流量计.docx
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流量计
流量计
流量计可分为:
差压式流量计、截面流量计、容积式流量计、电磁流量计、涡街流量计、涡轮流量计、质量流量计、超声流量计等;
1、压差式流量计(DP;孔板、文丘里管和皮托管):
组成部分:
节流元件、差压计(一般用差压变送器)、引压导管和流量显示记录仪。
原理:
充满管道的流体,当它们流经管道内的节流装置时,流束将在节流装置的节流件处形成局部收缩,从而使流速增加,静压力低,于是在节流件前后便产生了压力降,即压差,介质流动的流量越大,在节流件前后产生的压差就越大,所以可以通过测量压差来衡量流体流量的大小。
这种测量方法是以能量守衡定律和流动连续性定律为基准的。
差压式流量计流体体积流量公式为:
v=aA√2/j(p-q)
v--体积
j--液体密度
a--流量系数,与流道尺寸取压方式和
流速公布有关
A--孔板开孔面积
p-q--压力差
优点:
(1)应用最多的孔板式流量计结构牢固,性能稳定可靠,使用寿命长;
(2)应用范围广泛,至今尚无任何一类流量计可与之相比拟;
(3)检测件与变送器、显示仪表分别由不同厂家生产,便于规模经济生产。
缺点:
(1)测量精度普遍偏低;
(2)范围度窄,一般仅3:
1~4:
1;
(3)现场安装条件要求高(节流孔板前的直管段一般要求(10)d,孔板后的直管段一般要求(5)d,为了正确测量,孔板前的直管段最好为(30~50)d,特别是孔板前有泵或调节阀时更是如此);
(4)压损大(指孔板、喷嘴等)。
应用:
差压式流量计应用范围特别广泛,在封闭管道的流量测量中各种对象都有应用可用于测量大多数液体、气体和蒸汽的流速。
如流体方面:
单相、混相、洁净、脏污、粘性流等;工作状态方面:
常压、高压、真空、常温、高温、低温等;管径方面:
从几mm到几m;流动条件方面:
亚音速、音速、脉动流等。
它在各工业部门的用量约占流量计全部用量的1/4~1/3。
2、变截面式流量计(转子流量计):
组成部分:
玻璃锥管、浮子、显示设备。
原理:
被测流体流经转子与锥形管壁间的环形断面,这时作用在转子上的力有三个:
流体对转子的动压力、转子在流体中的浮力和转子自身的重力。
流量计垂直安装时,转子重心与锥管管轴会相重合,作用在转子上的三个力都沿平行于管轴。
当这三个力达到平衡时,转子就平稳地浮在锥管内某一位置上。
对于给定的转子流量计,转子大小和形状己经确定,因此它在流体中的浮力和自身重力都是已知是常量,唯有流体对浮子的动压力是随来流流速的大小而变化的。
因此当来流流速变大或变小时,转子将作向上或向下的移动,相应位置的流动截面积也发生变化,直到流速变成平衡时对应的速度,转子就在新的位置上稳定。
对于一台给定的转子流量计,转子在锥管中的位置与流体流经锥管的流量的大小成一一对应关系。
为了使转子在在锥形管的中心线上下移动时不碰到管壁,通常采用两种方法:
一种是在转子中心装有一根导向芯棒,以保持转子在锥形管的中心线作上下运动,另一种是在转子圆盘边缘开有一道道斜槽,当流体自下而上流过转子时,一面绕过转子,同时又穿过斜槽产生一反推力,使转子绕中心线不停地旋转,就可保持转子在工作时不致碰到管壁。
特点:
(1)玻璃锥管浮子流量计结构简单,使用方便,缺点是耐压力低,玻璃管易碎;
(2)适用于小管径和低流速,转子流量计适用于测量通过管道直径D<150mm的小流量,也可以测量腐蚀性介质的流量。
使用时流量计必须安装在垂直走向的管段上,流体介质自下而上地通过转子流量计;
(3)压力损失较低。
应用:
玻璃转子流量计有较强的耐腐性能,可检测酸(氢氟酸除外)、碱、氧化剂和其它腐蚀性的气体或液体的流量,适用于化工、制药、造纸、污水处理等行业。
安装注意事项:
1、转子流量计必须垂直安装在无振动的管道上。
流体自下而上流过流量计,且垂直度优于2°,水平安装时水平夹角优于2°;
2、为了方便检修和更换流量计、清洗测量管道,安装在工艺管线上的金属管浮子流量计应加装旁路管道和旁路阀;
3、转子流量计入口处应有5倍管径以上长度的直管段,出口应有250mm直管段;
4、如果介质中含有铁磁性物质,应安装磁过滤器;如果介质中含有固体杂质,应考虑在阀门和直管段之间加装过滤器;
5、当用于气体测量时,应保证管道压力不小于5倍流量计的压力损失,以使浮子稳定工作;
6、为了避免由于管道引起的流量计变形,工艺管线的法兰必须与流量计的法兰同轴并且相互平行,管道支撑以避免管道振动和减小流量计的轴向负荷,测量系统中控制阀应安装在流量计的下游:
7、测量气体时,如果气体在流量计的出口直接排放大气,则应在仪表的出口安装阀门,否则将会在浮子处产生气压降而引起数据失真。
8、安装PTFE衬里的仪表时,法兰螺母不要随意不对称拧得过紧,以免引起PTEF衬里变形;
9、带有液晶显示的仪表,要尽量避免阳光直射显示器,以免降低液晶使用寿命;带有锂电池供电的仪表,要尽量避免阳光直射、高温环境(≥65℃)以免降低锂电池的容量和寿命。
3、容积式流量计(PD;椭圆齿轮流量计、腰轮流量计、刮板流量计、双转子流量计、旋转活塞流量计、往复活塞流量计、圆盘流量计):
组成部分:
测量部分(计量室(转子)、传动部分)、积算部分(变速齿轮、脉冲发信器、指示表头);
原理:
流体通过流量计,就会在流量计进出口之间产生一定的压力差.流量计的转动部件(简称转子)在这个压力差作用下特产生旋转,并将流体由入口排向出口.在这个过程中,流体一次次地充满流量计的“计量空间”,然后又不断地被送往出口.在给定流量计条件下,该计量空间的体积是确定的,只要测得转子的转动次数.就可以得到通过流量计的流体体积的累积值。
椭圆齿轮流量计
优点:
(1)计量精度高,一般误差在±0.5%R,特殊可达±0.2%R,用于昂贵介质或需精密计算的场合;
(2)安装管道条件对计量精度没有影响,在旋转流或管道阻流件流速场畸变对精密测量没有影响,不需要前置直管段;
(3)可用于高粘度液体的测量;
(4)范围度宽,一般为10:
1到5:
1,特殊可达30:
1或更大。
(5)直读式仪表无需外部能源可直接获得累计,总量,清晰明了,操作简便。
缺点:
(1)结果复杂,体积庞大;
(2)被测介质种类、口径、介质工作状态局限性较大;
(3)不适用于高、低温场合,目前可用温度范围大概在-30℃~160℃,最高压力10MPa;
(4)大部分仪表只适用于洁净单相流体,含有颗粒或污物时上游需加过滤器,测量含有气体的液体时需加装气体分离器;
(5)产生噪声及振动,部分类型(椭圆齿轮式、腰轮式)的会给流动带了脉冲应用:
容积式流量计因其精密计量的特性,广泛应用在昂贵介质总量或流量的计量上,主要应用在石油制品的储运交接和分发计量,可作为财务核算的依据或纳税和双方买卖合同的法定计量
安装注意事项:
(1)周围温度和湿度满足厂家要求:
一般温度-10(-15)~40(50)℃,湿度为10%~90%;
(2)有阳光直射或热辐射的场所要采取遮光或隔热措施;
(3)非防尘、防水仪表要尽量避免腐蚀性气氛和潮湿场所,以减少对积算器齿轮的影响,否则可采取内腔用干净空气吹的方法保持微正压;
(4)PD的安装必须做到横平竖直,转子轴与地面平行(竖直设计除外),一般为水平安装;PD一般为单向测量,必要时在下游装单向阀;
4、电磁流量计:
组成部分:
磁路系统、测量导管、电极、外壳、衬里和转换器;
原理:
根据法拉第电磁感应定律,在测量管轴线与磁感线相互垂直的管壁上安装一对检测电极(耐酸钢、哈氏合金、钛、钽等),流体沿管线流动时切割磁感线产生感应电势:
E=KBVD(K:
仪表常数;B:
磁场强度;V:
流速;D:
管径);通过信号转换测瞬时/累计流量;
其它:
衬里:
聚四氟乙烯(耐酸碱、有机溶剂,耐磨粘接性差)、氯丁橡胶(弹性耐磨性好、耐低浓度酸碱,不耐氧化性介质),PU橡胶等;按照激磁方式分类:
直流励磁(直流电或采用永久磁铁产生一个恒定的均匀磁场,受交流电磁场干扰影响很小,易使通过测量管道的电解质液体被极化,产生正负离子,导致正负电极分别被相反极性的离子所包围,严重影响仪表的正常工作。
所以,直流励磁一般只用于测量非电解质液体,如液态金属流量(常温下的汞和高温下的液态钢、锂、钾)等);交流励磁(大都采用工频(50Hz)电源交流励磁方式产生交变磁场,避免极化,但易受电磁干扰);低频方波励磁(有二值(正-负)和三值(正-零-负-零)两种,其频率通常为工频的1/2~1/32。
避免交流磁场的正交电磁干扰,消除由分布电容引起的工频干扰,抑制交流磁场在管壁和流体内部引起的电涡流,排除直流励磁的极化现象。
)
优点:
(1)电磁流量计没有可动部件,也没有阻流件,不会引起压力损失,同时也不会引起磨损,阻塞等问题直管段要求低(5D),适用于测量有固体颗粒的液固两相流体如:
纸浆、泥浆、污水等。
(2)电磁流量计是一体积流量测量仪表,在测量过程中不受被测介质的温度、粘度、密度以及导电率(>5μs/cm)的影响。
(3)电磁流量计的量程范围宽,可达1:
100。
此外,电磁流量计只与被测介质的平均流速成正比,而与轴对称的流动状态(层流或紊流)无关。
(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,因此可以将测量信号直接用转换器线性的转换成标准信号输出。
LD-T型可就地指示,LD型可远距离传送。
(5)可应用于腐蚀性流体;
缺点:
(1)不能测量电导率很低的液体,如石油制品;
(2)不能测量气体、蒸汽和含有较大气泡的液体;
(3)不能用于较高温度(考虑衬里材质);
(4)造价高,信号易受外磁场的干扰,影响其应用范围;
安装注意事项:
在选择管道上位置时应注意以下几点要求:
1传感器既可在直管道上安装,也可以在水平或倾斜管道上安装,但要求二电极的中心连线处于水平状态。
⑵介质在安装位置应该满管流动,避免比满管及气体附着在电极上。
⑶对于液固两相流体,最好采用垂直安装自下而上流经仪表,使被传感器衬里磨损均匀,延长使用寿命。
⑷流量计安装位置介质不满管时,可采取抬高流量半后端管路的方法,使其满管,严禁在管道最高点(易积气泡)和泵进水口(负压影响衬里)安装流量计。
应用:
电磁流量计应用领域广泛,大口径仪表较多应用于给排水工程;中小口径常用于高要求或难测场合,如钢铁工业高炉风口冷却水控制,造纸工业测量纸浆液和黑液,化学工业的强腐蚀液,有色冶金工业的矿浆;小口径、微小口径常用于医药工业、食品工业、生物化学等有卫生要求的场所。
5、涡街流量计:
组成部分:
传感器、漩涡发生体、表体等;
原理:
f=Stv/d
式中:
f为旋涡的释放频率,Hz;v为流过旋涡发生体的流体平均速度,m/s;d为旋涡发生体特征宽度,m;St为斯特罗哈数,无量纲,它的数值范围为0.14-0.27。
St是雷诺数的函数,St=f(l/Re)。
当雷诺数Re在102~105范围内,St值约为0.2,因此,在测量中,要尽量满足流体的雷诺数在102~105,旋涡频率f=0.2v/d。
由此可知,通过测量旋涡频率就可以计算出流过旋涡发生体的流体平均速度v,再由式q=vA可以求出流量q,其中A为流体流过旋涡发截面积。
优点:
(1)结构简单牢固;
(2)适用流体种类多,气体、液体、蒸汽;
(3)精度较高;
(4)范围度宽;
(5)压损小。
缺点:
(1)不适用于低雷诺数测量(102~105);
(2)需较长直管段,长度应符合前直管段15~20D,后直管段5~1OD的要求;
(3)仪表系数较低(与涡轮流量计相比);
(4)仪表在脉动流、多相流中尚缺乏应用经验。
安装注意事项:
1.涡街流量计只能单向测量,安装时注重保证介质流量方向与流量计箭头所示方向一致。
2.涡街流量计最佳安装方式为竖直安装,介质自下而上通过流计。
即将流量计安装在竖直管道上,流量方向为自下向上。
3.水平安装时,必须将流量计装在整个系统的高压区,并保证相应的出口压力;不要安装在管路的最高点,因最高点往往气体积聚,管道非满,出口不可直接放空。
4.测高温流体时,尽量采用竖直安装方式;若不得不水平安装,请将流量计的变送器部分竖直向下,或水平侧装,避免温度过高;注重安装位置处空气流动或通风良好。
5.直管段要求:
至少保证流量计前15倍管径,流量计后5倍管径。
如流量计前有弯头,缩进,扩大等干扰源,则需保证流量计前30–40倍的管径,流量计后6倍管径。
流量计应安装于调节阀,压力或温度传感器的上游。
6.安装时注重管道口径应略大于或等于仪表的内径。
7.使用密封圈时,注重密封圈内径应略大于或等于仪表的内径,密封圈中心位于管道中心。
应用:
智能涡街流量计,主要用于工业管道介质流体的流量测量,如气体、液体、蒸气等多种介质。
其特点是压力损失小,量程范围大,精度高,在测量工况体积流量时几乎不受流体密度、压力、温度、粘度等参数的影响。
无可动机械零件,因此可靠性高,维护量小。
仪表参数能长期稳定。
本仪表采用压电应力式传感器,可靠性高,可在-20℃~+250℃的工作温度范围内工作。
有模拟标准信号,也有数字脉冲信号输出,容易与计算机等数字系统配套使用,是一种比较先进、理想的流量仪表。
6、涡轮流量计:
组成部分:
涡轮、轴承、前置放大器、显示仪表;
原理:
流体流经传感器壳体,由于叶轮的叶片与流向有一定的角度,流体的冲力使叶片具有转动力矩,克服摩擦力矩和流体阻力之后叶片旋转,在力矩平衡后转速稳定,在一定的条件下,转速与流速成正比,由于叶片有导磁性,它处于信号检测器(由永久磁钢和线圈组成)的磁场中,旋转的叶片切割磁力线,周期性的改变着线圈的磁通量,从而使线圈两端感应出电
脉冲信号,此信号经过放大器的放大整形,形成有一定幅度的连续的矩形脉冲波,可远传至显示仪表,显示出流体的瞬时流量和累计量。
在一定的流量范围内,脉冲频率f与流经传感器的流体的瞬时流量Q成正比,流量方程为:
Q=3600×f/k
式中:
f——脉冲频率[Hz];
k——传感器的仪表系数[1/m],由校验单给出。
若以[1/L]为单位Q=3.6×f/k
Q——流体的瞬时流量(工作状态下)[m/h];
3600——换算系数。
每台传感器的仪表系数由制造厂填写在检定证书中,k值设入配套的显示仪表中,便可显示出瞬时流量和累积总量。
优点:
(1)高精度,一般可达±1%R、±0.5%R、甚至可达±0.2%R在所有流量计中,属于最精确的流量计;
(2)重复性好短期重复性可达0.05%~0.2%,如经常校准或在线校可得极高的精确度,在贸易结算中是有先选用的流量计;
(3)无零点漂移,抗干扰能力好,可获得很高的频率信号(3~4KHZ)信号分辨能力强;
(4)范围度宽,大中口径可达1:
20,小口径为1:
10;
(5)结构紧凑安装维护方便,内部易清洗,流通能力大,叶片耐腐蚀,适用于酸碱溶液。
(6)可制成插入型,适用于大口径测量,压力损失小,价格低,可不断流取出,便于维修,易制成高压型仪表,用于高压测量;
缺点:
(1)不能长期保持校准特性,需定期校验;
(2)流体物性(密度、粘度)对仪表有较大影响,不适用较高粘度介质(高粘度型除外),受流体流速分布畸变和旋转流的影响较大;
(3)对介质清洁度要求高;
安装注意事项:
(1)变送器电源线采用金属屏蔽线,接地良好可靠;变送器水平安装,避免垂直安装,直管段前20D,后5D;
(2)输送介质对涡轮不能有腐蚀,特别是轴承处应采取保护措施,注意对感应部分不能碰撞;
(3)安装时流量计必须在水平管线上,轴心与管线轴心一致,流动方向与仪表外壳方向一致,下游配管内径与仪表内径相同;
应用:
涡轮流量计是一种速度式仪表,它具有精度高,重复性好,结构简单,运动部件少,耐高压,测量范围宽,体积小,重量轻,压力损失小,维修方便等优点,用于封闭管道中测量低粘度气体的体积流量和总量。
在石油,化工,冶金,城市燃气管网等行业中具有广泛的使用价值。
7、科里奥利质量流量计:
组成部分:
驱动线圈、检测线圈、热电阻、流量管、连接管;
原理:
优点:
(1)实现了真正的、高精密度的直接质量流量测量,具有抗磨损抗腐蚀测量多种介质多个参数的优点;。
精确度可达0.1%~0.2%,重复性由于0.1%,量程比可达100:
1;
(2)可以测量多种介质,如:
油品、化工介质、造纸黑夜、浆体及天然气等,也可用于多相流量测量;
(3)流体的介质密度、粘度、温度、压力、导电率、流速分布等特性对测量结果影响较小,可测量介质密度。
(4)无可动部件,流量管内无障碍物,便于维护;
缺点:
(1)零点漂移较大,是其主要缺陷;
(2)对外界的干扰较敏感,为防止管内振动的影响,流量传感器安装要求较高;
(3)流体中气泡含量超过某一界限会显著影响测量值;
(4)价格昂贵;
安装注意事项:
(1)传感器和变送器是出厂前配套标定的,安装时必须一一对应。
如果更换了变送器有没有重新配套标定,虽可以通过组态重新输入时系统参数运行,但会产生系统误差;
(2)传感器、变送器、及电缆的安装应尽量避免电磁干扰,远离大型电动机和继电器等;
(3)传感器管内应保证充满被测介质,尽量避免夹气,可在流量计前安装消气器提高出口备压;
(4)为保证流体均匀、均质的通过振管,传感器应安装在节流装置、阻流原件之前或安装在一定长度直管之后;
(5)传感器法兰前后6~10D处必须加装一定刚度和质量的支撑,且与管线可靠固定避免干扰振管振动引起测量误差;
(6)安装时传感器与管线同轴对准,无论轴向还是径向都确保无应力;
应用:
实现了真正的、高精密度的直接质量流量测量,具有抗磨损抗腐蚀测量多种介质多个参数的优点,已在石化、食品、制药等工业过程中广泛应用;
以上介绍的流量计中,只有最后一中是质量流量计,其余都为体积流量计。
此外还有许多新型流量计逐渐被应用如:
超声波流量计、靶式流量计、静电流量计、转速表式流量传感器等。
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