流量計的選型和安裝維護(hù)
正確地選用流量儀表,使選購的儀表性能滿足實(shí)際運(yùn)行參數(shù)要求,并采用正確的安裝位置及方式,消除外部對流量儀表的不利影響,從而使流量儀表達(dá)到準(zhǔn)確計量的目的。
隨著工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展,對流量測量的準(zhǔn)確度和范圍的要求越來越高,為了解決不同條件下各種被測介質(zhì)的流量測量,各種類型的流量計相繼問世。常用的流量測量儀表大致有容積式流量計、速度式流量計、差壓式流量計、靶式及轉(zhuǎn)子流量計、漩渦式流量計,電磁及超聲流量計、質(zhì)量流量計等[1],結(jié)合筆者幾年的工作實(shí)踐,談一下流量測量儀表的選用及安裝維護(hù)。
1、流量計選用：
在工業(yè)生產(chǎn)中,經(jīng)常需要計量和控制液體的流速和流量,筆者原先在造紙行業(yè)工作過,紙廠需要測量的介質(zhì)多是漿液和蒸汽等物質(zhì),在測量漿液方面,由于漿液的物理特性決定了如果采用如轉(zhuǎn)子流量計、渦街流量計等接觸式的流量計進(jìn)行測量流量,漿液中大的纖維就有可能纏繞測量元件,造成流量計測量出現(xiàn)偏差,甚至工作失靈。漿液有好的導(dǎo)電率,因此測量漿液多使用電磁流量計進(jìn)行測量。
現(xiàn)階段筆者所在的工廠為化纖行業(yè),測量液體中同樣存在纖維,但由于所測液體的導(dǎo)電率低,電磁流量計就不適用,在流量計的選型方面考慮到工藝要求對流量要求高,就在非接觸式流量計類型中選用測量精度高的科氏質(zhì)量流量計,當(dāng)然采用質(zhì)量流量計的成本費(fèi)用要高些。在測量蒸汽方面,受蒸汽的壓力、溫度等影響一般采用渦街流量計進(jìn)行測量。因此在選用流量計方面,要分析各方面因素,收集各類儀表樣本、技術(shù)數(shù)據(jù)和選用手冊等,充分了解各類儀表規(guī)范性能,再分別按性能要求和儀表規(guī)范、流體特性、安裝場所、環(huán)境條件和經(jīng)濟(jì)適用五個方面因素,逐一分析,列表比較。不同測量對象有各自測量目的,在儀表性能方面有其不同側(cè)重點(diǎn),考慮順序一般先從“性能要求和儀表規(guī)范”開始,適當(dāng)考慮其他因素。一般考慮以下幾個方面:
現(xiàn)階段筆者所在的工廠為化纖行業(yè),測量液體中同樣存在纖維,但由于所測液體的導(dǎo)電率低,電磁流量計就不適用,在流量計的選型方面考慮到工藝要求對流量要求高,就在非接觸式流量計類型中選用測量精度高的科氏質(zhì)量流量計,當(dāng)然采用質(zhì)量流量計的成本費(fèi)用要高些。在測量蒸汽方面,受蒸汽的壓力、溫度等影響一般采用渦街流量計進(jìn)行測量。因此在選用流量計方面,要分析各方面因素,收集各類儀表樣本、技術(shù)數(shù)據(jù)和選用手冊等,充分了解各類儀表規(guī)范性能,再分別按性能要求和儀表規(guī)范、流體特性、安裝場所、環(huán)境條件和經(jīng)濟(jì)適用五個方面因素,逐一分析,列表比較。不同測量對象有各自測量目的,在儀表性能方面有其不同側(cè)重點(diǎn),考慮順序一般先從“性能要求和儀表規(guī)范”開始,適當(dāng)考慮其他因素。一般考慮以下幾個方面:
(1)首先確定需要安裝什么樣的流量儀表。
在工作中有些地方需用計量的流量儀表,而有的地方只需要觀測有沒有流量,比如減速機(jī)的噴油潤滑方面,如果只需要知道有沒有潤滑油通過,觀測其大體流量我們可以用個流動窺視窗或指示器即可,對自動控制有自動連鎖要求的,用個流量開關(guān)就可以滿足要求,一些其他地方對流量要求不高,僅希望知道管道中流體是否在輸送流動,也可以利用現(xiàn)場條件,不一定要專門安裝流量傳感器,如測量其它阻流體管段(如T型管)的壓力降,通常也可達(dá)到同樣目的。
(2)選用儀表要考慮儀表的度。
在流量控制系統(tǒng)中,流體測量如不是單純計量總量,選用儀表度要考慮整個系統(tǒng)控制度,因?yàn)檎麄€系統(tǒng)不流量檢測的誤差,還包含有信號傳輸、控制調(diào)節(jié)、操作執(zhí)行等環(huán)節(jié)的誤差和各種影響因素。如操作執(zhí)行環(huán)節(jié)往往有2%左右的回差,對測量儀表確定過高的度(比如說0.5級)是不合理和不經(jīng)濟(jì)的。
還要考慮儀表的重復(fù)性、 線性度等指標(biāo),嚴(yán)格地說重復(fù)性是指環(huán)境條件、介質(zhì)參量等不變情況下,對某量值一段時間內(nèi)同方向進(jìn)行多次測量的一致性。實(shí)際應(yīng)用中,儀表優(yōu)良的重復(fù)性受許多因素包括流體粘度、密度等變化影響,往往被誤認(rèn)為儀表重復(fù)性不好。因此有參量變化的場所,不要選擇對此參量變化敏感的儀表。例如浮子流量計易受流體密度影響,渦輪流量計用于高粘度測量時易受流體粘度影響等。若儀表輸出特性是非線性的,則影響更為突出。在線性度方面要考慮修正的能力,以提高儀表度[2]。
還要考慮儀表的重復(fù)性、 線性度等指標(biāo),嚴(yán)格地說重復(fù)性是指環(huán)境條件、介質(zhì)參量等不變情況下,對某量值一段時間內(nèi)同方向進(jìn)行多次測量的一致性。實(shí)際應(yīng)用中,儀表優(yōu)良的重復(fù)性受許多因素包括流體粘度、密度等變化影響,往往被誤認(rèn)為儀表重復(fù)性不好。因此有參量變化的場所,不要選擇對此參量變化敏感的儀表。例如浮子流量計易受流體密度影響,渦輪流量計用于高粘度測量時易受流體粘度影響等。若儀表輸出特性是非線性的,則影響更為突出。在線性度方面要考慮修正的能力,以提高儀表度[2]。
(3)選型時要考慮范圍度。
范圍度為上限流量和下限流量的比值,其值愈大流量范圍愈寬。線性儀表有較大范圍度,一般為10:1;非線性儀表則較小,通常僅3:1,能滿足一般過程控制用流量測量和商貿(mào)核算總量計量。某些型號的電磁流量計用戶可自行調(diào)整流量上限值,上限可調(diào)比(***大上限值和***小上限值之比)可達(dá)10:1,有些制造廠為表示其范圍度寬,把***大上限流量的流速提得很高,液體7~10m/s,氣體50~75m/s,實(shí)際上這么高的流速一般是用不上的,關(guān)鍵是下限流速是否適應(yīng)測量要求,一般要求范圍度寬而下限流速更低些才好。選擇流量儀表的口徑應(yīng)按被測管道使用的流量范圍和被選儀表的上限流量和下限流量來選配,而不是簡單地按管道通徑配用。
通常設(shè)計管道流體***大流速是按經(jīng)濟(jì)流速來確定的。因?yàn)榱魉龠x擇過低,管徑粗、投資大,流速過高則輸送功率大,增加運(yùn)行費(fèi)用。例如水等低粘度液體經(jīng)濟(jì)流速為1.5~3m/s,高粘度液體經(jīng)濟(jì)流速為0.2~1m/s。大部分流量儀表上限流量的流速接近或略高于管道經(jīng)濟(jì)流速,因此儀表選擇口徑與管徑相同的機(jī)會較多,安裝就比較方便。如不相同也不會相差太多,一般相差一檔規(guī)格,采用異徑管連接。同一口徑不同類型的儀表上限流量受各自工作原理和結(jié)構(gòu)的約束,差別很大。有些儀表流量上限值訂購后就不能改變,如容積式儀表和浮子式儀表等;而孔板等差壓式儀表設(shè)計確定后其下限流量不能改變,但流量上限變化可以通過調(diào)整差壓變送器量程來適應(yīng);有些儀表則不經(jīng)實(shí)流校驗(yàn),用戶可自行重新設(shè)定流量上限值,如某些型號的電磁流量計和超聲流量計。
通常設(shè)計管道流體***大流速是按經(jīng)濟(jì)流速來確定的。因?yàn)榱魉龠x擇過低,管徑粗、投資大,流速過高則輸送功率大,增加運(yùn)行費(fèi)用。例如水等低粘度液體經(jīng)濟(jì)流速為1.5~3m/s,高粘度液體經(jīng)濟(jì)流速為0.2~1m/s。大部分流量儀表上限流量的流速接近或略高于管道經(jīng)濟(jì)流速,因此儀表選擇口徑與管徑相同的機(jī)會較多,安裝就比較方便。如不相同也不會相差太多,一般相差一檔規(guī)格,采用異徑管連接。同一口徑不同類型的儀表上限流量受各自工作原理和結(jié)構(gòu)的約束,差別很大。有些儀表流量上限值訂購后就不能改變,如容積式儀表和浮子式儀表等;而孔板等差壓式儀表設(shè)計確定后其下限流量不能改變,但流量上限變化可以通過調(diào)整差壓變送器量程來適應(yīng);有些儀表則不經(jīng)實(shí)流校驗(yàn),用戶可自行重新設(shè)定流量上限值,如某些型號的電磁流量計和超聲流量計。
(4)要考慮到壓力損失方面。
非接觸式的流量計壓力損失小,而其他接觸式的儀表如果壓力損失較大的話,短短幾年為測量付出的泵送費(fèi)用往往超過選用低壓損價格較貴的儀表的購置費(fèi)用。還有就是儀表的響應(yīng)時間也是選型時要考慮的一個重要指標(biāo)。
2、儀表的安裝維護(hù)：
(1)儀表的安裝質(zhì)量對儀表的影響較大,一般的儀表在安裝時要對安裝位置、周圍環(huán)境、維修空間、安裝方式、接地等方面進(jìn)行考慮。一般各類流量計對介質(zhì)流動穩(wěn)定性要求較高,通常要考慮儀表安裝的直管段要求:前直管段長度為5~20D(D為管徑),后直管段為2~5D;同時要考慮到周圍環(huán)境有無噪聲影響、有無腐蝕性影響、有無環(huán)境溫度影響,要有足夠的維修空間等。
安裝方式要符合儀表的基本要求,在運(yùn)行過程中必須保證介質(zhì)充滿管道。如安裝在垂直管道上,應(yīng)使流體自下向上流動。如果必須從上向下流動,則可在流量計后設(shè)置一個限流孔板,防止測量管被抽空。還要有可靠的接地,以防止外界的各類電磁干擾。要經(jīng)常檢查周圍工作環(huán)境的變化,對出現(xiàn)影響儀表運(yùn)行的因素要及時加以排除,還有現(xiàn)在的廠房多為鋼構(gòu)框架,儀表的安裝要考慮到有良好的避雷裝置,一般有電源避雷器、信號避雷器。對避雷器要經(jīng)常檢查,確保狀態(tài)良好,損壞需及時更換。
安裝方式要符合儀表的基本要求,在運(yùn)行過程中必須保證介質(zhì)充滿管道。如安裝在垂直管道上,應(yīng)使流體自下向上流動。如果必須從上向下流動,則可在流量計后設(shè)置一個限流孔板,防止測量管被抽空。還要有可靠的接地,以防止外界的各類電磁干擾。要經(jīng)常檢查周圍工作環(huán)境的變化,對出現(xiàn)影響儀表運(yùn)行的因素要及時加以排除,還有現(xiàn)在的廠房多為鋼構(gòu)框架,儀表的安裝要考慮到有良好的避雷裝置,一般有電源避雷器、信號避雷器。對避雷器要經(jīng)常檢查,確保狀態(tài)良好,損壞需及時更換。
(2)對于科氏質(zhì)量流量計來說其安裝對前后直管段無特殊要求,但也必須滿足以下條件:
① 流量計上游管道口徑不能小于流量計口徑。前后應(yīng)安裝截止閥門,以方便運(yùn)行前進(jìn)行零點(diǎn)校正。
② 安裝方式應(yīng)滿足對于液體介質(zhì),應(yīng)使流量計處于管道低點(diǎn)。避免因背壓過低而使介質(zhì)不能充滿管道,影響測量結(jié)果。而對于氣體介質(zhì),不能使流量計處于管道局部低點(diǎn),以避免測量管中有積液而產(chǎn)生測量誤差。
③ 流量計與連接法蘭必須完全對準(zhǔn),否則會給測量管帶來外應(yīng)力而影響測量結(jié)果。
④ 要避免強(qiáng)電磁場造成干擾,流量計附近不能有大電機(jī)等干擾源。
⑤ 同型號的質(zhì)量流量計相鄰安裝時考慮將振動頻率錯開,避免共振產(chǎn)生的負(fù)面影響,而且兩臺流量計的間距至少相當(dāng)于儀表長度的4倍。并注意將流量計相位測量的固有振動頻率與管道固有的振動頻率錯開,以免引起測量的波動。
⑥ 流量計應(yīng)懸空安裝,殼體不允許和其他物體接觸。測量易于氣化的液體,要對流量傳感器加以保溫保護(hù),以免結(jié)露或結(jié)霜損壞傳感器。
1、首先確定是否需要安裝流量計：
如果您只想知道管道中的流體是否流動，請觀察一般流程，然后您可以使用流量窗口或流量指示器以較低的成本實(shí)現(xiàn)此目的。由于其結(jié)構(gòu)簡單，國內(nèi)流量計制造業(yè)對窺視窗和流量指示器的關(guān)注不夠。只有少數(shù)公司提供產(chǎn)品。相比之下，更多的車站已經(jīng)安裝了石油化工、蒸汽輪機(jī)和其他國外成套設(shè)備。窺視窗口或指示器。
如果測量要求很高，則需要安裝流量計。應(yīng)充分利用現(xiàn)場條件。沒有必要專門安裝流量傳感器。您可以使用管道系統(tǒng)中的彎管或其他阻流體段（例如T形管）的壓降，通?？梢赃_(dá)到相同的目的。通過進(jìn)行一些簡化的假設(shè)計算（例如彎頭）或通過在電阻管部分的上游（或下游）的適當(dāng)位置使用外部安裝的便攜式超聲波流量計，可以在線比較流速和差壓之間的關(guān)系。
2、分析因素：
收集各種儀器樣品、技術(shù)數(shù)據(jù)和選型手冊等，充分了解各種儀器規(guī)格的性能；然后根據(jù)性能要求和儀器規(guī)格、流體特性、安裝現(xiàn)場、環(huán)境條件和經(jīng)濟(jì)應(yīng)用五個因素，如后面提到的問題逐一分析并與列表進(jìn)行比較。不同的測量對象有其自己的測量目的，并且它們對儀器的性能有不同的關(guān)注。例如，企業(yè)會計和存儲需要高精度；連續(xù)測量過程控制通常需要良好的可靠性和可重復(fù)性，有時需要較寬的測量范圍，并且測量精度要求被置于次要位置；我希望精度高于生產(chǎn)?？紤]順序通常以“性能要求和儀器規(guī)格”開頭，并充分考慮其他因素。如果“經(jīng)濟(jì)因素”被認(rèn)為是主要因素（例如需要低抽水成本的大抽水要求，、，商業(yè)會計需要較少的測量誤差），那么其他因素是次要因素。
3、精度：如果流體測量不是簡單測量，而是應(yīng)用于流量控制系統(tǒng)，則應(yīng)在整個系統(tǒng)控制精度下確定測試儀器的精度，因?yàn)檎麄€系統(tǒng)不僅具有流量檢測誤差，還包括信號傳輸、控制調(diào)整、操作和其他方面的誤差和各種影響因素，如執(zhí)行鏈路的操作往往有差別約2％，測量儀器的準(zhǔn)確度確定過高（如0 5）不合理且不經(jīng)濟(jì)。就流量計本身而言，還應(yīng)適當(dāng)?shù)卮_定檢測部件（或傳感器）與轉(zhuǎn)換顯示儀表之間的準(zhǔn)確度。例如，恒速管、楔形管、彎頭和其他差壓裝置誤差不為0.在5％和5％之間，使用高精度差壓計來匹配它是沒有意義的（目前用于的ROSEMOUNT3051）我們工廠的誤差為0.075％）。
流量計規(guī)格中顯示的精度等級在很寬的流量范圍內(nèi)。如果使用條件是特定流量或窄流量范圍，此時使用的測量精度可能高于規(guī)定值；具體校準(zhǔn)測量點(diǎn)以提高精度，例如，從0.5到0.25或更高。對于商業(yè)會計、當(dāng)存儲和物料平衡需要更高的準(zhǔn)確性時，您還應(yīng)考慮準(zhǔn)確性的持久性，關(guān)鍵因素，如輕松重新驗(yàn)證以及在線驗(yàn)證的可能性。
4、重復(fù)性：
可重復(fù)性是過程控制應(yīng)用中的重要指標(biāo)。它取決于儀器本身的原理和制造質(zhì)量。精度取決于可重復(fù)性，并與校準(zhǔn)系統(tǒng)有關(guān)。嚴(yán)格地說，重復(fù)性是指在環(huán)境條件為、的一段時間內(nèi)對于特定流量值在相同方向上的多個測量的一致性。然而，在實(shí)際應(yīng)用中，儀表的優(yōu)異可重復(fù)性受許多因素的影響，包括流體粘度、密度，并且經(jīng)常被誤認(rèn)為重復(fù)性差。因此，如果參數(shù)發(fā)生變化，請不要選擇對此參數(shù)變化敏感的儀器。例如，浮子流量計易受流體密度影響，并且當(dāng)用于高粘度測量時，渦輪流量計易受流體粘度的影響。如果儀表輸出特性是非線性的，則影響更明顯。
5、線性流量計：輸出主要有兩種線性和平方根非線性。大多數(shù)流量計的非線性誤差不列出單個指標(biāo)，但包含在基本誤差中。但是，對于寬流量范圍脈沖輸出作為總體積計算的儀表，線性度是一個重要的指標(biāo)。在流量范圍內(nèi)使用相同的儀表常數(shù)。線性差異可能降低儀表的精度。隨著微處理器技術(shù)的發(fā)展，信號自適應(yīng)技術(shù)可用于校正儀器系統(tǒng)的非線性，從而提高儀器的精度和擴(kuò)大流量范圍。
6、上限流量和流量范圍：
上限流量也稱為全流量。所選流量計的直徑應(yīng)根據(jù)待測管道的流量范圍和所選儀器的上下流速進(jìn)行選擇，而不是簡單地根據(jù)管道直徑選擇。管流體的***大流速通常設(shè)計為由經(jīng)濟(jì)流速決定。由于流量選擇過低，管徑大，投資大，流量過高，傳輸功率大，運(yùn)行成本增加。例如，水等低粘度液體的經(jīng)濟(jì)流量為1.5~3m / s，高粘度液體的經(jīng)濟(jì)流量為0·2~1m / s。大多數(shù)流量計的上限流量的流量接近或略高于管道的經(jīng)濟(jì)流量。因此，儀器有更多選擇相同直徑和直徑的機(jī)會，安裝更方便。如果它們不相同，它們就不會有太大差別。通常，它們相差一個尺寸并通過不同直徑的管道連接。不同類型的相同口徑的器械的上限流量受制于不同的工作原理和結(jié)構(gòu)，并且變化很大。有些儀表流量上限值在訂購后無法更改，如體積計和浮子式儀表；差壓式儀表孔板設(shè)計用于確定下限流量不能改變，但流量上限變化可以調(diào)節(jié)差壓變送器的范圍。適應(yīng)；某些儀器可以在沒有實(shí)際流量校準(zhǔn)的情況下重新設(shè)置流量上限，例如某些類型的電磁流量計和超聲波流量計。
7、范圍：范圍是上限流量與下限流量的比率，值越大，流量范圍越寬。線性儀器的范圍很大，一般為10：1；非線性儀表很小，通常只有3：1，這可以滿足一般過程控制流量測量和業(yè)務(wù)核算的總計測量。然而，一些用于商業(yè)會計的工具需要廣泛的范圍，例如，公用事業(yè)的自來水計量的效用以及冬季和夏季之間的巨大差異需要廣泛的范圍。近年來，差壓計的范圍已經(jīng)擴(kuò)大。差壓變送器和微電腦技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)采取了一些措施，可以達(dá)到10：1，但儀器的價格卻翻了一倍多。某些型號的電磁流量計用戶可以調(diào)節(jié)流量的上限。上限可調(diào)比率（***大上限和***小上限的比率）可以達(dá)到10，然后將上限乘以20：1。儀表擴(kuò)展的含義范圍（即考慮上限可調(diào)比）***高為（50~200）：1，有些型號具有自動切換上限流量值的功能。一些制造商表明該范圍很寬，并且***大上限流量的流速非常高。液體為7~10m / s，氣體為50~75m / s。實(shí)際上，通常不使用如此高的流速。關(guān)鍵是下限流量是否適合測量要求，通常要求寬度范圍和下限流量要低。
8、壓力損失：
除了無阻礙的流量傳感器（電磁、超聲波等），大多數(shù)流量傳感器要么改變流向，要么設(shè)置流量管道中的靜態(tài)或主動檢測元件，以產(chǎn)生不可恢復(fù)的壓力作為流量的函數(shù)。損失，有時值高達(dá)10 kPa。泵送能量消耗與壓力損失和流體密度、流速成比例。選擇不當(dāng)導(dǎo)致的過度壓力損失通常會影響過程效率。對于直徑大于500mm的流量計，應(yīng)考慮壓力損失引起的能量損失。如果壓力損失太大，不要增加泵送成本。幾年內(nèi)通常會超過測量的泵送成本。低壓損失的價格比購買和操作儀器更昂貴。
9、響應(yīng)時間：
對于脈動流動位置的應(yīng)用，應(yīng)注意儀器對流動步驟變化的響應(yīng)。一些用途要求儀表輸出遵循流量變化，而其他用途僅需要較慢的響應(yīng)輸出以實(shí)現(xiàn)復(fù)合平均值。瞬態(tài)響應(yīng)通常以時間常數(shù)或響應(yīng)頻率表示。前一個值從幾毫秒到幾秒。后者低于幾百赫茲。使用顯示儀器可能會大大增加響應(yīng)時間。儀表的流量上升和下降動態(tài)響應(yīng)不對稱可以大大增加測量誤差。流量計的選擇是系統(tǒng)工程?？梢栽谔囟☉?yīng)用場所使用該儀器的多種選項(xiàng)。選擇時，只需根據(jù)過去的經(jīng)驗(yàn)做出決定，只考慮初始安裝成本，可能會失去選擇，***適合儀器。機(jī)會。因此，在流量測量設(shè)計中，根據(jù)現(xiàn)場條件選擇的儀器性能可以滿足實(shí)際運(yùn)行參數(shù)，以充分發(fā)揮其作用，實(shí)現(xiàn)測量。
綜上所述,流量儀表的選用是一項(xiàng)系統(tǒng)工程,安裝的正確性及維護(hù)工作的及時性也是保證儀表正常工作的必要條件。因此,根據(jù)現(xiàn)場狀況選購的儀表性能滿足實(shí)際運(yùn)行參數(shù)要求后,還要保證后期的安裝維護(hù)工作到位,才能使其充分發(fā)揮作用,達(dá)到準(zhǔn)確計量的目的。