什么是泥漿流量計(jì)|都有哪些流量計(jì)選型
0引言
疏浚船舶泥漿流量計(jì)是計(jì)算挖泥產(chǎn)量、指導(dǎo)施工操作的重要設(shè)備之一,所測(cè)流量數(shù)據(jù)為施工管理提供重要的決策依據(jù)[1]。現(xiàn)階段疏浚船舶泥漿流量計(jì)多為接觸式電磁流量計(jì),新型超聲波及聲吶陣列流量計(jì)應(yīng)用于石油化工、礦山采礦、鋼鐵等行業(yè),應(yīng)用于疏浚船舶的案例較少[2]。疏浚船舶泥漿流量計(jì)測(cè)量介質(zhì)為固液兩相流,施工過(guò)程復(fù)雜多變,衡量泥漿流量計(jì)是否適用于疏浚船舶的首要因素為測(cè)量穩(wěn)定性,測(cè)量的穩(wěn)定性直接影響著施工效率;流量計(jì)的測(cè)量穩(wěn)定性與流量計(jì)的工作原理、安裝方式、使用壽命及測(cè)量介質(zhì)有著密切的關(guān)系。
將新型超聲波流量計(jì)、新型聲吶陣列流量計(jì)安裝在某絞吸船,測(cè)量介質(zhì)為貝殼泥沙海水混合液體;通過(guò)對(duì)絞吸船施工監(jiān)測(cè)來(lái)記錄新型流量計(jì)的流速數(shù)據(jù),并與絞吸船現(xiàn)役的電磁流量計(jì)所測(cè)流速數(shù)據(jù)對(duì)比分析,通過(guò)對(duì)比可知新型流量計(jì)是否適用于疏浚船舶。
1工作原理
1.1電磁流量計(jì)
電磁流量計(jì)是利用法拉第電磁感應(yīng)定律制成的一種測(cè)量導(dǎo)電液體體積流量的儀表;電磁流量計(jì)的基本原理是法拉第電磁感應(yīng)定律,即導(dǎo)體在磁場(chǎng)中切割磁力線(xiàn)運(yùn)動(dòng)時(shí)在其兩端產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)[3]。如圖1所示,導(dǎo)電性液體在垂直于磁場(chǎng)的非磁性測(cè)量管內(nèi)流動(dòng),與流動(dòng)方向垂直的方向上產(chǎn)生與流量成正比的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),其值如下:
E=kBD`v
式中:E為感應(yīng)電動(dòng)勢(shì);k為系數(shù);B為磁感應(yīng)強(qiáng)度;D為測(cè)量管內(nèi)徑;`v為平均流速。
體積流量:
Qv=πD2`v/4=πDE/4kB
由上式可知,體積流量Qv與感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E和測(cè)量管內(nèi)徑D成線(xiàn)性關(guān)系,與磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B成反比,與其它物理參數(shù)無(wú)關(guān)。
1.2超聲波流量計(jì)
超聲波流量計(jì)是利用超聲脈沖在流體中傳播的速度與流體的速度有對(duì)應(yīng)的關(guān)系,即順流時(shí)的超聲脈沖傳播速度比逆流時(shí)傳播的速度要快,順流與逆流兩種超聲脈沖傳播的時(shí)間差越大,則流量越大原理[4]。如圖2所示流量計(jì)工作時(shí),處在上游的換能器發(fā)射調(diào)制后的超聲波脈沖,為順流傳播,下游的換能器接收到脈沖后再返回一個(gè)相同調(diào)制脈沖,該脈沖逆流傳播到上游換能器,根據(jù)兩束脈沖的傳播距離、傳播時(shí)間可以計(jì)算出聲速、被測(cè)量介質(zhì)流速。新型超聲波流量計(jì)的改進(jìn)之處即在于這個(gè)脈沖的抗干擾性,脈沖由一個(gè)已知低頻波形去調(diào)制固定高頻,這樣接收端可以進(jìn)行波形比對(duì),濾除常見(jiàn)的介質(zhì)噪聲;計(jì)算聲波傳輸時(shí)間時(shí)采取波形鑒相技術(shù),提高了聲波傳輸時(shí)間的性,進(jìn)而提高流量計(jì)的測(cè)量精度。
2流量計(jì)應(yīng)用測(cè)試
2.1測(cè)試條件
1)時(shí)間:2016年4月15日;
2)地點(diǎn):廈門(mén)新機(jī)場(chǎng);
3)船舶:新海豚絞吸船;
4)流量計(jì)型號(hào):科隆電磁流量計(jì)、德國(guó)FLEXIM便攜式外夾超聲波流量計(jì)(4個(gè)探頭)、美國(guó)CIDRA抱箍式聲吶陣列波流量計(jì);
5)流量計(jì)口徑:DN850;
6)安裝位置:排泥金屬主管道(如圖3依次為超聲波、聲吶陣列、電磁流量計(jì));
7)介質(zhì):貝殼泥沙海水混合液體(施工穩(wěn)定階段濃度為30%)
2.2測(cè)試準(zhǔn)備與開(kāi)始
超聲波流量計(jì)的安裝對(duì)管道要求較高,安裝前需對(duì)管道的內(nèi)壁進(jìn)行厚度測(cè)量,測(cè)厚過(guò)程中發(fā)現(xiàn)管道內(nèi)壁厚薄不均勻,為了避免管道表面不平整導(dǎo)致探頭信號(hào)衰減,安裝探頭時(shí)在其表面涂抹較厚的耦合劑以此填補(bǔ)管道表面凹痕。為確保測(cè)試原始真實(shí)性,3種流量計(jì)儀表通電后,除基本參數(shù)外,其余優(yōu)化參數(shù)均不設(shè)置。
測(cè)試準(zhǔn)備完成后,對(duì)絞吸船啟泵、停泵及施工穩(wěn)定階段流量計(jì)的應(yīng)用情況進(jìn)行測(cè)試,并記錄測(cè)試數(shù)據(jù)。
3流量計(jì)測(cè)試數(shù)據(jù)及分析
3.1施工穩(wěn)定階段測(cè)試
對(duì)施工穩(wěn)定階段中3種流量計(jì)所測(cè)介質(zhì)流速數(shù)據(jù)記錄,截取其中一段數(shù)據(jù)繪制成曲線(xiàn)如圖4所示。
對(duì)曲線(xiàn)中3種流量計(jì)所測(cè)介質(zhì)流速數(shù)據(jù)做比較分析,3種流量計(jì)所測(cè)流速之間關(guān)系為(系數(shù)為數(shù)據(jù)段的平均倍數(shù)):
v超聲波=1.046v電磁
v聲吶=1.056v電磁
標(biāo)準(zhǔn)差是反映數(shù)據(jù)樣本內(nèi)個(gè)體間的離散型,流速的標(biāo)準(zhǔn)差可反映
3種流量計(jì)測(cè)量的穩(wěn)定性。
3種流量計(jì)所測(cè)流速數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差分別為:
s電磁=0.54
s超聲波=0.51
s聲吶=0.47
由圖4及數(shù)據(jù)分析可知,因第1次測(cè)試,流量計(jì)儀表只進(jìn)行初始參數(shù)設(shè)置,此次測(cè)試3種流量計(jì)流速波動(dòng)都較大。根據(jù)測(cè)量情況,對(duì)3種流量計(jì)儀表參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)置,優(yōu)化后再次進(jìn)行測(cè)試,測(cè)試數(shù)據(jù)曲線(xiàn)如圖5所示。
選取其中一段相對(duì)穩(wěn)定的數(shù)據(jù)進(jìn)一步分析可知(選取的樣本數(shù)與第1次測(cè)試相同):
v超聲波=1.031v電磁
v聲吶=1.044v電磁
3種流量計(jì)所測(cè)流速數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差為:
s電磁=0.42
s超聲波=0.41
s聲吶=0.35
綜上可知2次測(cè)試中3種流量計(jì)所測(cè)介質(zhì)流速之間關(guān)系為v聲吶>v超聲波>v電磁;第2次測(cè)試中3種流量計(jì)所測(cè)流速較第1次更加穩(wěn)定,且聲吶陣列流量計(jì)所測(cè)流速依然是***穩(wěn)定,超聲波流量計(jì)所測(cè)流速的穩(wěn)定性與電磁流量計(jì)所測(cè)流速的穩(wěn)定性相當(dāng)。
3.2啟動(dòng)、停止測(cè)試
施工穩(wěn)定階段測(cè)試中用于分析的數(shù)據(jù)是截取流量穩(wěn)定后的一段,對(duì)于絞吸船泥泵啟動(dòng)初期、停止時(shí)流量計(jì)所測(cè)流速數(shù)據(jù)沒(méi)有進(jìn)行比較分析;為綜合分析施工各個(gè)階段流量計(jì)測(cè)量情況,將絞吸船泥泵啟動(dòng)初期、停止時(shí)的流量計(jì)所測(cè)流速數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析。截取測(cè)試中泥泵由停止再到啟動(dòng)時(shí)的流量計(jì)所測(cè)流速數(shù)據(jù)繪制成曲線(xiàn),如圖6所示。
由圖6可知在泵停止階段,在流速下降階段聲吶陣列流量計(jì)相對(duì)有較大的波動(dòng),超聲波及電磁流量計(jì)相對(duì)穩(wěn)定;小流速階段,聲吶陣列流量先無(wú)法測(cè)量到流速,后出現(xiàn)間歇的抖動(dòng);超聲波流量計(jì)和電磁流量計(jì)所測(cè)流速相對(duì)平滑下降直到流速為0。在泵啟動(dòng)初期,聲吶陣列流量計(jì)會(huì)有較大的波動(dòng),超聲波流量計(jì)和電磁流量計(jì)上升相對(duì)穩(wěn)定平滑。
新型聲吶陣列流量計(jì)所測(cè)介質(zhì)流速在泵啟動(dòng)階段雖然有較大的波動(dòng),但是能在短時(shí)間內(nèi)穩(wěn)定下來(lái),因此波動(dòng)不會(huì)對(duì)施工穩(wěn)定階段產(chǎn)生較大的影響。
4流量計(jì)固有特性分析
1)安裝方式
電磁流量計(jì)為接觸式安裝,需安裝在管道上,安裝時(shí)需拆卸管道[6];新型超聲波流量計(jì)和聲吶陣列流量計(jì)都為非接觸式安裝,只需對(duì)管路進(jìn)行處理后外夾在管路上即可。
2)使用壽命
安裝方式很大程度上決定流量計(jì)的使用壽命;電磁流量計(jì)是接觸式安裝,流量計(jì)受介質(zhì)流動(dòng)而磨損,新型超聲波流量計(jì)和聲吶陣列流量計(jì)為非接觸式安裝,不受介質(zhì)流動(dòng)影響,故新型超聲波流量計(jì)與聲吶陣列流量計(jì)的使用壽命比電磁流量計(jì)使用壽命長(zhǎng)。
一、砂泥漿流量計(jì)概述:
智能電磁流量計(jì)(砂泥漿流量計(jì))是我公司采用國(guó)內(nèi)外技術(shù)研制開(kāi)發(fā)的全智能型電磁流量計(jì),全中文電磁轉(zhuǎn)換器內(nèi)核采用高速中央處理器。計(jì)算速度非???、精度高、測(cè)量性能可靠。轉(zhuǎn)換器電路設(shè)計(jì)采用國(guó)際先進(jìn)技術(shù),輸入阻抗高達(dá)1015 歐姆,共模抑制比優(yōu)于100db,對(duì)于外來(lái)干擾以及60Hz/50Hz 干擾抑制能力優(yōu)于90db,可以測(cè)量更低的電導(dǎo)率的流體介質(zhì)流量。其傳感器采用非均勻磁場(chǎng)技術(shù)及特殊的磁路結(jié)構(gòu),磁場(chǎng)穩(wěn)定可靠,而且大的縮小了體積,減輕了重復(fù),使流量計(jì)小型流量化的特點(diǎn)。使客戶(hù)“買(mǎi)的放心,用的省心,服務(wù)稱(chēng)心”是我公司的宗旨。
二、砂泥漿流量計(jì)工作原理:
砂泥漿流量計(jì)的工作原理是基于法拉第電磁感應(yīng)定律。在砂泥漿流量中,測(cè)量管內(nèi)的導(dǎo)電介質(zhì)相當(dāng)于法拉第試驗(yàn)中的導(dǎo)電金屬桿,上下兩端的兩個(gè)電磁線(xiàn)圈產(chǎn)生恒定磁場(chǎng)。當(dāng)有導(dǎo)電介質(zhì)流過(guò)時(shí),則會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電壓。管道內(nèi)部的兩個(gè)電極測(cè)量產(chǎn)生的感應(yīng)電壓。測(cè)量管道通過(guò)不導(dǎo)電的內(nèi)襯(橡膠,特氟隆等)實(shí)現(xiàn)與流體和測(cè)量電極的電磁隔離,如圖所示。
三、砂泥漿流量計(jì)優(yōu)勢(shì)及獨(dú)特賣(mài)點(diǎn):
1.傳感器***重要的部件-線(xiàn)圈作***優(yōu)化的設(shè)計(jì),并通過(guò)***嚴(yán)格的實(shí)流試驗(yàn),切實(shí)保證產(chǎn)品的測(cè)量精度
2.信號(hào)電極作徹底的靜電屏蔽處理,保證小信號(hào)不會(huì)受線(xiàn)圈的干擾,保證低流速的測(cè)量精度
3.線(xiàn)圈與外界作隔離處理,保證線(xiàn)圈長(zhǎng)期的絕緣強(qiáng)度,也就保證傳感器的長(zhǎng)期測(cè)量精度
4.傳感器所有的焊接工藝都采用氬弧焊工藝,雖然成本較高,但能保證焊接的可靠性(焊接是傳感器的***主要的生產(chǎn)工藝),特別是安裝線(xiàn)圈后的***后一道焊接工序,用氬弧焊工藝能保證已安裝的線(xiàn)圈不被損傷
5.采用接地電極結(jié)構(gòu),形成一個(gè)平衡電極平面,保證整個(gè)測(cè)量平均速度的過(guò)程都被限制在平衡電極平面之內(nèi)進(jìn)行,能很好的消除電氣噪聲干擾,提供的測(cè)量結(jié)果
6.采用定制的雙層屏蔽電纜
7.可編程頻率低頻矩形波勵(lì)磁,提高了流量測(cè)量的穩(wěn)定性,功率損耗低
8.特殊介質(zhì)測(cè)量(如漿液)采用高頻勵(lì)磁,消除雜波干擾
9.采用16位嵌入式微處理器,運(yùn)算速度快,精度高
10.全數(shù)字處理,抗干擾能力強(qiáng),測(cè)量可靠,精度高
11.超低EMI開(kāi)關(guān)電源,適用電源電壓變化范圍大,抗EMC性能好
12.用單塊電路板完成所有功能設(shè)計(jì),采用SMD器件和表面帖裝SMT)技術(shù),電路可靠性高
13.高清晰度背光中文LCD顯示,顯示累積流量、瞬時(shí)流量、流速、流量百分比等
14.菜單操作,使用方便,操作簡(jiǎn)單,易學(xué)易懂
15.雙向測(cè)量系統(tǒng),內(nèi)部具有三個(gè)積算器可分別顯示正向累計(jì)量、反向累計(jì)量及差值積算量
16.具有自檢與自診斷功能,并在屏幕上顯示
17.獨(dú)特的防雷設(shè)計(jì)
四、砂泥漿流量計(jì)解剖圖:
五、砂泥漿流量計(jì)電極選擇:
SUS316L不銹鋼電極 |
鈦電極 |
鉭電極 |
4、根據(jù)被測(cè)介質(zhì)的腐蝕性、磨損性及溫度來(lái)選擇襯里材料。
橡膠襯里示意圖 |
PO襯里示意圖 |
四氟襯里示意圖 |
5、電磁流量計(jì)防護(hù)等級(jí)。根據(jù)國(guó)標(biāo)GB4208-1984約同于國(guó)際電工委員會(huì)IEC標(biāo)準(zhǔn)(IEC529-7B),外殼防護(hù)等級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)為:IP65為防噴水型,即可允許水龍頭從任何方向?qū)x表噴水,噴水壓力為30Kpa。出水量為0.75m3/h,噴水口離儀表距離為3m;IP67為防浸水型,即儀表可全部浸入水中,***高點(diǎn)應(yīng)在水下至少150cm,持續(xù)時(shí)間至少30min。IP68為潛水型,能長(zhǎng)期在水下工作。根據(jù)以上規(guī)定,在地下安裝易被水淹的儀表應(yīng)選IP68,儀表在地上安裝的宜選IP65。
6、根據(jù)連接儀表管道的絕緣性選擇接地。
7、根據(jù)被測(cè)介質(zhì)的***高壓力選擇電磁流量計(jì)的公稱(chēng)壓力。對(duì)于介質(zhì)壓力為10MPa、16MPa、25MPa、32MPa幾個(gè)等級(jí)的流量測(cè)量,應(yīng)選用高壓型電磁流量計(jì)流量計(jì)。其***大口徑為100mm。
電磁流量計(jì)前方***少要有5*D(D為流量計(jì)內(nèi)徑)長(zhǎng)度的直管段,后方***少要有3*D(D為流量計(jì)內(nèi)徑)長(zhǎng)度的直管段;
流體的流動(dòng)方向和流量計(jì)的箭頭方向一致;
管道內(nèi)要有真空會(huì)損壞流量計(jì)的內(nèi)襯,需特別注意;
在電磁流量計(jì)附近應(yīng)無(wú)強(qiáng)電磁場(chǎng);
在電磁流量計(jì)附近應(yīng)有充裕的空間,以便安裝和維護(hù);
若測(cè)量管道有振動(dòng),在流量計(jì)的兩邊應(yīng)有固定的支座測(cè)量不同介質(zhì)的混合液體時(shí)混合點(diǎn)與流量計(jì)之間的距離***少要有30×D(D砂漿流量計(jì)內(nèi)徑)長(zhǎng)度為方便今后流量計(jì)的清洗和維護(hù),應(yīng)安裝旁通管道;
六、砂泥漿流量計(jì)現(xiàn)場(chǎng)示意圖:
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砂泥漿流量計(jì)特點(diǎn) |
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●儀表結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠、無(wú)可動(dòng)部件,工作壽命長(zhǎng)。 |
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砂泥漿流量計(jì) 技術(shù)參數(shù) |
表1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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污水計(jì)量表產(chǎn)品選型 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
1、量程范圍確認(rèn) 一般工業(yè)用電磁流量計(jì)被測(cè)介質(zhì)流速發(fā)2~4m/s為宜,在特殊情況下,較低流速應(yīng)不小于0.1m/s,***高不大于8m/s。若介質(zhì)中含有固體顆粒,常用流速應(yīng)小于3m/s,防止襯里和電極的過(guò)分磨擦;對(duì)于粘滯流體,流速可選擇大于2m/s,較大的流速有助于自動(dòng)消除電極上附著的粘滯物的作用,有利于提高測(cè)量精度。在量程Q已確定的條件下,即可根據(jù)上述流速V的范圍決定流量計(jì)口徑D的大小,其值由下式計(jì)算: |
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Q:流量(m3/h) D:管道內(nèi)徑(m) V:流速(m/h) 電磁流量計(jì)的量程Q應(yīng)大于預(yù)計(jì)的量大流量值,而正常的流量值以稍大于流量計(jì)滿(mǎn)量程高刻度的50%為宜。 2、參考流量范圍 |
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表2 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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產(chǎn)安裝與使用1、對(duì)外部環(huán)境的要求 a、流量計(jì)應(yīng)避免安裝在溫度變化很大或受到設(shè)備高溫輻射的場(chǎng)所,若必須安裝時(shí),須有隔熱、通風(fēng)的措施。 b、流量計(jì)***好安裝在室內(nèi),若必須安裝于室外,應(yīng)避免雨水淋澆,積水受淹及太陽(yáng)曝曬,須有防潮和防曬措施。 c、流量計(jì)應(yīng)避免安裝在含有腐蝕性氣體的環(huán)境中,必須安裝時(shí),須有通風(fēng)措施。 d、為了安裝、維護(hù)、保養(yǎng)、方便,在流量計(jì)周?chē)栌谐鋵?shí)的安裝空間。 e、流量計(jì)安裝場(chǎng)所應(yīng)避免有強(qiáng)磁場(chǎng)及強(qiáng)振動(dòng)源,如管道振動(dòng)大,在流量計(jì)兩邊應(yīng)有固定管道的支座。 2、對(duì)直管段的要求 為了改善渦流與流場(chǎng)畸變的影響,流量計(jì)安裝的前、后直管段長(zhǎng)度有一定要求,否則會(huì)影響測(cè)量精度(也可安裝整流器,盡量避免在靠近調(diào)節(jié)閥和半開(kāi)閥門(mén)之后安裝)。 |
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6、傳感器的接地 為了使儀表可靠的工作,提高測(cè)量精度,不受外界寄生電勢(shì)的干擾,傳感器應(yīng)有良好的單獨(dú)接地線(xiàn),接地電阻<10Ω。在連接傳感器的管道內(nèi)若涂有絕緣層或是非金屬管道時(shí),傳感器兩側(cè)還應(yīng)加裝接地環(huán)。 a、在金屬管道上的接地方式:金屬管道內(nèi)避沒(méi)有絕緣層,按下圖接地。 |
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8、電磁流量計(jì)的搬運(yùn) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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泥漿流量計(jì) 接線(xiàn)指南 |
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泥漿流量計(jì)優(yōu)勢(shì)產(chǎn)品:
智能電磁流量計(jì)安裝示范
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5結(jié)語(yǔ)
通過(guò)對(duì)新型泥漿流量計(jì)測(cè)試含貝殼泥沙海水混合液體介質(zhì)并與現(xiàn)役電磁流量計(jì)對(duì)比可知,新型超聲波流量計(jì)、聲吶陣列流量計(jì)所測(cè)介質(zhì)流速大于現(xiàn)役電磁流量計(jì)所測(cè)介質(zhì)流速;在施工穩(wěn)定階段,新型聲吶陣列流量計(jì)流速測(cè)量具有更好的穩(wěn)定性,新型超聲波流量計(jì)與船舶現(xiàn)役電磁流量計(jì)流速測(cè)量穩(wěn)定性相當(dāng)。綜合考慮泥漿流量計(jì)固有特性及測(cè)試結(jié)果,新型超聲波流量計(jì)與聲吶陣列流量計(jì)流速測(cè)量穩(wěn)定性滿(mǎn)足疏浚船舶要求,適用于疏浚船舶。