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电磁流量计在热网高温水流量计量中的应用及发展趋势

来源:作者:发表时间:2017-09-04 09:43:52

 摘要:电磁流量计以其安装方便、测量精度高和使用寿命长等一般流量计所不具备的优点,在热网计量中拥有着不可替代的地位。因此电磁流量计对于热网高温水流量测量来说则是一种比较理想的计量仪表,可以在供热企业的热网测量中广泛推广。

 
1.引言
        城镇集中供热目前在我国北方大多数城镇已得到大规模的普及并以更加迅猛的势头发展着,在这些小则数十万,多则有数百万甚至上千万平方米供热面积的热网上,哪怕任何微小的技术进步都会产生巨大的经济效益和社会效益。热电厂的热力产品主要有蒸汽和热水。对蒸汽和热水的流量、热量如何计量和管理是维护供用热双方经济利益、减少贸易纠纷、维持社会和谐稳定的关键所在。
 
        本文以国电辽宁节能环保开发有限公司供热系统中流量测量为例,结合作者的工作、教学实践,介绍了电磁流量计的工作原理和在热网中的应用情况,并分析了电磁流量计的发展趋势,为热网计量工作提供了一些可以借鉴的东西。
 
2.电磁流量计
        流量计(Flowmeter)是指用以测量瞬时流量和累计流量的器具,统称为流量计。流量计是工业测量中重要的仪表之一。随着工业生产的发展,对流量测量的准确度和范围的要求越来越高,流量测量技术日新月异,为了适应各种用途,各种类型的流量计相继问世。目前已
投入使用的流量计已超过100种。电磁流量计就是其中一种测量导电介质体积流量的计量仪表,具有无节流阻流部件,不易堵塞,耐腐蚀性好,适用介质范围广,测量精度不受被测介质温度、粘度、密度、压力、比重等物理参数的影响,其示值在一定的导电率范围内与被标定的液体种类无关等特点。
 
2. 1 工作原理
        电磁流量计的测量原理是基于法拉第电磁感应定律:导电液体在磁场中切割磁力线运动时,导体中产生感应电势,如图1所示,其感应电势 E 为:
        E = KBVD
        式中:K—— — 仪表常数
        B—— — 磁感应强度
        V—— — 测量管道平面内的平均流速
        D—— — 测量管道截面的内径
电磁流量计原理图
        电磁流量计在结构上一般由电磁流量计传感器和电磁流量计信号转换器两部分组成。一般情况下传感器和转换器是分体的,传感器安装在生产过程工艺管道上,它的作用是将流经管内的液体流量值线性地变换成感应电势信号,并通过传输线将此信号送到转换器中去,主要由管组件、磁路系统、电极及干扰调整机构等部分组成。信号转换器的作用是将传感器送来的流量信号进行比较、放大、并转换成统一标准的输出信号,以实现对被测液体流量的远距离指示、记录、积算或调节控制。也有的电磁流量计将传感器和信号转换器装在一起组成一体型电磁流量计,可就地显示,并远传显示和控制。图2是分体式的传感器和转换器工作的原理图。
分体式的传感器和转换器工作的原理图
流量、流速、口径三者关系可查阅 曲线
2. 2 功能特点
电磁流量计主要有以下特点:
        ( 1 ) 传感器结构简单可靠,没有可动部分,也没有阻碍被测介质流动的节流部件,不会发生阻塞问题;
        ( 2 ) 由于没有节流部件,被测介质在传感器的测量管内流过时几乎没有压力损失,仅有可忽略不计的沿程阻力;
        ( 3 ) 电磁流量计量程范围极宽,而且可任意改变量程;其流量、流速、口径三者关系可查阅曲线(图3);
        ( 4 ) 电磁流量计无机械惯性,反应灵敏,可以测量瞬时脉动流量,而且线性好,可以将测量信号直接用转换器线性地转换成标准信号输出,并且低频三值波励磁不受工频及现场条件各种杂波干扰影响,工作稳定可靠;
        (5)传感器测量管道内只有内衬和电极与被测液体接触,只要合理选择电极和内衬材料,即可耐腐蚀和耐磨损;
        (6) 安装、使用维护方便,使用寿命较长。一般的电磁流量计要求的直管段为前5D,后3D,智能文丘利电磁流量计只需要前3D,后1D,就能确保计量准确度。
 
3. 热网应用
        国电辽宁节能环保开发有限公司是热电联产企业,作为城市现代化建设的基础设施,用集中供热形式替代分散供热形式,在节约能源和改善环境污染等方面显示出巨大的优越性,为城市建设和人民生活水平的提高做出了贡献。公司目前负责39家企业高温水热用户和95家高温水换热站冬季供暖工作,这些热用户和换热站基本都采用电磁流量计用来计量高温水流量。
 
        首先从供热企业本身来说,供热管网在运行中普遍存在水力失调(即供热管网不能按照管段所需的流量进行分配 ) 的问题。水力失调会造成供热系统的效率降低和供热质量的恶化,使得供热系统能耗和运行费用大幅度增加。要想进行水力平衡的调节,管网中的流量参数是必不可少的重要参考数据。安装在供水管线上的流量计可以很直观的反映出管线中的瞬时水流量和累计水流量。根据流量计显示的测量值来调节热网系统水力平衡,从而达到提高供热效率的效果,并且可以得到可靠的流量测量参数进行调整负荷,进一步根据用户端的流量测量值的变化来调整高温水网管线的供热量来满足热用户需求。可见,电磁流量计在供热生产中的应用是很重要的,具体体现在以下几个方面:
 
        (1)电磁流量计广泛应用于一些较大型的居民换热站内,作为高温水流量计的测量仪表,因为其居民供暖水网覆盖面积很大,并且水网管道容易上锈,里面的杂质很多,如果采用差压式流量计,很容易造成节流装置的堵塞,从而导致计量不准确,而电磁流量计传感器结构简单可靠,没有可动部分,也没有阻碍被测介质流动的节流部件,不会发生阻塞问题。由于电磁流量计的传感器测量管道内只有内衬和电极与被测液体接触,因此我们为换热站选用的内衬材质为聚四伏乙烯,电极材料为含钼不锈钢,更加保证了内衬和电极的耐腐蚀和耐磨损性,可以有较长的使用寿命,节省设备维护经费。
        ( 2 ) 在一些小型换热站,由于换热站内空间小、直管段较短,安装空间不大。一般的流量计要求的直管段较长,在换热站内无法满足其直管段要求,不能保证计量的准确性。但是电磁流量计一般要求的直管段为前5D,后3D,而智能文丘利电磁流量计只需要前3D,后1D,就能确保计量准确度。所以其以安装、使用维护方便的特点得以广泛使用。
        ( 3 ) 自供热行业改革后,我国逐步实行供热分户计量、按用热量计量收费制度。分户计量用热就要安装热量计量仪表。要想计量管线中热水的热量,对管线中热水的流量测量是必不可少的参考数值。所以电磁流量计还应用于企业高温水热用户的高温水进户的供回水双侧,作为流量计量仪表,并配 PT1000的热电阻,共同将信号入热量计量仪,并按照热量计量仪显示的热量值对用户进行收费。由于电磁流量计没有节流部件,被测介质在传感器的测量管内流过时几乎没有压力损失,仅有可忽略不计的沿程阻力;这样就减少了管道里面的压力损失,避免了计量误差的产生。并且因为在供回水两端都安装了电磁流量计,所以可以测量出其供回水的差值,对高温水的失水量加以计量,避免了高温水的丢失,保证了对企业热用户的贸易计量的准确性。
 
        ( 4 ) 由于各个用户的工作环境不同,其周围环境对流量计产生的干扰也是影响热量计量准确性的重要因素。一般的差压式流量计其流体流量经节流件及差压变送器两次信号能量形式的转换,输出统一的电流信号给热量积算仪,而电流信号容易受到工频及现场条件各种杂波的干扰影响,导致计量不准确,而电磁流量计无机械惯性,反应灵敏,可以测量瞬时脉动流量,而且线性好,可以将测量信号直接用转换器线性地转换成标准信号输出,低频三值波励磁不受工频及现场条件各种杂波干扰影响,工作稳定可靠,并且为了避免外界强磁场的干扰,还可以加强对仪表的接地措施,使仪表可靠的接地工作,提高测量准确度,不受外界寄生电势的干扰,其传感器应有良好的单独接地。如图4所示。从而进一步的保证热量计量的准确性,减少贸易纠纷,避免给公司造成损失。
 
4. 发展趋势
尽管电磁流量计具有上述许多优异的性能,但是在使用上也有一定的限制。它的不足之处有:
        ( 1 ) 电磁流量计不能测量气体、蒸汽以及含大量气泡的液体;
        (2)电磁流量计目前还不能测导电率很低的液体,如石油制品和有机溶剂等;
        ( 3 ) 电磁流量计要求避免外界强磁场的干扰,并对仪表接地措施有一定的要求,如果处理不当,就会影响仪表的正常运行。但是流量是计量的重要数据,所以它的测量关系企业的效益、产品的质量,各国都很重视流量仪表的研制开发,电磁流量计则是目前较为成熟又发展较快的流量仪表。        从1953 年第一台工业用电磁流量计投入市场以来,在应用中不断发现问题,解决问题,不断采用新技术,不断改进,如今电磁流量计得到了长足的发展。从国际上看和从使用方法上来看,不仅有测量满管的电磁流量计,而且已出现测量非满管的电磁流量计,还出现了二线制电磁流量计、电池供电式电磁流量计以及测量低电导率的电磁流量计。
 
4. 1 非满管电磁流量计
        传统电磁流量计只能测量满管液体流量,非满管电磁流量计应用于具有自由表面自然流的下水排放领域,并提高该领域的测量精确度。将传统非满管流或明渠流流量误差从 ± ( 3 - 5 )%FS 降低到 ± (1 - 2)% FS。
4. 2 测量更低电导率的液体
        现在可测量比传统电磁流量计电导率阈值低2 - 3个数量级的液体,如以前不能测量的甘油、乙二醇等。除此之外,本类仪表几乎不存在浆液噪声和流动噪声,也不会产生电极表面效应形成的噪声。衬里内表面覆盖油脂等非导电层或结薄绝缘垢层也不会影响测量。
4. 3 低功耗和二线制电磁流量计有较快发展
        二线制不需另外外接激磁回路,仅用4mADC电流提供仪表所需功率,通常仅数十毫瓦。低功耗电磁流量计使有可能采用干电池或太阳电池,更方便地将电磁流量计装用于无市电供电的场所。
 
4. 4 二维(方向)电磁流速计和多测量点大爆奖线上娱乐电磁流量计
        置于船体外部的船舶电磁航速仪是大爆奖线上娱乐电磁流量计的雏形。后来大爆奖线上娱乐电磁流量计在大中型管道中却有较大发展,也有用于明渠,称作电磁流速计( electromagnetic current meter )。但在河道流或水利试验模型不仅要测量流速还要知道流速方向。二维电磁流速记又称向量流速计,使电磁流量仪表族可以进入水文试验应用领域。此外大爆奖线上娱乐电磁流量计还参照匀速管的设计思路,在插入杆上置多套电磁流速测量单元,提高测量精度,使大爆奖线上娱乐电磁流量计在大管经应用处于有利地位。
 
5. 结束语
        企业用户的供热计量体系,需要准确的流量计;热网系统水力平衡和热力平衡的精细化调控,也同样需要准确的流量计。所以流量计在高温水热网的调控、计量等方面有着重要的作用。电磁流量计以其安装方便、测量精度高和使用寿命长等一般流量计所不具备的优点,在热网计量中拥有着不可替代的地位。因此电磁流量计对于热网高温水流量测量来说则是一种比较理想的计量仪表,可以在供热企业的热网测量中广泛推广。