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电磁流量计

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化工装置常用的流量计原理与选型分析

来源:作者:发表时间:2017-07-12 09:28:41

摘要:本文对化工装置常用的流量计的原理与选型进行分析,主要介绍了电磁式、涡轮式、差压式等多种流量计的原理、选型以及特点,以期能为化工企业日常生产提供借鉴与参考。
 
         正确计量流量为生产和能源考核提供基础保障,能够有效提高生产效率,为安全生产提供保障,杜绝能源浪费。根据流量、流态、安装要求、环境因素及经济条件等多方面因素选用合适的流量计是化工生产中面对的重要难题。
1 电磁流量计
1.1 原理
         根据法拉第电磁感应原理,电磁流量计应运而生,其主要作用是测量导电液体体积流量。主要原理是:导电体在磁场作切割磁力线运动时,导体所产生的感应电压电动势与导体在磁场中做垂直磁场运动的速度成正比,依据管径、介质的不同,计算出流量。由于电磁流量计不存在节流部件,使其压力损失减小,在测量流体流量时不会受到流体的温度、压力、粘度、密度以及组分的影响,主要应用于测量含有悬浮物固体粒子的污水和煤浆,在测量腐蚀性介质时具有更好的效果。
1.2 选型分析
         电磁流量计所测液体一般具有电导率,且要求电导率在分布上大体均匀,无法测量石油和有机溶剂这类电导率很低的液体。电磁流量计无法测量气体、蒸汽以及含气泡较多的液体,液体是否充满管道直接决定了电磁流量计的精确程度。当液体温度或腐蚀性介质不同时,电磁流量计自身的内衬材料和电极材料也应该随之改变。尽管www.88125a.com电磁流量计可以安装在任意管道,但必须保证测量电极轴线水平,与管道中心线相互垂直。同时,电磁流量计应该安装在随时都充满液体的管道上,避免产生显示仪表指针不归零的现象。电磁流量计的信号相对来说比较微弱,容易受外界干扰,应该安装在原理磁场、无振动的管道,以确保电磁流量计的精确度。
 
2 涡轮式流量计
2.1 原理
         涡轮流量计具有测量准确、反应迅速、测量范围广、价格实惠、安装便捷等优势,作为一种速度式流量仪表广泛适用于日常化工生产中。其主要组成元件包括显示仪表、轴承、前置放大器、涡轮。工作原理为:当流体沿管道作轴线运动时,会对涡轮叶片产生冲击,形成作用力推动涡轮旋转,其大小与流量、流速、密度、乘积呈正比。
 
         在涡轮旋转过程中,叶片会对电磁铁产生的磁力线进行周期性切割,从而影响线圈的磁通量。通过电磁感应原理可知,在线圈内可感应到脉动电势信号,且脉动电势信号频率受被测流体流量影响,流量越大,信号频率越强。涡轮流量计所输出的脉冲信号一般情况下前置于放大器放大后,将信号送入显示仪表后得到具体数值,由此便实现了对流体流量的测量。
 
2.2 选型分析
        流量计本体宜选用316型不锈钢材料,保证防腐性能,同时防止被测介质飞溅,腐蚀涡轮流量计,尤其是轴承部位,若发生溅蚀,则要采取应对措施,一般化工场所
优先选择碳石墨、聚四氟乙烯为材料的轴承。涡轮流量计安装工作前需要对管道进行清理,当被测介质洁净度无法保证时,要加装过滤器,防止轴承、涡轮被异物卡住,影响测量的准确性。安装变送器要保持水平,禁止垂直安装,在变送器前后要留置适应的直管段,通常情况下前10D,后5D。选用涡轮流量计时率先考虑精确度,但要注意流量计精确度越高,对现场测量条件的要求就越苛刻,
 
        因此在安装过程中要保持前后管道法兰的水平度,避免管道应力影响流量计的精确性。传感器安装位置要选在无热辐射和强电磁干扰的地方,以避免管道振动,同时还可方便工作人员维修作业。
 
3 差压式流量计
3.1 原理
        差压式流量计通过检测管道流量产生的差压对流量进行测量,在流量计发展早期得到广泛应用。差压流量计主要分为三个部分:
        1)节流装置,将被测液体转变成差压信号;
        2)信号管路,传输差压信号;
        3)差压变送器和显示仪表,测量差压值。
        差压式流量计主要是通过检测件型式进行分类,主要包括孔板流量计、均速管流量计、文丘里管流量计等。假设不可压缩理想流体,流速为U,密度为ρ,静压为P,流体充满管道流动能量方程为:
        常数公式
        对于压缩性理想流体,当压力发生变化时,流体温度随之发生改变,假设流动过程是等熵过程,那么:
        常数公式2
        经过推导后,压缩流体能量关系为:
        推导后的常数公式
        假设节流件上游入口前流速为μ1、密度为ρ1,静压为P1,流经节流件流速为μ2、密度为ρ2、静压为P2,根据估努利方程,不可压缩性理想流体能量关系为:
         公式直接的关系式
         流体连续方程为:
          流体连续方程式
         不可压缩流体节能件前后流体密度不变,假设管道直径为D,节流件开孔直径为d,可得流体平均流速为μ2为:
         平均流速公式
         根据质量流量定义,可得:
         质量流量公式
         综上所述,可得:质量流量和体积流量公式
 
3.2选型分析
         差压式流量计压损较大,测量范围较窄,重复性为3:1或4:1,在流量计中精确度处于中等水平。测量液体流量时,差压式流量计一般安装在节流装置下方,以防止气体进人液体及析出液体中沉淀物,在测量水蒸气时要确保两引压管冷凝柱高度相等,以防止流量计与高温蒸汽直接接触。差压式流量计导管材质根据具体介质确定,其内径要在6mm以上,长度不超过16mm。在严寒地区使用差压式流量计,需要对流量计采取防冻保护措施,同时还要防热,避免导管内流体气化产生差压。
 
4 转子流量计
4.1 原理
         转子流量计是变面积式流量计的一种,精确度相对较低。主要原理是由于浮子在垂直锥形管中随流量变化而升降,通过改变流通面积对流体体积进行测量。主要分为www.88125a.com金属和玻璃两种转子流量计,广泛应用于对精确度要求不高的化工行业。
 
4.2 选型分析
         转子流量计主要测量单相液体或气体,以玻璃转子流量计最为常见。一般情况下,玻璃转子流量计自带透明防护罩,以便应对玻璃锥管破裂的紧急情况。在测量气体时应选用带棱筋导向或导杆仪表,避免浮子在操作不慎的情况下击碎锥管。转子流量计在安装时必须保证与管道垂直,且要求管道无振动。流体流经仪表时中心线与铅垂线夹角在5°以内。保持对流量计浮标和锥管的清洁,定时进行冲洗。
 
5 热式质量流量计
5.1 原理
         热式质量流量计主要是通过传热原理,通过流体与热源间的热量交换关系进行测量,主要对气体进行测量。www.88125a.com热式质量流量计分为利用流体传递热量改变测量管温度分布的热传导分布效应和利用冷却效应的金氏定律两种形式。
 
5.2 选型分析
热式质量流量计精确度在流量计中处于中等水平,适用于低流速测量,响应时间比较长。在测量气体时,流体温度变化在一定范围内不会对流体流量造成影响。热式质量流量计具有测量气体和测量液体两种型号,两者之间不能相互混淆。在安装过程中流量计不受安装姿势影响。
 
6 科里奥利质量流量计
6.1 原理
         科里奥利质量流量计是一种直接而精密地测量流体质量流量的仪表,主体采用两根并排的U形管,让两根管的回弯部分相向微微振动起来,则两侧的直管会跟着振动。如果在管子同步振动的同时,将流体导入管内,使之沿管内向前流动,则管子将使流体与之一起上下振动。流体为了反抗这种强迫振动,会给管子一个与其流动方向垂直的反作用力,在这种被叫做科里奥利效应力的作用下,管子的震动不同步了,入口段管与出口段管在振动的时间先后上会出现差异(差异是由于入口段和出口段流体流向是相反的),这叫做相位时间差。这种差异与流过管子的流体质量流量的大小成正比。如果通过电路能检测出这种时间差异的大小,则就能确定质量流量的大小。
 
6.2 选型分析
         该流量计测量值不受流体物性、管道内流场的影响,无上下游直管段长度要求。其测量管振幅微小,可视为无活动件,又无阻碍件,可测量各种非牛顿流体及粘滞的和含微粒的浆液。但不可用于低密度气体的测量,液体中含气量较大也会影响测量值。为防止管道震动影响,需有牢固的支撑。缺点是目前产品只有中小口径,大部分产品重量体积较大,价格昂贵,压损与容积式相当,零点不稳定,在流量下限值测量时对测量准确度的影响很大。
 
7 结束语
         流量计要想发挥作用,需要建立在合适的测量介质和工作环境的前提下,尽管每种流量计所适用的范围都不同,但都存在着或多或少的缺陷,在使用对应流量计时要对这些缺陷和问题引起重视。综上所述,在化工装置中正确选择和使用流量计,必须结合流量计本身的特性和化工装置的具体要求,同时还需要对经济因素进行考虑,从性能要求、流体特性、安装要求、环境条件和费用等五个方面进行考虑,以便于流量计的正确选择和使用。