1.概述
在工業(yè)測量中流量測量是一個很重要的參數(shù),它不僅作為過程控制儀表,更重要的是它要作為計(jì)量儀表,為企業(yè)的成本核算和市場運(yùn)營提供可靠的數(shù)據(jù)。而流量測量又是工業(yè)測量的難點(diǎn)。在實(shí)際應(yīng)用中,由于工藝條件和測量介質(zhì)的千差萬別,根據(jù)設(shè)計(jì)所選儀表往往不能滿足實(shí)際要求。筆者在生產(chǎn)一線從事自控儀表工作多年,對流量測量的一些經(jīng)驗(yàn)總結(jié)如下。某廠的煤氣是發(fā)生爐煤氣,它的特點(diǎn)是:煤焦油和水分含量相對比較高,對儀表的長周期運(yùn)行提出了很高要求。原設(shè)計(jì)煤氣測量用阿牛巴和渦輪流量計(jì),在實(shí)際應(yīng)用中可以滿足過程控制的需要。但由于生產(chǎn)運(yùn)行的長周期需要,作為計(jì)量儀表不能滿足要求,主要原因是儀表的選型與實(shí)際測量介質(zhì)不符,經(jīng)過多年的探索,選用了超聲波流量計(jì)作為計(jì)量儀表,通過一段時(shí)間的考核,完全能滿足計(jì)量的需要,解決了生產(chǎn)中的實(shí)際問題,現(xiàn)將三種流量測量方法介紹如下。
2.測量方法比較
阿牛巴流量計(jì)屬于差壓流量計(jì),是按力平衡原理工作的。通過測量取樣管正對流體流向的前后差壓來反應(yīng)流體流量。
阿牛巴流量計(jì)主要參與控制回路的調(diào)節(jié),小流量時(shí)比較靈敏,正常流量時(shí)儀表也很穩(wěn)定,基本滿足控制回路的要求。原設(shè)計(jì)阿牛巴流量計(jì)又作為計(jì)量儀表計(jì)量煤氣,由于煤氣的特點(diǎn)是煤焦油和水分含量高,流量計(jì)運(yùn)行時(shí)間較長時(shí)取壓孔容易堵,使測量數(shù)據(jù)不準(zhǔn),而生產(chǎn)又不允許頻繁清理流量計(jì)。這樣就造成煤氣計(jì)量長期不準(zhǔn)確。
渦輪流量計(jì)屬于測量流速的流量儀表,它是基于動量矩守恒原理,流體推動渦輪旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的脈沖信號與流體流速成正比。因而通過測量脈沖頻率,就可知道流體的流速,測出流體的流量。另外,渦輪流量計(jì)與被測介質(zhì)的密度、粘度有關(guān)。渦輪流量計(jì)在燃燒站中參與控制回路的調(diào)節(jié),靈敏度高,運(yùn)行穩(wěn)定,由于煤氣的特點(diǎn),也容易使流量計(jì)的葉輪與軸承粘住,造成測量不準(zhǔn)。同時(shí)由于煤氣含水量大,對葉輪和軸承有一定的腐蝕,容易造成流量計(jì)的損壞,增加了儀表的運(yùn)行成本。
2.3.1工作原理
系列超聲波流量計(jì)是利用超聲波在管道中傳播時(shí)間原理而實(shí)現(xiàn)的。氣體流量則通過流速、管道截面積以及雷諾數(shù)等得到。
超聲波流量計(jì)的基本原理如下圖1表示。
管道中斜裝一對超聲波傳感器,兩個傳感器之間的距離為超聲波的傳播聲程。超聲波在兩個傳感器之間的距離為超聲波的傳播聲程。超聲波在兩個傳感器之間的順流傳播時(shí)間和逆流傳播時(shí)間分別為:
ts=L/C+Vcosθ
式中
C為超聲波在靜止氣體中的傳播速度,隨氣體性質(zhì)變化而變化;
V為氣體的流速;
θ為超聲波聲程L與管道軸線之間的夾角。
tn=L/C-Vcosθ
依據(jù)ts和tn表達(dá)式,求得沿聲程上的線平均流速可以看出,因采用直接的動力學(xué)原理進(jìn)行測量無任何假定條件,氣體流速僅與測量參數(shù)(1/s-l/n有關(guān),與氣體本身性質(zhì)無關(guān),即不受氣體成份、密度溫度等影響。
2.3.2超聲波流量計(jì)的特點(diǎn)
(1)微型、高能超聲波換能器(傳感器)與國際同類產(chǎn)品同步。超聲波測量信號靈敏度優(yōu)于100Hs,目前已達(dá)到**水平。
(2)高溫型超聲波換能器,zui高溫度可達(dá)420℃。
(3)數(shù)碼式信號轉(zhuǎn)換器,可獲得精確的解析度,并獲得長久的穩(wěn)定性。
(4)測量口徑范圍寬,*小口徑25mm,zui大口徑可達(dá)5m以上。
(5)量程比大1:350。
(6)測量介質(zhì)范圍廣,即可測量臟、污、腐蝕氣體,也可測量飽和,多組份等氣體。
(7)無阻力,無壓力損失,無可動部件,無磨損,無堵塞隱患,現(xiàn)場實(shí)踐證明;在以下條件(1)管道內(nèi)部管壁上粘結(jié)近10公分的臟污雜質(zhì)。(2)管道內(nèi)部冷凝積水。(3)換能器表面覆蓋1公分的粘性油品,系統(tǒng)仍然工作正常,日常維護(hù)工作量基本為零。
(8)積水、臟污管道截面積修正,保證對氣體真實(shí)流量的精密性。
(9)安裝位置任意,直管段要求低,可在水平、垂直位置或傾斜管道上安裝。
(10)可以不斷流拆裝、維護(hù),在線修改極為方便
(11)適合各種工作環(huán)境,可在臟污、腐蝕、粘性、高溫、寒冷、振動等環(huán)境下長期穩(wěn)定地工作,一次安裝,長久使用,維護(hù)極少。
(12)能用于有爆炸危險(xiǎn)的環(huán)境中,防塵、抗雷擊設(shè)計(jì),適應(yīng)復(fù)雜多變的氣候影響。
3.三種流量計(jì)各種數(shù)據(jù)的比較、分析
由于超聲波流量計(jì)所具有的特點(diǎn)使它作為計(jì)量儀表在煤氣計(jì)量中顯示出明顯的優(yōu)勢?，F(xiàn)將三種測量方法的測量數(shù)據(jù)比較如下,見表1。
(1)運(yùn)行數(shù)據(jù)(在儀表的安裝位置上,超聲波所測流量應(yīng)為阿牛巴和渦輪之和)
表1為一個月的三種流量計(jì)測量數(shù)據(jù)的比較,從中可以阿牛巴流量計(jì)的測量誤差zui大為16.64%,渦輪流量計(jì)的測量誤差zui大竟達(dá)41%。而超聲波流量計(jì)的zui大測量誤差為044%,作為計(jì)量儀表完全滿足要求。
(2)其它數(shù)據(jù)見表2
由表1和表2,在煤氣計(jì)量中,超聲波流量計(jì)運(yùn)用很成功,解決了該廠多年來煤氣計(jì)量不準(zhǔn)的難題
4.超聲波流量計(jì)維護(hù)注意事項(xiàng)和常見故障處理
4.1維護(hù)注意事項(xiàng)
(1)加強(qiáng)儀表巡檢,盡可能消除外圍因素(如:漏雨、電磁干擾等)對儀表造成的影響;
(2)為了消除儀表的零點(diǎn)漂移要定期校驗(yàn)變送器,消除儀表測量偏差。
(3)由于煤氣煤焦油和水分含量較高,容易在換能器表面積煤焦油并腐蝕換能器表面應(yīng)定期清理換能器,保障儀表測量準(zhǔn)確。
4.2常見故障處理
(1)測量不穩(wěn)定或示值zui大,原因是流量計(jì)對接地要求比較高,檢查儀表接地,使其達(dá)到儀表的要求。
(2)儀表測量不穩(wěn)定或小信號時(shí)波動很大,原因是流量計(jì)對強(qiáng)電磁干擾比較敏感,消除引起電磁干擾的原因就可排除此故障。
(3)儀表示值穩(wěn)定,但比實(shí)際流量偏大或偏小,通過調(diào)校變送器和清理換能器一般都能消除此故障。
流量儀表的選型是流量測量的關(guān)鍵,在日常工作中加強(qiáng)儀表的維護(hù),才能保障儀表的正常運(yùn)行,為生產(chǎn)提供準(zhǔn)確的參數(shù)。
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一種石油油氣集輸用單井流量計(jì)量裝置
