流量儀表的選型方案探討

引言

在化工企業(yè)中,流量儀表在生產(chǎn)過程控制、能源計(jì)量等活動中是非常重要的測量設(shè)備,它的選型和配置是否合理將直接影響化工運(yùn)行效率和產(chǎn)品質(zhì)量。因此,針對不同的測量目的、實(shí)際工況、介質(zhì)參數(shù)等,儀表的配置選型非常重要。

由于儀表種類繁多,儀表選型要依據(jù)測量介質(zhì)、儀表工作特性進(jìn)行綜合考慮,結(jié)合現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)最有效的解決方案。通常情況下,選用沒有運(yùn)動部件的流量儀表,這種儀表在現(xiàn)場使用中更穩(wěn)定、更可靠。結(jié)合筆者多年的現(xiàn)場使用情況得出以下結(jié)論:在中小管徑中,含顆粒物的化工介質(zhì)、密度發(fā)生變化的介質(zhì)在流量儀表的使用效果上,旋進(jìn)流量計(jì)比轉(zhuǎn)子流量計(jì)更有優(yōu)勢。

1測量原理

1.1旋進(jìn)流量計(jì)(旋進(jìn)旋渦流量計(jì))

旋進(jìn)流量計(jì)(圖1）原理上屬于流體振動速度型流量計(jì),它是在流量計(jì)內(nèi)部植入一個(gè)起旋器,當(dāng)流體通過起旋器后迫使流體沿軸旋轉(zhuǎn)并形成漩渦流,旋轉(zhuǎn)的中心形成渦核,渦核在回流作用下形成二次螺旋形旋轉(zhuǎn)。這種二次旋轉(zhuǎn)的頻率與流量呈正比,流量計(jì)形狀設(shè)計(jì)合理時(shí),在很寬的流量范圍內(nèi),頻率與流量呈線性關(guān)系,通過測量得到旋轉(zhuǎn)流體頻率就可以求得流體的體積流量。

式中,0v為體積流量(m3/s）:f為旋渦頻率(Hz）:K為流量計(jì)儀表系數(shù)(脈沖數(shù)/m3）。

旋轉(zhuǎn)頻率由信號檢測體(壓電）測得,通過信號處理器被轉(zhuǎn)換成4～20mA的標(biāo)b電流準(zhǔn)出信號,輸可以不經(jīng)轉(zhuǎn)換直接準(zhǔn)出脈沖頻率信號。旋進(jìn)流量計(jì)原理如圖2所示。

圖2旋進(jìn)流量計(jì)原理圖

1.2轉(zhuǎn)子流量計(jì)

轉(zhuǎn)子流量計(jì)(圖3）的工作原理:通過改變流體的流通面積,保持轉(zhuǎn)子上下的差壓恒定,故又稱為變流通面積恒差壓流量計(jì),也稱為浮子流量計(jì)。測量部分流向自下而上為倒錐管,浮子隨流量大小懸停在任何位置,浮力＋差壓力=重力。流量增大時(shí),浮子上移則流通面積增大,通過改變流通面積實(shí)現(xiàn)恒差壓。

2兩種流量計(jì)特性比對

旋進(jìn)流量計(jì)和轉(zhuǎn)子流量計(jì)的特性對比如表1所示。

通過表1的對比分析,根據(jù)儀表優(yōu)缺點(diǎn)可知,在流量較小時(shí),這兩種流量計(jì)從原理上說都可以選擇,但在實(shí)際運(yùn)用中有差異。

轉(zhuǎn)子流量計(jì)的小流量測量必須選擇輕質(zhì)材料(塑料等）的浮子,而且浮子通過上下運(yùn)動工作,會造成以下幾個(gè)主要缺陷:

(1）不能耐受介質(zhì)沖擊,如果流量波動大(例如閥門快速開啟）,浮子太輕會被吹翻或卡在軌道上,造成損壞無法工作:(2）帶有一些顆粒物(有一定黏性）的介質(zhì),會附著在浮子上,造成計(jì)量誤差或無法工作,嚴(yán)重時(shí)浮子被卡住形成斷流,帶來嚴(yán)重的安全隱患。(3）轉(zhuǎn)子流量計(jì)的浮子是根據(jù)被測介質(zhì)的密度設(shè)計(jì),當(dāng)被測介質(zhì)的密度與設(shè)計(jì)密度發(fā)生變化時(shí),必須及時(shí)修正。如果測量介質(zhì)的密度發(fā)生了變化或者測量變組分的介質(zhì),轉(zhuǎn)子流量計(jì)都不能b確計(jì)量甚至得到的是無效的計(jì)量數(shù)值。(4）通常情況下,轉(zhuǎn)子流量計(jì)必須垂直安裝,限制了現(xiàn)場管道的位置。

而旋進(jìn)流量計(jì)鑒于它的原理和特性,正好可以規(guī)避上述問題,同時(shí)具有和轉(zhuǎn)子流量計(jì)相同的優(yōu)點(diǎn),完全可以取代轉(zhuǎn)子流量計(jì),且使用壽命更長、計(jì)量精度更準(zhǔn)確。

3現(xiàn)場應(yīng)用案例分析

3.1某廠紡絲裝置的現(xiàn)場應(yīng)用案例

鑒于旋進(jìn)流量計(jì)在測量小流量方面的突出優(yōu)勢,某廠在2016年的老區(qū)紡絲車間試用了3臺旋進(jìn)流量計(jì),具體情況如下:

之前用轉(zhuǎn)子流量計(jì)測量中和浴液(含H2sO4/Na2sO4）,DN25口徑測量范圍為1～5m3/h,由于壓縮機(jī)工作時(shí)壓力不穩(wěn)定,經(jīng)常會造成轉(zhuǎn)子流量計(jì)的浮子在沖壓下被打翻,造成卡殼,無法計(jì)量介質(zhì)。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn),由于該位置的流量很低,一般流量計(jì)的下限無法滿足測量需求,但是旋進(jìn)流量計(jì)的下限更低,DN20口徑的測量范圍為0.4～6m3/h,優(yōu)于轉(zhuǎn)子流量計(jì)的測量范圍(2～16m3/h）。經(jīng)過多方商討,將轉(zhuǎn)子流量計(jì)改為旋進(jìn)流量計(jì)。經(jīng)過一年的使用觀察,現(xiàn)場實(shí)際使用效果良好,解決了一個(gè)工藝難題。

隨后,該廠陸續(xù)在新區(qū)甲醇、醋酸乙烯裝置、紡絲、PVA等車間裝置進(jìn)行了旋進(jìn)流量計(jì)替換轉(zhuǎn)子流量計(jì)的改造工作,總數(shù)超過40套,且運(yùn)行效果明顯。

3.2蒸汽管線分支,小管徑、低流速的測量應(yīng)用

該流量計(jì)應(yīng)用位置處于蒸汽管線分支,DN20管徑,蒸汽溫度180℃,常用流量25kg/h,原先工廠選用的是金屬轉(zhuǎn)子流量計(jì),在垂直管道上安裝,由于管線較長、保溫層老化等原因,管道中存在少量凝結(jié)水,隨著蒸汽高速流動,對轉(zhuǎn)子造成沖擊進(jìn)而損壞儀表。選用其他流量計(jì)又無法解決小流量準(zhǔn)確測量問題,最終選用安裝了旋進(jìn)流量計(jì)解決了該問題。

某石化裝置選用旋進(jìn)流量計(jì)解決了直管段不足等流場問題,如圖4所示。

4結(jié)語

綜上所述,在中小管徑中含顆粒物的化工介質(zhì)及密度發(fā)生變化的介質(zhì),在流量儀表的使用效果上,旋進(jìn)流量計(jì)比轉(zhuǎn)子流量計(jì)更有優(yōu)勢。我們更應(yīng)注意在流量儀表的實(shí)際選型工作中,要了解儀表的原理和特性,關(guān)注測量介質(zhì)的狀態(tài)參數(shù),并積極和有經(jīng)驗(yàn)的儀表制造廠商進(jìn)行技術(shù)聯(lián)絡(luò),以便做出最優(yōu)的儀表選擇。