如何选择流量仪表

影响流量仪表的因素较多,原理有10余种,类型不少于200多个。有人对美国现场千余台流量仪表进行了调查,发现其中60%所选择的方法不太合适,即使方法合适,又有约一半以上在安装和布局上有问题

毛新业,美国Air Monitor 公司中国代表处技术顾问,高级工程师,流量仪表专家,本刊特约编辑

影响流量仪表的因素较多,原理有10余种,类型不少于200多个。有人对美国现场千余台流量仪表进行了调查,发现其中60%所选择的方法不太合适,即使方法合适,又有约一半以上在安装和布局上有问题,正确选择并非易事。归纳起来选择流量仪表取决于以下六个因素:

一、仪表技术参数

选择的依据首先是工艺对流量仪表的技术要求,如:

1)总量、流量

总量(单位为m3或kg),多用于贸易核算,准确度是首位。

流量(瞬时量单位为m3/h,kg/h),多用于流程工业是控制系统的信息源头,重复性常是首位。

2)连续,开关

一般仪表的输出为连续量,而开关量可用于简单的二位式控制,或设备保护,要求可靠性良好。

3)准确度

准确度不仅取决仪表本身,还取决于校验系统,是外加特性。要说明在什么流量范围内的准确度,如用于控制系统还应考虑与整个系统准确度相匹配。

注意:厂家注明的误差是%Fs(上限);还是%R(测值)。

4)重复性

重复性是指环境条件介质参数不变时,对某一流量值多次测量的一致性,是仪表本身的特征。

不少厂家把重复性误导为准确度,准确度应由重复性与标定装置的流量不确定度两部分组成。

5)量程比,在一定准确度范围内,最大与最小流量之比。

差压式流量仪表,从仪表本身可以有较大量程比,因受二次表制约,一般只有3:1。

6)压力损失

流量仪表(除电磁、超声)都有检测件(如孔板、涡轮……),以及强制改变流向(如弯头、科氏)都将产生不可恢复压力损失,它将额外增加了输送的动力,才能维持正常运行,有些仪表永久压缩很可观,在历行节能的今天应引起重视。

7)输出信号

一般为标准的模拟信号(0-10V,4~20mA等)已不能适应系统发展要求。

通讯要求数字信号,Rosemount推出了HART协议,RS232/RS485转换器,RS232限于2Km以内,RS485可达10km。

8)响应时间

输出信号随流量参数变化反应的时间,对控制系统来说短越好;对脉动流则希望有较慢的输出响应。

9)综合性能

仪表的性能指标是相互制约的,如样本中压力上限为2mpa;温度为250℃,口径为1m;则当口径为1m时,压力可能只能为1.5mpa,温度只能是200℃,不可能同为极限值。

二、流体特性

1)流体类型:液体、气体,还是蒸汽,有些仪表如电磁不能测电导率太低的流体;插入热式则不能测液体。

2)温度、压力、密度,是选择仪表提供的重要参数,特别是在工况下的参数,对于气体流量还应了解其体积流量是工作状态、还是标准状态。

3)粘性:液体粘性相差较大会影响选型,如粘性大的液体宜用容积式流量计,而不宜选用涡轮、浮子、涡街等流量计。

4)腐蚀、结垢、脏污:这类流体,不宜选用有转动件及有检测件的仪表。即使对于超声、电磁这种流量计,也会因腐蚀管道带来误差。如口径50mm,结垢0.5~1mm,将带来0.5~1%的误差。

5)特殊参数:某些流体参数会影响仪表的工作,如压缩性系数影响差压式;比热及热传导系数影响热式;电导率影响电磁;声速影响超声。

6)单、多相

相是指在一个系统中具有相同的物理、化学性质的物质,不同的相有较明显的界面,通常工业中大多为单相,随着工业的发展出现了多相流(气固、气液、液固或气固液)等的流量测量问题。

三、流动的状态

与许多物理参数(如压力、温度、物位、成分)不同的是流量必须以流体流动为前提,没有流动就不存在流量。

1)满管、非满管。一般流体均应充满管道,但当液体流量较小,管道又处于水平时,则可能出现非满管流动,大多数流量仪表都无法解决,目前电磁已有非满管流量计型号。

2)层流、紊流。反映流体在管道中流动的状态,影响流量系数的大小,当Re<2320时为层流,仅有很少情况如流体粘性大,管道小,流速低才会出现层流,工业中多为紊流。

3)封闭、明渠。流程工业中多为封闭管道。

4)充分发展紊流。流量仪表多为速度型,即管内流速分布影响流量系数,所以要求流量仪表应安装在一种特定的充分发展紊流中。只要仪表前具有30倍管径长度即可取得。

5)脉动流,流体中任一参数(流速、温度、压力、密度)随时间变化的流动,易产生误差,应附加设备去掉脉动流准确进行测量。

四、安装

流量仪表常由于安装不当无法正常工作,如方向装反、流速分布不理想,引压管中出现二相,环境恶劣,缺少必要的附件……

1)管道的布局。有些仪表如浮子式只能安装在垂直管道上;而有些为避免流体的重力只能装在水平管道上;而流体中含有固体颗粒又不宜安装在水平管道上。

2)流向。流量仪表中绝大多数不能反向安装。

3)直管段长度。除浮子、容积、科氏外,都要求仪表前后有较长的直管段,以节流装置及测点速的插入式仪表要求最高(达30~50D)。

4)管径。不少流量仪表管径范围较窄,限制了选用,可采用变径管弥补,但要注意变径后仍应处于仪表的正常工作范围,应避免流速过小,输出太弱;流速过高、强度受损的情况。

5)维护空间。应具有必要的装卸、维护空间。

6)配件。针对某一仪表,应考虑安装必要的配件,如流动调整器、过滤器、气体分离器、阻尼器……等等。

五、环境

流量仪表应避免安装在以下环境。

1)高温。流量仪表的检测部分无法避开,则应使变送器部分远离高温区。

2)振动。在压缩机、定排量泵、振荡伐门后,不能安装涡街、漩进、科氏等流量计。

3)粉尘。仪表的变送器应远离或加防护罩。

4)腐蚀。潮湿,如无法避闭应选用耐蚀材料做仪表壳体。

5)防爆易燃。应增加仪表的防爆安全事故,采用气密性外壳及降低电源电压。

6)电磁干扰:仪表在强电磁干扰附近应加装防护罩,以屏蔽电磁干扰。

处于恶劣工作环境,流量仪表的检测仪表难以回避,而二次表(变送器)则不然,此时不宜用一体化仪表。

六、经济性

1)初始购置费。开始与厂商接触时,应注意:①理性对待厂商所宣传的技术指标;②根据需求选用,不要盲目追求高指标。③要注意仪表的制造材料。

2)安装。管径大特别要注意安装中的附加问题,如是否为便于维修加装旁路管道;必要的配件,如过滤器、流动调整器……

3)维修、配件。有些仪表的检测件,转动件易于磨损,腐蚀(如涡轮、容积、孔板)维修量不小。

4)校验。有些仪表工作一段时间后,因腐蚀、磨损,准确度会下降,如用于贸易核算,应定期校验。

5)运行费。流量仪表一般均有永久压损,因此会带来额外的运行费,特别是管径较大时,其年运行费可能数倍于购置费。

6)误差的损失。如用于贸易核算,特别是较贵重的能源、化工原料,应选用精确度高的仪表,否则因误差造成的经济损失,将数倍于购置费。

七、小结

流量仪表的选择,可根据以上六类影响因素,选择大致可按以下程序:

 

满足同一工艺要求的流量仪表可能不止一种,可以同时做几套方案进行比较。

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