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流量计选型的原则,流量计选型的细节考虑(干货分享)

来源:作者:发表时间:2018-07-05 14:29:01

 
        如果要了解流量计选型就必须首先了解流量计的分类,要知道流量计有哪些种类,各自的工作原理又是什么?但是反过来考虑,虽然对于所有流量计的工作原理都熟悉一遍,对他们的功能、安装方式条件以及材质选型都熟悉的话,那么现场流量计选型基本上难不倒你,但是很多时候,现场人员并不能做到这一点,所以参考本文对于流量选型来说,不失为一个方便快捷的路径。
 
一、流量计选型的原则
        了解流量计选型原则首先是要深刻地了解各种流量计的结构原理和流体特性等方面的知识,同时还要根据现场的具体情况及考察周边的环境条件进行选择。也要考虑到经济方面的因素。一般情况下,主要应从下面五个方面进行选择:
        ① 流量计的性能要求;
        ② 流体特性;
        ③ 安装要求;
        ④ 环境条件;
        ⑤ 流量计的价格。
 
1、流量计的性能要求
        流量计的性能方面主要包括:测量流量(瞬时流量)还是总量(累积流量);准确度要求;重复性;线性度;流量范围和范围度;压力损失;输出信号特性和流量计的响应时间等。
(1)测流量还是总量
        流量测量包括两种,即瞬时流量和累积流量,比如对分输站管道的原油属于贸易交接或石油化工管道进行连续配比生产或生产流程的过程控制等需要计量总量,间或辅以瞬时流量的观察。在有的工作场所对流量进行控制则需配备瞬时流量测量。因此,要根据现场计量的需要进行选择。有些流量计比如容积式流量计,涡轮流量计等,其测量原理是以机械计数或脉冲频率输出直接得到总量,其准确度较高,适用于计量总量,如配有相应的发讯装置也可输出流量。电磁流量计、超声流量计等是以测量流体流速推导出流量,响应快,适用于过程控制,如果配以积算功能后也可以获得总量。
(2)准确度
        流量计准确度等级的规定是在一定的流量范围内,如果使用在某一特定的条件下或比较窄的流量范围内,比如,仅在很小的范围内变化,此时其测量准确度会比所规定的准确度等级高。如用涡轮流量计计量油品装桶分发,在阀门全开的情况下使用,流量基本恒定,其准确度可能会从0.5级提高到0.25级。用于贸易核算、储运交接和物料平衡如果要求测量准确度较高时,应考虑准确度测量的持久性,一般用于上述情况下的流量计,准确度等级要求为0.2级。在这样的工作场所一般是现场配备计量标准设备(比如体积管),对所使用的流量计进行在线检测。近几年由于原油的日趋紧张和各单位对原油计量的高要求,对原油计量提出实行系数交接,即除了每半年对流量计进行一次周期检测后,贸易交接双方协商每1个月或2个月对流量计进行检定确定流量系数,每天根据流量计计量的数据与流量计流量系数计算出数据进行交接,以提高流量计的准确度,也称为零误差交接。
准确度等级一般是根据流量计的最大允许误差确定的。各制造厂提供的流量计说明书中会给出。一定要注意其误差的百分率是指相对误差还是引用误差。相对误差为测量值的百分率,常用“% R”表示。引用误差则是指测量上限值或量程的百分率,常用“% FS”。许多制造厂说明书中并未注明。比如,浮子流量计一般都是采用引用误差,电磁流量计有的型号也有采用引用误差的。
流量计如果不是单纯计量总量,而是应用在流量控制系统中,则检测流量计的准确度要在整个系统控制准确度要求下确定。因为整个系统不仅有流量检测的误差,还包含有信号传输、控制调节、操作执行等环节的误差和各种影响因素。比如,操作系统中存在有2%左右的回差,对所采用的测量仪表确定过高的准确度(0.5级以上)就是不经济和不合理的。就仪表本身来说,传感器与二次仪表之间的准确度也应该适当相配,比如说设计出来未经实际标定的均速管误差如在±2.5%~±4%之间,配上0.2%~0.5%高准确度的差压计就意义不大了。
        还有一个问题就是对于检定规程或制造厂说明书中对流量计所规定的准确度等级指的是其流量计的最大允许误差。但是由于流量计在现场使用时受环境条件、流体流动条件和动力条件等变化的影响,将会产生一些附加误差。因此,现场使用的流量计应是仪表本身的最大允许误差和附加误差的合成,一定要充分考虑到这个问题,有时候可能现场的使用环境范围内的误差会超过流量计的最大允许误差。
(3)重复性
        重复性是由流量计原理本身与制造质量决定的,是流量计使用过程中的一个重要的技术指标,与流量计的准确度息息相关。一般在检定规程中的计量性能要求中对流量计不仅有准确度等级规定外,还对重复性进行了规定,一般规定为:流量计的重复性不得超过相应准确度等级规定的最大允许误差的1/3~1/5。
重复性一般定义为在环境条件和介质参量等不变的情况下,对某一流量值短时间内,同方向进行多次测量的一致性。但是,在实际应用中,流量计的重复性会常常被流体粘度、密度参量的变化所影响,有时这些参量变化还没有达到需要进行专门修正的程度,会误认为是流量计的重复性不好。鉴于这种情况下,应选择对此参量变化不敏感的流量计。比如,浮子流量计容易受流体密度影响,小口径的流量计不仅受流体密度的影响,可能还会受流体粘度的影响;涡轮流量计如果用在高粘度范围时的粘度影响;有些未做修正处理的超声流量计会受到流体温度的影响等等。如果流量计的输出是非线性的,这种影响可能会更为突出。
(4)线性度
        流量计的输出主要有线性和非线性平方根两种。一般的来说流量计的非线性误差是不单独列出的,而是包含在流量计的误差内。对于一般比较宽流量范围,输出信号为脉冲的,用作总量积算的流量计,线性度则是一个重要的技术指标,如果在其流量范围内使用单一的仪表系数,当线性度差就会降低流量计的准确度。比如,涡轮流量计在10:1的流量范围内采用一个仪表系数,线性度差时其准确度会较低,随着计算机技术的发展,可将其流量范围分段,用最小二乘法拟合出流量—仪表系数曲线对流量计进行修正,从而提高流量计的准确度和扩展流量范围。
(5)上限流量和流量范围
        上限流量也称为流量计的满度流量或最大流量。当我们选择流量计的口径时应按被测管道使用的流量范围和被选流量计的上限流量和下限流量来进行配置,不能简单的按管道通径进行配用。
        一般来讲,设计管道流体最大流速是按经济流速来确定的。如果选择过低,管径粗,投资会大;过高则输送功率大,增加运行成本。比如,像水等低粘度液体其经济流速为1.5~3m/s,高粘度液体0.2~1m/s,大部分流量计上限流量的流速接近或高于管道经济流速。因此,流量计选择时其口径与管道相同时候就较多,安装比较方便。如不相同也不会相差太多,一般上下相邻一档的规格,可采用异径管连接。
在流量计的选择中应注意不同类型的流量计,其上限流量或上限流速由于受各自流量计的测量原理和结构的限制差别较大。以液体流量计为例,上限流量的流速以玻璃浮子流量计为最低,一般是0.5~1.5m/s之间,容积式流量计在2.5~3.5m/s之间,涡街流量计较高在5.5~7.5m/s之间,电磁流量计则在1~7m/s之间,甚至达到0.5~10m/s之间。
        液体的上限流速还需要考虑不能因为流速过高而产生气穴现象,出现气穴现象的地点一般是在流速最大,静压最低的位置,为了防止气穴的形成,常常需要控制流量计的最小背压(最大流量)。
还应注意流量计的上限值订购后就不能改变,比如容积式流量计或浮子流量计等。差压式流量计像节流装置孔板等一经设计确定后,其下限流量不能改变,上限流量变动可以通过调整差压变送器或更换差压变送器来改变流量。比如某些型号的电磁流量计或超声流量计,有些用户可以自行重新设定流量上限值。
(6)范围度
        范围度为流量计的上限流量和下限流量的比值,其值越大则流量范围越宽。线性仪表有较宽的范围度,一般为1:10。非线性流量计的范围度较小仅为1:3。一般用于过程控制或贸易交接核算的流量计,如果要求流量范围比较宽就不要选择范围度小的流量计。
目前一些制造厂为宣传其流量计的流量范围宽,在使用说明书中把上限流量的流速提得很高,比如液体提高到7~10m/s(一般为6m/s);气体提高到50~75m/ s(一般为40~50)m/s);实际上如此高的流速是用不上的。其实范围度宽的关键是有较低的下限流速,以适应测量需要。所以下限流速低的宽范围度的流量计才是比较实用的。
(7)压力损失
        压力损失一般是指流量传感器由于在流通通道中设置的静止或活动检测元件或改变流动方向,从而产生随流量而变的不能恢复的压力损失,其值有时可达数十千帕。因此,应按管道系统泵送能力和流量计进口压力等确定最大流量的允许压力损失来选定流量计。因选择不当会限制流体流动产生过大压力损失而影响流通效率。有些液体(高蒸汽压碳氢液)还应注意过度的压力降可能引发气穴现象和液相汽化,降低测量准确度甚至损坏流量计。比如管径大于500mm的输水用的流量计,应考虑压损所造成的能量损耗过大而增加的泵送费用。据有关报道,压力损失较大的流量计几年来为测量付出的泵送费用往往超过低压损、价格较贵的流量计的购置费用。
(8)输出信号特性
        流量计的输出和显示量可以分为:
        ① 流量(体积流量或质量流量);② 总量;③ 平均流速;④ 点流速。有些流量计输出为模拟量(电流或电压),另一些输出脉冲量。模拟量输出一般认为适合于过程控制,比较适合于与调节阀等控制回路单元接配;脉冲量输出比较适合于总量和高准确度的流量测量。长距离信号传输脉冲量输出则比模拟量输出有较高的传送准确度。输出信号的方式和幅值还应有与其他设备相适应的能力,比如控制接口、数据处理器、报警装置、断路保护回路和数据传送系统。
(9)响应时间
        应用于脉动流动场合应注意流量计对流动阶跃变化的响应。有些使用场合要求流量计输出跟随流体流动变化,而另一些为获得综合平均值要求有较慢响应的输出。瞬时响应常以时间常数或响应频率表示,其值前者从几毫秒到几秒,后者在数百Hz以下。配用显示仪表可能相当大地延长响应时间。一般认为流量计流量增加或减小时动态响应不对称会加速增加流量测量误差。
 
二、流量计选型之流体特性
        在流量测量中由于各种流量计总会受到流体物性中某一种或几种参量的影响,所以流体的物性很大程度上会影响流量计的选型。因此,所选择的测量方法和流量计不仅要适应被测流体的性质,还要考虑测量过程中流体物性某一参量变化对另一参量的影响。比如,温度变化对液体粘度的影响。
流体物性方面常见的有密度、粘度、蒸汽压力和其他参量。这些参量一般可以从手册中查到,评估使用条件下流体各参量和选择流量计的适应性。但也会有些物性是无法查到。比如腐蚀性、结垢、堵塞、相变和混相状态等。
(1)流体的温度和压力
        仔细的分析流量计内流体的工作压力和温度,尤其是测量气体时温度压力变化造成过大的密度变化,可能要改变所选择的测量方法。比如,温度和压力影响流量测量准确度等性能时,要作温度或压力修正。另外,流量计外壳的结构强度设计和材质也取决于流体的温度和压力。因此,必须确切地知道温度和压力的最大值和最小值。当温度和压力变动很大时更应仔细选择。
还应注意在测量气体时要确认其体积流量值是在工况状态下的温度和压力还是在标准状态下的温度和压力。
(2)流体的密度
        对于液体,在大部分应用场合下其密度相对恒定,除非温度变化很大而引起较大变化,一般可不进行密度修正。在气体应用场合,流量计的范围度和线性度,取决于气体密度,,一般要知道在标准状态下和工况状态下的值,以便选用。也有将流动状态的值换算到某些公认的参比值,这种方法在石油储运方面应用普遍。低密度气体对某些测量方法,特别是利用气体动量推动检测传感器的仪表(比如涡轮流量计)会比较困难。
(3)粘度
        各种液体之间粘度差别很大,且因温度变化有显著变化。而气体则不同,各种气体之间粘度差别较小,其值一般较低。且不会因温度和压力变化而有显著变化。因为液体的粘度比气体高得多。比如在20℃和100kPa下,水的动力粘度为 Pa·s,而空气的动力粘度则为 Pa·s,所以液体一定要考虑粘度的影响,而气体的粘度就不如液体那样重要。
        粘度对各类流量计的影响程度不一样,比如,对于电磁流量计、超声流量计和科里奥利式质量流量计的流量值是在很宽粘度范围内,可以认为不受液体粘度的影响;容积式流量计的误差特性和粘度有关,可能会略受影响;而浮子流量计、涡轮流量计和涡街流量计,当粘度超过某值时则影响较大以致不能使用。
        有些流量计的特性用管道雷诺数作为参变量进行描述的,而管道雷诺数是流体粘度、密度以及管道流速的函数。因此,粘度对仪表特性还是有影响的。
粘度也是判别牛顿流体或非牛顿流体的一个参数,大多数流量测量方法和流量计仅适用于牛顿流体。所有气体都是牛顿流体。大多数液体以及含有少量球形微粒的液体也是牛顿流体。只适用于牛顿流体的测量方法和流量计,如果应用于非牛顿流体时将给测量带来影响。所以,牛顿流体是流体流量测量正常使用的重要条件。
        粘度对不同类型的流量计范围度的影响趋势各异,一般容积式流量计粘度增加,范围度扩大。而涡轮流量计和涡街流量计则相反,粘度增加,范围度缩小。因此,在评估流量计的适应性时,应该要掌握液体的温度—粘度特性。
某些非牛顿流体(如钻井泥浆、纸浆、巧克力、油漆)性质的液体,它们的流动状态复杂,不易判断其属性,当选择流量计时必须谨慎。
 
(4)化学腐蚀和结垢
① 化学腐蚀问题
        流体的化学腐蚀问题有时会成为我们选择测量方法和使用流量计的决定因素。比如,某些流体会使流量计接触零件腐蚀,表面结垢或积淀析出晶体,金属零件表面产生电解化学作用,这些现象的产生会降低流量计的性能和使用寿命。因此,为了解决化学腐蚀和结垢问题,制造厂采取了许多方法,如选用抗腐蚀材料或在流量计的结构上采取防腐蚀措施,比如,节流装置孔板用陶瓷材料制造,金属浮子流量计内衬耐腐蚀的工程塑料。但是对于结构较复杂的流量计,如容积式流量计和涡轮流量计等就无法对具有腐蚀性流体进行测量了。有一些流量计是从原理结构上就具有耐腐蚀性或易于作耐腐蚀的措施。超声流量计的换能器探头安装在管道外壁不与被测流体接触,本质上就是防腐蚀的。电磁流量计只有测量管衬里和一对形状简单的电极与液体接触,近年有些设计将电极也不与液体接触,也是一种防腐蚀的措施。
 ② 结垢
        由于流量计腔体和流量传感器上结垢或析出结晶会减少流量计内活动部件的间隙,降低流量计内敏感元件的灵敏度或测量性能。比如在超声流量计应用上结垢层会阻碍超声波发射。在电磁流量计应用上不导电结垢层绝缘了电极表面,会使流量计无法工作。所以有些流量计常采用在流量传感器外界加温防止析出结晶或加装装置除垢器。
化学腐蚀和结垢的结果是改变试验管道内壁粗糙度,而粗糙度会影响流体的流速分布,因此,建议使用者应注意这个问题,比如多年使用的管道应进行清洗和除垢工作。
腐蚀和结垢影响流量测量值的变化会因流量计的类型而不同。下面以超声流量计和电磁流量计为例来说明由于管道结垢影响的结果,比如,内径为50mm的管道,内壁结垢或沉积0.1~0.2mm,会使测量管道面积缩小0.4%~0.6%,所产生的误差对于0.5~1.0级的流量计将是不容忽视的偏差。
(5)压缩系数
        气体压缩系数z为一定质量的气体,在相同温度、压力下,其实际比体积与“理想比体积”之比。一般地说,对于理想气体z=0;实际气体z可能大于1或小于1。z偏离1的数值大小表示实际气体偏于理想气体的程度。气体压缩系数z值取决于种类或组分、温度、压力。因此,气体测量一定要通过压缩系数求取工作状态下的流体密度。如果组分固定的流体通过温度、压力和压缩系数计算密度。如果流体为多组分(比如对天然气的计量)并工作在接近(或在)超临界区,就需要配备在线密度计在线对密度进行测量。
 
三、流量计选型之流量计的安装
1、安装时需注意的问题
        安装问题对不同原理的流量计要求是不一样的。对有些流量计,比如差压式流量计、速度流量计,按规程规定在流量计的上、下游需配备一定长度的或较长的直管段,以保证流量计进口端前流体流动达到充分发展。而另一些流量计,比如对容积式流量计、浮子流量计等则对直管段长度就没有要求或要求较低。
        还有的流量计因受安装的影响而产生一定的误差,比如,科里奥利质量流量计,由于安装应力的影响会给使用带来很大的误差。追溯流量计在使用中出现问题,可能未必都是因为流量计本身的问题,很多状况是由于安装不善所致。一般常见的问题有下面几种:
        ① 把差压式流量计孔板的进口面反装;
        ② 流量传感器安装在流速分布剖面不良的场所;
        ③ 连接到差压装置的引压管中存在不希望存在的相;
        ④ 流量计安装在有害的环境或不易接近的地方;
        ⑤ 流量计流动方向安装错误;
        ⑥ 流量计或电信号传输线置于强电磁场下;
        ⑦ 将易受振动干扰的流量计安装在有振动的管道上;
        ⑧ 缺少必要的防护性配件。
 
2、安装条件
        流量计在使用中应注意安装条件的适应性和要求,主要从下面几方面考虑,比如流量计的安装方向、流体的流动方向、上、下游管道的配置、 阀门位置、防护性配件、脉动流影响、振动,电气干扰和流量计的维护等。
① 现场管道布线
        在现场管道布线时应注意流量计的安装方向,由于流量计的安装方向一般分为垂直安装方式和水平安装方式,对于这两种安装方式在流量测量性能上是有差别的。比如,流体垂直向下流动会使流量计传感器带来额外力而影响流量计的性能,使流量计的线性度、重复性下降。流量计的安装方向还取决于流体的物性,如水平管道可能沉淀固体颗粒,因此测量具有这种状态的流量计最好安装于垂直管道。
    ② 流体的流动方向
        这个问题与流量计的安装方向比较相似,由于有的流量计规定只能在一个方向工作,反向流动会损坏流量计。使用类似流量计时还要考虑当发生无操作时可能会产生反向流动,这样就需要采取措施,如安装止回阀以保护流量计。即使能双向使用的流量计,其正向和反向之间的测量性能可能也会有些差异,应该按照制造厂规定的要求使用。
    ③ 流量计上游和下游直管段
        由于流量计会受到管路进口流动状态的影响,管道配件也会引入流动扰动,流动扰动一般有旋涡和流速分布剖面畸变,旋涡存在普遍是由于有两个或两个以上空间(立体)弯管所引起的。流速剖面畸变通常是由管路配件局部阻碍(如阀门)或弯管所组成。这些影响需要以适当长度的上游直管段或安装流动调整器进行改善。除了考虑流量计连接配件的影响外,可能还要考虑上游管道配件组合的影响,因为它们可能产生不同的扰动源,所以一定要尽可能拉开各扰动源之间的距离以减少其影响。比如像在单弯管后面紧接着部分开启的阀。
流量计的下游也需要有一段直管段以减小下游流动影响。
对于容积式流量计和科里奥利质量流量计是不大会受不对称流动剖面影响;涡轮流量计使用时应尽量降低旋涡;电磁流量计和差压式流量计则应限制旋涡在很小的范围内。
气穴和凝结是由于管道布置不合理造成的,避免管道直径上和方向上的急剧改变。管道布置不良也会产生脉动。
 
④ 管径和管道振动
        有些类型的流量计管径范围并不很宽,因此过大或过小会限制流量计品种的选择。测量低流速或高流速的流量,可选择与管径尺寸不同的流量计管径,可以使用异径管连接,使流量计运行在规定的范围内。流量超过范围,流速过低流量计误差增加会无法工作,流速过高流量计误差也可能增加,同时还会使流量传感器超速或压力降过大而损坏流量计的使用。
有些流量计如压电检测件的涡街流量计和科里奥利质量流量计敏感于机械振动,容易受管道振动干扰,应注意在流量计前后管道上作支撑设计。对于脉动影响的消除采用脉动消除器以外,还注意将所有被安装的流量计应远离振动或脉动源。
⑤ 阀门的安装位置
        在安装流量计的管道都装有控制阀和隔离阀,为避免由于阀引起一些流速分布扰动和气穴而影响流量计测量,一般控制阀应安装在流量计的下游,控制阀安装在流量计的下游还可以增加流量计背压,便于减小流量计内部产生气穴的可能性。
隔离阀安装的目的是为了使流量计与管线的流体隔离以便于维修。上游阀应离流量计足够距离,当流量计运行时,上游阀应全开以避免流速分布畸变等扰动。
⑥ 防护性配件
        安装防护性配件是为了保证流量计能正常运行的防护措施。比如在容积式流量计和涡轮流量计一般在上游需安装过滤器等一些必要的设备,所有这些设备的安装都要以不影响流量计的使用为要。
⑦ 电器连接和电磁干扰
        目前大部分流量测量系统,不管是流量计本身还是其附件连接等都有电子设备,因此采用的电源要与流量计相配套。当流量计输出电平较低,应使用与环境想适应的前置放大器。有些类型的流量计的输出信号容易受大功率开关装置的干扰,使流量计输出脉冲波动而影响流量计的性能,像信号电缆应尽可能远离电力电缆和电力源,以降低电磁干扰和射频干扰影响。
⑧ 脉动流和非定常流
        前面已经讲过对于脉动流的影响除采用脉动消除器以外,还应注意将所有被安装的流量计远离脉动源。最常见的产生脉动源有定排量泵、往复式压缩机、振荡着的阀或调节器、涡列等水利学振荡。一般像差压式流量计具有脉动流误差,涡轮流量计和涡街流量计一样也会产生脉动流误差。非定常流是指随时间而变的流动而缓慢脉动是非定常流的一个特例。比如因尺寸过大的控制阀运行所产生的缓慢脉动。
流量计可分别处理流量传感器和二次显示仪表所受脉动影响。将流量传感器安装在远离脉动源的地方,也可在管道系统中安装冲气式缓冲器(用于液体)或阻流器(用于气体)等低通滤波器以减低脉动程度。二次显示仪表则可选用响应特性好的流量计(如电磁流量计、超声流量计)增加阻尼,测定脉动参数用以估计脉动的附加误差。
 
四、流量计选型之环境条件要求
在选流量计的过程中不应忽略周围条件因素及有关变化,比如 环境温度、湿度、安全性和电气干扰等,
①    环境温度
环境温度变化会影响流量计的电子部分和流量传感器部分。比如温度变化会影响传感器尺寸的变化、通过流量计壳体传热改变流体密度和粘度等。当环境温度影响到显示仪表电子元件时,将改变元件参数。应该将流量传感器和二次显示仪表安装在不同的场所,像二次显示仪表应安装在控制室内,以保证电子元件免受温度的影响。应该说环境温度的影响量在作流量测量总不确定度的估算时,其影响不应是不确定度主要影响量之一。
②    环境湿度
    环境中大气湿度也是影响流量计使用的问题之一。比如湿度高会加速大气腐蚀和电解腐蚀并降低电气绝缘,低湿度会感生静电。环境温度或介质温度急剧变化会引起湿度方面的问题,如表面结露现象。
③ 安全性
应按照有关规范和标准选择流量计,以适应用于爆炸性危险环境,按照防爆标准对现场进行要求。
④    电气干扰
电力电缆、电机和电气开关都会产生电磁干扰,如不采取有关措施,就会成为流量测量产生误差的原因。
五、流量计选型之经济方面的考虑
1、从经济方面考虑购置流量计的费用
购置流量计时应比较不同类型流量计对整个测量系统经济的影响。比如范围度小的流量计比范围度宽的流量计在相同测量范围下,需要多台流量计并联和多条管线才覆盖,因此除流量计以外尚需增加许多辅助设备,像阀门、管线附件等。虽然表面上看流量计费用少了,但是其他的费用则增加,计算起来并不合算。比如安装孔板流量计加上差压计的费用相对便宜,但组成测量回路包括孔板的固定附件等其费用可能超过基本件费用很多
2、安装费用
在购置流量计时,不仅要考虑流量计的购置费,还需考虑其他费用,如附件购置费、安装调试费、维护和定期检测费、运行费和备用件费。
比如许多流量计使用时应配备比较长的上游直管段以保证其测量性能。因此正确的安装需要额外管道的布置或备有旁路管道作定期维护。所以安装费应合理多方面考虑,比如还应包括运行所需的截止阀、过滤器等辅助费用等。
3、运行费用
流量计运行费用主要是工作时能量消耗,包括电动仪表内部电力消耗或气动仪表的气源耗能以及在测量过程中推动流体通过仪表所消耗的能量,亦即克服仪表因测量产生压力损失的泵送能耗费等。比如差压式流量计产生的差压,很大一部分不可恢复、容积式流量计和涡轮流量计也具有相当阻力。只有全通道、无阻碍的电磁流量计和超声流量计基本此费用为零、插入式流量计由于用于大管径阻塞比小,其压力损失亦可忽略。
据测算管径100mm的差压式孔板流量计1年泵送能耗费与流量计购置费相当,如果换用电磁流量计,其购置费亦仅相当于4年多差压式孔板流量计的能耗费。设想更大管径的泵送能耗费所占份额费用更多。一般认为超过5000mm的流量计应该尽可能选用低压损和无压损的流量计。比如,供水工程应用传统的差压式流量计极少用孔板而采用低压损的文丘里管,现在则更新为电磁流量计和超声流量计。
泵送能耗费用计算见下列各式:
                      年泵送能耗费 =  元
      液体:                 k
      气体:                   k
式中, ——动力损耗,k ,设泵(或压缩机)组效率为80%;
       ——年工作小时数,h;
   ——电价,元 k / h;
       ——不可恢复压力损失,Pa;
       ——液体流量,m /h;
       ——标准状态气体流量,m /min;
       ——液体相对密度;
       ——气体温度,K;
       ——气体绝对压力,Pa。
4、检测费用
检测费用应根据流量计的检定周期决定。一般用于贸易结算的原油或成品油的检测常在现场设置标准体积管对流量计进行在线检定。
5、维护费用和备用件费用等
    维护费用为流量计投入使用后保持测量系统正常工作所需费用,主要包括维护和备用件费。有运动部件的流量计需进行较多维护工作,如定期调换易磨损轴承、轴、转轮、传动齿轮等;没有运动部件的流量计也需进行检视,如最普通的用几何测量法检查孔板流量计。
     备用件费用会随着流量计的性能提高的程度而增加。选用流量计时应考虑同时增加备用件的购置费用,尤其是从国外进口的流量计,有时常常会因易损备件的困难而替换整台流量计。
六、流量计选型之测量方法和流量计的选择
上几节都是讲的一般流量计的选型等问题,本节为例对测量浆液流量、大液体流量和蒸汽流量测量流量计的选择。
1、浆液流量测量的选择
    从流量计选型一览表中可查得应用于含颗粒纤维浆液的可选的流量计有:差压式流量计中有弯管、楔型管、电磁流量计、多普勒法超声流量计、涡街流量计、靶式流量计、科里奥利质量流量计等。根据目前国内流量计的使用状况和各种流量计的测量性能来看,对测量浆液流量首选电磁流量计,除非所测量的浆液是非导电的或含有铁磁性颗粒,以及测量管道系统不允许截断以接入流量传感器,才选择其他流量计。据报道测量煤粉含量高达65%水煤浆流量的多年应用经验,认为还是电磁流量计最好。
差压式流量计可用于测量浆液的差压传感器除弯管、楔型管还有环形管,固相较少时还可用圆缺孔板、偏心孔板,文丘里管也有用于测量的实例。
多普勒法超声流量计是可不截断管道在管外夹装超声换能器(探头)即可测量,但测量准确度不高。
涡街流量计只能测量含有少量粉状固形物,固相含量较多或是纤维状会产生噪声而无法使用。
靶式流量计有用于含煤粉的重油或渣油等液流,是采用应变式靶式流量计。
科里奥利质量流量计在国外有应用于浆液的测量经验,一般以其直管型测量管为宜,但国内应用经验不多。
2、对于封闭管道液体大流量测量的选择
这里说的大流量不是指某一管径流速较高时的“相对大流量”而是说流量绝对值的大流量。由于管道输送液体的流速有一定的范围,低粘度液体常用的经济流速为1~3m/s,因此,这里说的“大流量”测量是说大管道流量测量。
一般来讲,DN300以下管径的流量计称为中小管径流量计,DN300~ DN400以上的称为大管径流量计,DN1200以上的称为特大管径流量计。通常特大管径液体流量测量主要为水,除了水以外还有石油产品。一般大管径流量计有差压式流量计、电磁流量计、超声流量计和插入式的流量计,DN300~ DN500的还有容积式流量计和涡轮流量计。
(1)安装条件
安装条件主要是根据测量方法是否可以允许切断管流,暂停运行,是否可以允许在管道上打孔,是否允许切断管流安装流量传感器。
如果允许切断管流安装流量传感器,可以选择电磁流量计、带测量管段的超声流量计、容积式流量计和涡轮流量计。
如果允许在管道上打孔可以选择外插换能器超声流量计和插入式流量计。
如果上述要求都不允许,就只能选择外夹装换能器超声流量计。
(2)测量准确度要求
对于贸易交接要求测量准确度高的、是不导电液体的可选择带测量管段的超声流量计、多声道的超声流量计、容积式流量计和涡轮流量计,如果是导电液体还可选择电磁流量计。
对于像控制配比,测量准确度要求低一些的可选择差压式文丘里管、外夹装换能器超声流量计。测量准确度要求低的可选择插入式流量计。
(3)压力损失(泵送能耗费用)
大流量测量的泵送能耗费用在流量测量运行成本中占有相当大的比例,压力损失和(泵送能耗费用)比如较大的为差压式文丘里管,容积式流量计和涡轮流量计。较小的为插入式流量计,没有压力损失的为电磁流量计。
 
3、蒸汽流量测量的选择
蒸汽流量测量从测量技术上分为两类,一类为过热蒸汽和高干度(干度x=0.9以上)的饱和蒸汽,另一类为低干度饱和蒸汽。前一类可以作为单相流体处理,而后一类则为两相流。由于目前所有的流量计只适用于单相流体,因此,低干度饱和蒸汽尚需进行深入的研究。
(1)过热蒸汽和高干度饱和蒸汽的流量测量
常用的流量计有:节流式差压式流量计,该流量计目前仍是测量蒸汽流量的主要仪表,为适应需要在技术上也有了心得发展,。比如把节流装置、差压变送器及三阀组组成一体成为一体式节流流量计,该节流流量计解决了差压信号管路易出故障的缺点。还有采用定植节流件,用标准喷嘴代替标准孔板,因为喷嘴和孔板相比较,喷嘴的流出系数稳定,不会因为边缘锐角变钝使流出系数发生变化,压损也比孔板低,一般在同样流量及 值时压损约为孔板的30%~50%。
涡街流量计测量中温,即200℃以下,应用于蒸汽应该说已经趋于成熟,是目前常用于蒸汽测量的一类流量计。但是一定要注意低干度介质将使其仪表系数偏离检测值而增大测量误差。
均速管流量计、分流旋翼式流量计在准确度要求不太高的内部管理分配上应用还是可以的,因为使用比较便宜、简洁,适应于中小流量蒸汽的测量。
对于靶式流量计,国内于上世纪70年代开发的电动、气动靶式流量变送器,它是电动、气动单元组合仪表的检测仪表。由于当时力转换器直接采用差压变送器的力平衡机构,因此,带来力平衡机构本身所造成的许多不足。比如,测量准确度较低、零点漂移、杠杆机构可靠性、稳定性差等。因此原JJG 461-1986《靶式流量变送器》规程制定于1986年,已有25年之久。由于现在已基本不再生产和使用电动、气动靶式流量变送器。原有的规程已不适应使用,因此修订了新的
靶式流量计规程。
靶式流量计的结构是由测量管、靶板、力传感器、信号处理单元组成。力传感器为应变计式传感器,信号处理显示可以就地直读显示或输出标准信号。力传感器由筒式弹性体和力应变片组成,可以是内贴式和外贴式两种。当弹性体在力作用下发生形变,它破坏了由力应变片组成的电桥的平衡,产生与流量成平方关系的电信号。
其工作原理是在恒定截面直管段中设置一个与流束方向相垂直的靶板,流体沿靶板周围通过时,靶板受到推力的作用,推力的大小与流体的动能和靶板的面积成正比。在一定的雷诺数范围内,流过流量计的流量与靶板受到的力成正比。靶板所受的力由力传感器检出。
以圆形靶板为例,流量计算的基本公式为:
                         
                     
式中,  ——质量流量(kg/s);
        ——体积流量(m /s);
        ——流量系数(纯数);
       ——流束的膨胀系数(纯数)。对不可压缩性流体 =1,对可压缩性流体 <1;
       ——测量管内径(m);
       ——靶径(m);
       ——流体的密度(kg/m );
       ——靶受到的力(N)。
靶板受力经力转换器转变成电流信号(4~20)mA或气压信号(20~100kPa)输出,输出信号与流量的关系可根据上式确定。
由于应变式新型靶式流量计具有新的结构和测量原理,在蒸汽测量中具有比较优越的使用前景,适应于中小流量蒸汽的测量。
(2)低干度饱和蒸汽的流量测量
一般的工业锅炉产生的饱和蒸汽在出口处为高干度(0.95以上)的饱和蒸汽,但是在长距离输送过程中,由于保温不好或间歇用汽出现不平衡情况等许多因素使干度不断下降,甚至成为含水量很高的湿蒸汽,即成为气、水两相流体。这两相流体的流动特性与单相流是有着本质区别。在单相流中检测的流量计仪表系数或流出系数是不能用于两相流测量的。比如对孔板流量计进行的两相流试验中的流出系数必须进行干度修正。因此,在低干度饱和蒸汽的流量测量中,干度参数是必须测量的一个参数。遗憾的是目前还没有成熟的干度计出现。另外其他各类流量计的仪表系数的干度修正都尚未进行深入研究。只有解决这个问题,才能测量低干度饱和蒸汽的流量。
 

1   流量计流体特性和工艺过程条件选型一览表

流体特性和工艺过程条件

   

气体

符号说明:

流体特性

液体工艺过程条件

  最适用

清洁

赃污

含颗粒纤维

腐蚀性浆

腐蚀性

粘性

非牛顿流体

液液混合

液气混合

高温

低温

小流量

大流量

脉动流

一般

小流量

大流量

腐蚀性

高温

蒸汽

 通常适用

◆在一定条件下适用

×  不适用

名称

 

 

孔板

×

×

喷嘴

×

×

×

文丘里管

×

×

×

弯管

×

×

×

楔型管

×

×

×

×

×

×

×

×

均速管

×

×

×

×

×

×

×

浮子式

玻璃管

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

金属锥管

×

×

×

×

×

×

×

×

容积式

椭圆齿轮

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

腰轮

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

刮板

×

×

×

×

 

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

膜式

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

涡轮式

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

电磁式

×

×

×

×

×

×

×

振荡式

涡街

×

×

×

×

×

×

×

×

×

旋进旋涡

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

超声式

多普勒法

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

传播时间法

×

×

×

×

×

×

×

×

靶式

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

热式

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

科式力质量式

×

×

×

×

×

×

×

×

插入式(涡轮)(涡街)(电磁)

×

×

×

×

×

×

                                                               

1、—:取决于测量头的类型;2、用于赃污的孔板为圆缺孔板;3、用于粘性的孔板为四分之一圆孔板和锥型入口孔板。

 

 

 

 

 

2   流量计测量性能、安装条件选型一览表

 

符号说明:

测量性能

安装条件

  最适用

准确度

最低雷诺数

范围度

压力损失

输出特性

高准确度流量

适用性

高准确度总量适用性

公称通径范围

mm

传感器安装方位和流动方向

上游直管段长度要求

 通常适用

◆在一定条件下适用

×  不适用

名称

 

 

孔板

2×10

中~大

SR

×

501000

任意

短~长

喷嘴

1×10

小~中

SR

×

50500

任意

短~长

文丘里管

7.5×10

SR

×

501200

(1400)

任意

短~中

弯管

1×10

SR

×

×

25

任意

短~中

楔型管

中~低

5×10

SR

×

×

25300

任意

短~中

均速管

10

SR

×

×

25

任意

短~中

浮子式

玻璃锥管

低~中

10

L

×

×

1.5100

垂直从上到下

金属锥管

10

L

×

10150

容积式

椭圆齿轮

中~高

10

L

×

  6250

水平或垂直

腰轮

中~高

10

L

×

15500

刮板

中~高

10

液大

气小

L

×

25300

膜式

2.5×10

SR

×

15100

水平

涡轮式

中~高

10

低~中

L

10500

水平

短~中

电磁式

中~高

 

中~大

L

63000

任意

无~中

流体振荡(旋涡)

涡街

无限制

小~大

小~中

L

×

50

任意

中~长

旋进旋涡

2×10

中~大

L

×

50150

任意

很短

超声式

多普勒法

5×10

中~大

L

×

×

100

(25)

任意

短~长

传播时间法

5×10

小~中

L

25

任意

短~中

靶式

低~中

2×10

L

×

15200

任意

短~中

热式

10

 

×

×

430

任意

无~中

科式力质量式

无数据

中~大

-

很大

L

615

水平或

任意

插入式(涡轮)(涡街)(电磁)

无数据

取决于测量头

L

×

×

100

取决于测量头

中~长

                         

 

 

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