拉第電磁感應原理,電磁流量計應運而生,其主要作用是測量導電液體體積流量。主要原理是:導電體在磁場作切割磁力線運動時,導體所產生的感應電壓電動勢與導體在磁場中做垂直磁場運動的速度成正比,依據管徑、介質的不同,計算出流量。由于電磁流量計不存在節流部件,使其壓力損失減小,在測量流體流量時不會受到流體的溫度、壓力、粘度、密度以及組分的影響,主要應用于測量含有懸浮物固體粒子的污水和煤漿,在測量腐蝕性介質時具有更好的效果。
1.2 選型分析
         電磁流量計所測液體一般具有電導率,且要求電導率在分布上大體均勻,無法測量石油和有機溶劑這類電導率很低的液體。電磁流量計無法測量氣體、蒸汽以及含氣泡較多的液體,液體是否充滿管道直接決定了電磁流量計的精確程度。當液體溫度或腐蝕性介質不同時,電磁流量計自身的內襯材料和電極材料也應該隨之改變。盡管红龙德州app下载電磁流量計可以安裝在任意管道,但必須保證測量電極軸線水平,與管道中心線相互垂直。同時,電磁流量計應該安裝在隨時都充滿液體的管道上,避免產生顯示儀表指針不歸零的現象。電磁流量計的信號相對來說比較微弱,容易受外界干擾,應該安裝在原理磁場、無振動的管道,以確保電磁流量計的精確度。
 
2 渦輪式流量計
2.1 原理
         渦輪流量計具有測量準確、反應迅速、測量范圍廣、價格實惠、安裝便捷等優勢,作為一種速度式流量儀表廣泛適用于日常化工生產中。其主要組成元件包括顯示儀表、軸承、前置放大器、渦輪。工作原理為:當流體沿管道作軸線運動時,會對渦輪葉片產生沖擊,形成作用力推動渦輪旋轉,其大小與流量、流速、密度、乘積呈正比。
 
         在渦輪旋轉過程中,葉片會對電磁鐵產生的磁力線進行周期性切割,從而影響線圈的磁通量。通過電磁感應原理可知,在線圈內可感應到脈動電勢信號,且脈動電勢信號頻率受被測流體流量影響,流量越大,信號頻率越強。渦輪流量計所輸出的脈沖信號一般情況下前置于放大器放大后,將信號送入顯示儀表后得到具體數值,由此便實現了對流體流量的測量。
 
2.2 選型分析
        流量計本體宜選用316型不銹鋼材料,保證防腐性能,同時防止被測介質飛濺,腐蝕渦輪流量計,尤其是軸承部位,若發生濺蝕,則要采取應對措施,一般化工場所
優先選擇碳石墨、聚四氟乙烯為材料的軸承。渦輪流量計安裝工作前需要對管道進行清理,當被測介質潔凈度無法保證時,要加裝過濾器,防止軸承、渦輪被異物卡住,影響測量的準確性。安裝變送器要保持水平,禁止垂直安裝,在變送器前后要留置適應的直管段,通常情況下前10D,后5D。選用渦輪流量計時率先考慮精確度,但要注意流量計精確度越高,對現場測量條件的要求就越苛刻,
 
        因此在安裝過程中要保持前后管道法蘭的水平度,避免管道應力影響流量計的精確性。傳感器安裝位置要選在無熱輻射和強電磁干擾的地方,以避免管道振動,同時還可方便工作人員維修作業。
 
3 差壓式流量計
3.1 原理
        差壓式流量計通過檢測管道流量產生的差壓對流量進行測量,在流量計發展早期得到廣泛應用。差壓流量計主要分為三個部分:
        1)節流裝置,將被測液體轉變成差壓信號;
        2)信號管路,傳輸差壓信號;
        3)差壓變送器和顯示儀表,測量差壓值。
        差壓式流量計主要是通過檢測件型式進行分類,主要包括孔板流量計、均速管流量計、文丘里管流量計等。假設不可壓縮理想流體,流速為U,密度為ρ,靜壓為P,流體充滿管道流動能量方程為:
        常數公式
        對于壓縮性理想流體,當壓力發生變化時,流體溫度隨之發生改變,假設流動過程是等熵過程,那么:
        常數公式2
        經過推導后,壓縮流體能量關系為:
        推導后的常數公式
        假設節流件上游入口前流速為μ1、密度為ρ1,靜壓為P1,流經節流件流速為μ2、密度為ρ2、靜壓為P2,根據估努利方程,不可壓縮性理想流體能量關系為:
         公式直接的關系式
         流體連續方程為:
          流體連續方程式
         不可壓縮流體節能件前后流體密度不變,假設管道直徑為D,節流件開孔直徑為d,可得流體平均流速為μ2為:
         平均流速公式
         根據質量流量定義,可得:
         質量流量公式
         綜上所述,可得:質量流量和體積流量公式
 
3.2選型分析
         差壓式流量計壓損較大,測量范圍較窄,重復性為3:1或4:1,在流量計中精確度處于中等水平。測量液體流量時,差壓式流量計一般安裝在節流裝置下方,以防止氣體進人液體及析出液體中沉淀物,在測量水蒸氣時要確保兩引壓管冷凝柱高度相等,以防止流量計與高溫蒸汽直接接觸。差壓式流量計導管材質根據具體介質確定,其內徑要在6mm以上,長度不超過16mm。在嚴寒地區使用差壓式流量計,需要對流量計采取防凍保護措施,同時還要防熱,避免導管內流體氣化產生差壓。
 
4 轉子流量計
4.1 原理
         轉子流量計是變面積式流量計的一種,精確度相對較低。主要原理是由于浮子在垂直錐形管中隨流量變化而升降,通過改變流通面積對流體體積進行測量。主要分為红龙德州app下载金屬和玻璃兩種轉子流量計,廣泛應用于對精確度要求不高的化工行業。
 
4.2 選型分析
         轉子流量計主要測量單相液體或氣體,以玻璃轉子流量計最為常見。一般情況下,玻璃轉子流量計自帶透明防護罩,以便應對玻璃錐管破裂的緊急情況。在測量氣體時應選用帶棱筋導向或導桿儀表,避免浮子在操作不慎的情況下擊碎錐管。轉子流量計在安裝時必須保證與管道垂直,且要求管道無振動。流體流經儀表時中心線與鉛垂線夾角在5°以內。保持對流量計浮標和錐管的清潔,定時進行沖洗。
 
5 熱式質量流量計
5.1 原理
         熱式質量流量計主要是通過傳熱原理,通過流體與熱源間的熱量交換關系進行測量,主要對氣體進行測量。红龙德州app下载熱式質量流量計分為利用流體傳遞熱量改變測量管溫度分布的熱傳導分布效應和利用冷卻效應的金氏定律兩種形式。
 
5.2 選型分析
熱式質量流量計精確度在流量計中處于中等水平,適用于低流速測量,響應時間比較長。在測量氣體時,流體溫度變化在一定范圍內不會對流體流量造成影響。熱式質量流量計具有測量氣體和測量液體兩種型號,兩者之間不能相互混淆。在安裝過程中流量計不受安裝姿勢影響。
 
6 科里奧利質量流量計
6.1 原理
         科里奧利質量流量計是一種直接而精密地測量流體質量流量的儀表,主體采用兩根并排的U形管,讓兩根管的回彎部分相向微微振動起來,則兩側的直管會跟著振動。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,則管子將使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上會出現差異(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,則就能確定質量流量的大小。
 
6.2 選型分析
         該流量計測量值不受流體物性、管道內流場的影響,無上下游直管段長度要求。其測量管振幅微小,可視為無活動件,又無阻礙件,可測量各種非牛頓流體及粘滯的和含微粒的漿液。但不可用于低密度氣體的測量,液體中含氣量較大也會影響測量值。為防止管道震動影響,需有牢固的支撐。缺點是目前產品只有中小口徑,大部分產品重量體積較大,價格昂貴,壓損與容積式相當,零點不穩定,在流量下限值測量時對測量準確度的影響很大。
 
7 結束語
         流量計要想發揮作用,需要建立在合適的測量介質和工作環境的前提下,盡管每種流量計所適用的范圍都不同,但都存在著或多或少的缺陷,在使用對應流量計時要對這些缺陷和問題引起重視。綜上所述,在化工裝置中正確選擇和使用流量計,必須結合流量計本身的特性和化工裝置的具體要求,同時還需要對經濟因素進行考慮,從性能要求、流體特性、安裝要求、環境條件和費用等五個方面進行考慮,以便于流量計的正確選擇和使用。