流量仪表技术.ppt

流量仪表技术 一 流量的基本概念 流量定义 流量就是在单位时间内流体通过一定截面积的量 这个量用流体的体积来表示称为瞬时体积流量 qv 简称体积流量 用流量的质量来表示称为瞬时质量流量 qm 简称质量流量 流量计量 对在一定通道内流动的流体的流量进行测量统称为流量计量 流量测量的流体是多样化的 如测量对象有气体 液体 混合流体 流体的温度 压力 流量均有较大的差异 要求的测量准确度也各不相同 因此 流量测量的任务就是根据测量目的 被测流体的种类 流动状态 测量场所等测量条件 研究各种相应的测量方法 并保证流量量值的正确传递 流量计量中常用的物性参数 在流量测量和计算中 要使用到一些流体的物理性质 流体物性 它们对流量测量的准确度及流量计的选用都有很大影响 1 流体的密度 单位体积流体的质量 流体密度与温度和压力有关 2 流体的粘度 流体本身阻滞其质点相对滑动的性质称为流体的粘性 同一流体的粘度随流体的温度和压力而变化 通常温度上升 液体的粘度下降 而气体粘度上升 液体粘度只在很高压力下才需进行压力修正 而气体的粘度与压力 温度的关系十分密切 3 热膨胀率 指流体温度变化1 时其体积的相对变化率4 压缩系数 指当流体温度不变 所受压力变化时 其体积的变化率 5 雷诺数 是流体惯性力与粘性力之比 如雷诺数小 粘性力占主要地位 粘性对整个流场的影响都是重要的 如雷诺数很大 则惯性力是主要的 粘性对流动的影响只有在附面层内或速度梯度较大的区域才是重要的 流量测量方法 流量测量方法大致可以归纳为以下几类 1 利用伯努利方程原理 通过测量流体差压信号来反映流量的差压式流量测量法 2 通过直接测量流体流速来得出流量的速度式流量测量法 3 利用标准小容积来连续测量流量的容积式测量 4 以测量流体质量流量为目的的质量流量测量法 流量仪表的分类 流量仪表的主要技术参数 流量范围 流量范围指流量计可测的最大流量与最小流量的范围 量程和量程比 流量范围内最大流量与最小流量值之差称为流量计的量程 最大流量与最小流量的比值称为量程比 亦称流量计的范围度 允许误差和精度等级 流量仪表在规定的正常工作条件下允许的最大误差 称为该流量仪表的允许误差 一般用最大相对误差和引用误差来表示 流量仪表的精度等级是根据允许误差的大小来划分的 其精度等级有 0 02 0 05 0 1 0 2 0 5 1 0 1 5 2 5等 压力损失 压力损失的大小是流量仪表选型的一个重要技术指标 压力损失小 流体能消耗小 输运流体的动力要求小 测量成本低 反之则能耗大 经济效益相应降低 故希望流量计的压力损失愈小愈好 流量计的类型 目前已投入使用的流量计已超过100种 从不同的角度出发 流量计有不同的分类方法 常用的分类方法有两种 一是按流量计采用的测量原理进行归纳分类 二是按流量计的结构原理进行分类 一 按测量原理分类 1 力学原理 属于此类原理的仪表有利用伯努利定理的差压式 转子式 利用动量定理的冲量式 可动管式 利用牛顿第二定律的直接质量式 利用流体动量原理的靶式 利用角动量定理的涡轮式 利用流体振荡原理的旋涡式 涡街式 利用总静压力差的皮托管式以及容积式和堰 槽式等等 2 电学原理 用于此类原理的仪表有电磁式 差动电容式 电感式 应变电阻式等 3 声学原理 利用声学原理进行流量测量的有超声波式 声学式 冲击波式 等 4 热学原理 利用热学原理测量流量的有热量式 直接量热式 间接量热式等 5 光学原理 激光式 光电式等是属于此类原理的仪表 6 原子物理原理 核磁共振式 核幅射式等是属于此类原理的仪表 7 其它原理 有标记原理 示踪原理 核磁共振原理 相关原理等 二 按流量计结构原理分类按当前流量计产品的实际情况 根据流量计的结构原理 大致上可归纳为以下几种类型 1 容积式流量计容积式流量计相当于一个标准容积的容器 它接连不断地对流动介质进行度量 流量越大 度量的次数越多 输出的频率越高 容积式流量计的原理比较简单 适于测量高粘度 低雷诺数的流体 根据回转体形状不同 目前生产的产品分 适于测量液体流量的椭圆齿轮流量计 腰轮流量计 罗茨流量计 旋转活塞和刮板式流量计 适于测量气体流量的伺服式容积流量计 皮膜式和转简流量计等 2 叶轮式流量计叶轮式流量计的工作原理是将叶轮置于被测流体中 受流体流动的冲击而旋转 以叶轮旋转的快慢来反映流量的大小 典型的叶轮式流量计是水表和涡轮流量计 其结构可以是机械传动输出式或电脉冲输出式 一般机械式传动输出的水表准确度较低 误差约 2 但结构简单 造价低 国内已批量生产 并标准化 通用化和系列化 电脉冲信号输出的涡轮流量计的准确度较高 一般误差为 0 2 一0 5 3 差压式流量计 变压降式流量计 差压式流量计由一次装置和二次装置组成 一次装置称流量测量元件 它安装在被测流体的管道中 产生与流量 流速 成比例的压力差 供二次装置进行流量显示 二次装置称显示仪表 它接收测量元件产生的差压信号 并将其转换为相应的流量进行显示 差压流量计的一次装置常为节流装置或动压测定装置 皮托管 均速管等 二次装置为各种机械式 电子式 组合式差压计配以流量显示仪表 差压计的差压敏感元件多为弹性元件 由于差压和流量呈平方根关系 故流量显示仪表都配有开平方装置 以使流量刻度线性化 多数仪表还设有流量积算装置 以显示累积流量 以便经济核算 这种利用差压测量流量的方法历史悠久 比较成熟 世界各国一般都用在比较重要的场合 约占各种流量测量方式的70 发电厂主蒸汽 给水 凝结水等的流量测量都采用这种表计 4 变面积式流量计 等压降式流量计 放在上大下小的锥形流道中的浮子受到自下而上流动的流体的作用力而移动 当此作用力与浮子的 显示重量 浮子本身的重量减去它所受流体的浮力 相平衡时 俘子即静止 浮子静止的高度可作为流量大小的量度 由于流量计的通流截面积随浮子高度不同而异 而浮子稳定不动时上下部分的压力差相等 因此该型流量计称变面积式流量计或等压降式流量计 该式流量计的典型仪表是转子 浮子 流量计 5 动量式流量计利用测量流体的动量来反映流量大小的流量计称动量式流量计 由于流动流体的动量P与流体的密度及流速v的平方成正比 即pv2 当通流截面确定时 v与容积流量Q成正比 故pQ2 设比例系数为A 则Q A因此 测得P 即可反映流量Q 这种型式的流量计 大多利用检测元件把动量转换为压力 位移或力等 然后测量流量 这种流量计的典型仪表是靶式和转动翼板式流量计 6 冲量式流量计利用冲量定理测量流量的流量计称冲量式流量计 多用于测量颗粒状固体介质的流量 还用来测泥浆 结晶型液体和研磨料等的流量 流量测量范围从每小时几公斤到近万吨 典型的仪表是水平分力式冲量流量计 其测量原理是当被测介质从一定高度h自由下落到有倾斜角的检测板上产生一个冲力 冲力的水平分力与质量流量成正比 故测量这个水平分力即可反映质量流量的大小 按信号 九 的检测方式 该型流量计分位移检测型和直接测力型 7 电磁流量计电磁流量计是应用导电体在磁场中运动产生感应电动势 而感应电动势又和流量大小成正比 通过测电动势来反映管道流量的原理而制成的 其测量精度和灵敏度都较高 工业上多用以测量水 矿浆等介质的流量 可测最大管径达2m 而且压损极小 但导电率低的介质 如气体 蒸汽等则不能应用 电磁流量计造价较高 且信号易受外磁场干扰 影响了在工业管流测量中的广泛应用 为此 产品在不断改进更新 向微机化发展 8 超声波流量计超声波流量计是基于超声波在流动介质中传播的速度等于被测介质的平均流速和声波本身速度的几何和的原理而设计的 它也是由测流速来反映流量大小的 超声波流量计虽然在70年代才出现 但由于它可以制成非接触型式 并可与超声波水位计联动进行开口流量测量 对流体又不产生扰动和阻力 所以很受欢迎 是一种很有发展前途的流量计 利用多普勒效应制造的超声多普勒流量计近年来得到广泛的关注 被认为是非接触测量双相流的理想仪表 9 流体振荡式流量计流体振荡式流量计是利用流体在特定流道条件下流动时将产生振荡 且振荡的频率与流速成比例这一原理设计的 当通流截面一定时 流速与导容积流量成正比 因此 测量振荡频率即可测得流量 这种流量计是70年代开发和发展起来的 由于它兼有无转动部件和脉冲数字输出的优点 很有发展前途 目前典型的产品有涡街流量计 旋进旋涡流量计 10 质量流量计由于流体的容积受温度 压力等参数的影响 用容积流量表示流量大小时需给出介质的参数 在介质参数不断变化的情况下 往往难以达到这一要求 而造成仪表显示值失真 因此 质量流量计就得到广泛的应用和重视 质量流量计分直接式和间接式两种 直接式质量流量计利用与质量流量直接有关的原理进行测量 目前常用的有量热式 角动量式 振动陀螺式 马格努斯效应式和科里奥利力式等质量流量计 间接式质量流量计是用密度计与容积流量直接相乘求得质量流量的 差压式流量计 一 概述差压式流量计 以下简称DPF或流量计 是根据安装于管道中流量检测件产生的差压 已知的流体条件和检测件与管道的几何尺寸来测量流量的仪表 DPF由一次装置 检测件 和二次装置 差压转换和流量显示仪表 组成 通常以检测件的型式对DPF分类 如孔扳流量计 文丘里管流量计及均速管流量计等 二次装置为各种机械 电子 机电一体式差压计 差压变送器和流量显示及计算仪表 它已发展为三化 系列化 通用化及标准化 程度很高的种类规格庞杂的一大类仪表 差压计既可用于测量流量参数 也可测量其他参数 如压力 物位 密度等 DPF按其检测件的作用原理可分为节流式 动压头式 水力阻力式 离心式 动压增益式和射流式等几大类 其中以节流式和动压头式应用最为广泛 二 工作原理充满管道的流体 当它流经管道内的节流件时 如下图所示 流速将在节流件处形成局部收缩 因而流速增加 静压力降低 于是在节流件前后便产生了压差 流体流量愈大 产生的压差愈大 这样可依据压差来衡量流量的大小 这种测量方法是以流动连续性方程 质量守恒定律 和伯努利方程 能量守恒定律 为基础的 压差的大小不仅与流量还与其他许多因素有关 例如当节流装置形式或管道内流体的物理性质 密度 粘度 不同时 在同样大小的流量下产生的压差也是不同的 孔板附近的流速和压力分布图 差压式流量计的分类 标准节流元件的结构形式 1 标准孔板 标准孔板是一块具有与管道同心圆形开孔的圆板 迎流一侧是有锐利直角入口边缘的圆筒形孔 顺流的出口呈扩散的锥形 孔板开孔的上游侧边缘应是锐利的直角 标准孔板有三种取压方式 角接 法兰及D D 2取压 为从两个方向的任一个方向测量流量 可采用对称孔板 节流孔的两个边缘均符合直角边缘孔板上游边缘的特性 且孔板全部厚度不超过节流孔的厚度 结构简单 加工方便 价格便宜压力损失较大 测量精度较低 只适用于洁净流体介质 测量大管径高温高压介质时 孔板易变形 标准孔板 法兰取压装置 目前广泛采用的是角接取压法 其次是法兰取压法 角接取压法比较简便 容易实现环室取压 测量精度较高 法兰取压法结构较简单 容易装配 计算也方便 但精度较角接取压法低些 角接取压装置 2 标准喷嘴 标准喷嘴是一种以管道轴线为中心线的旋转对称体 主要由入口圆弧收缩部分与出口圆筒形喉部组成 有ISAl932喷嘴和长径喷嘴两种型式 ISA1932喷嘴 长径喷嘴 3 文丘里管文丘里管有两种标准型式 经典文丘里管与文丘里喷嘴 文丘里管压力损失最低 有较高的测量精度 对流体中的悬浮物不敏感 可用于污脏流体介质的流量测量 在大管径流量测量方面应用的较多 但尺寸大 笨重 加工困难 成本高 一般用在有特殊要求的场合 节流式差压流量计的主要特点 节流件标准孔板结构易于复制 简单 牢固 性能稳定可靠 使用期限长 价格低廉 节流式DPF应用范围极广泛 至今尚无任何一类流量计可与之相比 全部单相流体 包括液 气 蒸汽皆可测量 部分混相流 如气固 气液 液固等亦可应用 一般生产过程的管径 工作状态 压力 温度 皆有产品 节流式DPF主要存在以下缺点 1 测量的重复性 精确度在流量计中属于中等水平 由于众多因素的影响错综复杂 精确度难以提高 2 范围度窄 由于仪表信号 差压 与流量为平方关系 一般范围度仅3 1 4 1 3 现场安装条件要求较高 如需较长的直管段 指孔板 喷嘴 一般难以满足 4 检测件与差压显示仪表之间引压管线为薄弱环节 易产生泄漏 堵塞 冻结及信号失真等故障 5 压损大 指孔板 喷嘴 选用考虑要点 选用考虑因素的五个方面为仪表性能 流体特性 安装条件 环境条件和经济因素 1 仪表性能方面 1 精确度 重复性 线性度 流量范围和范围度 2 压力损失 DPF压力损失大是它的一个弱点 DPF各类节流装置中孔板和喷嘴是压损较大的节流件 各种流量管 文丘里管 道尔管 罗洛斯管 通用文丘里管等 则是低压损的节流装置 它们压损仅为孔板的20 甚至低达5 10 动压头式DPF 均速管流量计 则以低压损著称 2 流体特性方面 1 流体物性参数的确定 流体物性参数包括密度 粘度 等熵指数 湿度等 2 流体的腐蚀 磨蚀 结垢 脏污等 3 安装条件方面主要考虑直管段 前10D 后5D 4 环境条件方面DPF的差压变送器和流量显示仪两部分有微处理器和电子元器件 它们对环境条件的要求与一般电子仪表是一样的 5 经济因素方面经济因素包括购置费 安装费 运行费 校验费 维护费和备品备件 安装注意事项 1安装注意事项节流式DPF的安装要求包括管道条件 管道连接情况 取压口结构 节流装置上下游直管段长度以及差压信号管路的敷设情况等 安装要求必须按规范施工 偏离要求产生的测量误差 虽然有些可以修正 但大部分是无法定量确定的 因此现场的安装应严格按照标准的规定执行 否则产生的测量误差甚至无法定性确定 测量管及其安装测量管是指节流件上下游直管段 包括节流件夹持环及流动调整器 如果使用时 典型的测量管如图所示 测量管是节流装置的重要组成部分 其结构及几何尺寸对进入节流件流体的流动状态有重要影响 所以在标准中对测量管的结构尺寸及安装有详细的规定 对于测量管及其安装应注意以下内容 1 直管段管道内径的确定方法 2 直管段的直度和圆度 3 直管段的内表面状况 4 直管段的必要长度 5 节流件夹持环 6 流动调整器 3 差压信号管路的安装根据被测介质和节流装置与差压变送器 或差压计 的相对位置 差压信号管路有以下几种安装方式 被测流体为清洁液体时 信号管路的安装方式如图所示 被测流体为清洁液体是 信号管路安装示意 a 仪表在管道下方 b 仪表在管道上方 c 垂直管道 被测流体为高温液体 被测流体为清洁干气体时 信号管路的安装凡是如下图所示 被测流体为清洁干气体时 信号管路安装示意 a 仪表在管道下方 b 仪表在管道上方 c 垂直管道 仪表在取压口上方 d 垂直管道 仪表在取压口下方 被测流体为水蒸气时 信号管路的安装方式如下图所示 图被测流体为水蒸气时 信号管路安装示意 a 仪表在管道下方 b 仪表在管道上方 c 垂直管道 仪表在取压口下方 d 仪表在管道下方 同 a 图 仅冷凝器安装方式不同 可任意选用 被测流体为清洁湿气体时 信号管路的安装方式如下图所示 被测流体为湿气体时 信号管路安装示意 差压流量计维护 导压系统维护 跑冒滴漏检测回路检查 变送器配电 回路电阻 接线端子变送器定期校验 每年校验一次 节流装置的检查 定期更换密封垫片 检查节流装置磨损情况 容积式流量仪表 容积式流量测量是采用固定的小容积来反复计量通过流量计的流体体积 所以 在容积式流量计内部必须具有构成一个标准体积的空间 通常称其为容积式流量计的 计量空间 或 计量室 这个空间由仪表壳的内壁和流量计转动部件一起构成 容积式流量计的工作原理为 流体通过流量计 就会在流量计进出口之间产生一定的压力差 流量计的转动部件 简称转子 在这个压力差作用下特产生旋转 并将流体由入口排向出口 在这个过程中 流体一次次地充满流量计的 计量空间 然后又不断地被送往出口 在给定流量计条件下 该计量空间的体积是确定的 只要测得转子的转动次数 就可以得到通过流量计的流体体积的累积值 常见的容积式流量计有齿轮型 刮板型和旋转活塞型等三种型式 1 齿轮型容积式流量计这种流量计的壳体内装有两个转子 直接或间接地相互啮合 在流量计进口与出口之间的压差作用下产生转动 通过齿轮的旋转 不断地将充满在齿轮与壳体之间的 计量空间 中的流体排出 通过测量齿轮转动次数 可得到通过流量计的流体量 下图给出椭圆齿轮型容积流量计 也称奥巴尔容积流量计 的示意图 齿轮的转动通过磁性密封联轴器及传动减速机构传递给计数器直接指示出流经流量计的总量 若附加发信装置后 再配以电显示仪表可实现远传只是瞬时流量或累积流量 椭圆齿轮流量计工作示意图 齿轮流量计可用于各种液体流量的测量 尤其是用于油流量的准确测量 在高压力 大流量的气体流量测量中 这类流量计也有应用 由于椭圆齿轮容积流量计直接依靠测量轮啮合 因此对介质的清洁要求较高 不允许有固体颗粒杂质通过流量计 2 刮板式容积流量计刮板式流量计也是一种较常见的容积式流量计 在这种流量计的转子上装有两对可以径向内外滑动的刮板 转子在流量计进 出口差压作用下转动 每转动一周排出四份 计量空间 的流体体积 与前一类流量计相同 只要测出转动次数 就可以计算出排出流体的体积量 3 旋转活塞式容积流量计获至宝旋转活塞式 也称为摆动活塞式 容积流量计的结构与工作原理可如图所示 旋转活塞位于固定的内外圈3 4之间 活塞的轴6靠着导辊5滚动 中间隔板1将计量空间分成两部分 活塞2的上缺口和隔板1咬合 当活塞依箭头方向运动时与隔板1成直线运动 活塞在进出口流体压力差的作用下 始终与内外圆桶壁紧密接触旋转 交替不断地将活塞与内外圆筒之间的流体排出 通过计算活塞旋转次数可得到流过的流体量 旋转活塞式容积流量计具有通流能力较大的优点 它的不足是在工作过程会有一定的泄漏 所以准确度较低 腰轮流量计的构造框图如图2所示 流量由测量部和积算部两大部分组成 必要时可附加自动温度补偿器 自动压力补偿器 发信器和高温延伸 散热 件等 1 计量室腰轮流量计由一对腰轮和壳体构成 两腰轮是有互为共轭曲线的转子 与腰轮同轴装有驱动齿轮 被测流量推动转子旋转 转子间由驱动齿轮相互驱动 腰轮 计量室壳体一般由铸铁 铸钢或不锈钢制成 要根据流体腐蚀性及其工作压力 温度选用 计量室也有单独制成 与仪表外壳分离 这样计量室就不承受静压 没有静压引起变形的附加误差 2 传动机构传动机构包括磁性联轴器 或机械密封装置 和减速变速机构 变速调整机构由 齿轮对 组合而成 3 积算器和指示表头类型较多 有指针式指示和数字式指示 有不带复位计数器和带复位计数器 也由带瞬时流量指示 带打印机 带设定部 等等 4 自动温度补偿器对被测介质温度变化影响进行连续自动补偿 有机械式 也有电气电子式 5 自动压力补偿器对被测介质静压变化影响作自动修正 6 发信器发信器有多种形式 有接触式和非接触式 容积式流量计的选择根据被测介质和测量范围的不同 选择合适的流量计 对于高粘度的油类 可考虑采用刮板式容积流量计 对于低粘度的油类以及水的测量 可考虑采用椭圆齿轮式 腰轮式等容积式流量计 对于准确度要求不高的场合 也可采用旋转活塞式或刮扳式容积流量计 对于气体流量的测量 一般可采用转筒式或旋转活塞式容积流量计 在煤气的测量中 较常用的是皮膜式容积式流量计 在一些准确度要求较高的测量中 齿轮型气体容积流量计也被采用 容积式流量计的量限确定 通常采用这样的方法 下限流量qmin 是根据流量计误差特性来决定 即该最小流量时的误差必须在允许误差范围之内 上限流量qmax 是考虑流量计运动部件的磨损情况而决定 流量过大 会导致流量计运动部件加速磨损而引起泄漏量增加 误差增加 般的选择为qmax 5 10qmin 容积式流量计的优点和缺点 一 优点 1 PDF计量精度高 基本误差一般为 0 5 R 特殊的可达 0 2 R或更高 通常在昂贵介质或需要精确计量的场合使用 2 PDF在旋转流和管道阻流件流速场畸变时对计量精确度没有影响 没有前置直管段要求 这一点在现场使用中有重要的意义 3 PDF可用于高粘度流体的测量 范围度宽 一般为10 1到5 1 特殊的可达30 1或更大 4 PDF是直读式仪表 无需外部能源 可直接获得累计总量 清晰明了 操作简便 5 在以体积流量计组合的间接法质量流量测量中 PDF与速度式等推导体积流量计相比 所的体积是直接几何量 体积量的影响因素要单纯些 在不适合采取密度计测量的高压天然气测量中 不易处理的气体压缩系数 用PDF可间接求得 二 缺点 1 PDF结构复杂 体积大 笨重 尤其较大口径PDF体积庞大 故一般只适用于中小口径 与其他几类通用流量计 如差压式 浮子式 电磁式 相比 PDF的被测介质种类 介质工况 温度 压力 口径局限性较大 适应范围窄 2 由于高温下零件热膨胀 变形 低温下材质变脆等问题 PDF一般不适用于高低温场合 目前可使用温度范围大致在 30 160 压力最高为10MPa 3 大部分PDF仪表只适用洁净单相流体 含有颗粒 脏污物时上游需装过滤器 既增加压损 又增加维护工作 如测量含有气体的液体必须装设气体分离器 4 PDF安全性差 如检测活动件卡死 流体就无法通过 断流管系就不能应用 但有些结构设计 如Instromet公司腰轮流量计 在壳体内置一旁路 当检测活动元件卡死 流体可从旁路通过 5 部分形式PDF仪表 如椭圆齿轮式 腰轮式 旋转活塞式等 在测量过程中会给流动带来脉动 较大口径仪表还会产生噪声 甚至是管道产生振动 容积式流量计的安装要点容积式流景计有一个很大的优点 不需要有较长的前后直管段来形成管内稳定流速分布 这是因为它直接对流体容积进行计量 而不是通过测量流速来得到流量 因此 对管内的速度分布没有要求 这给现场安装带来很大方便 但是容积式流量计的动静部件之间的间隙很小 为保证测量的精度 一般不允许有磨损产生 所以 容积式流量计对介质的清洁度有 定要求 不能有大量固体微粒进入流量计 在测量含有固体微粒的流体 如河水等 时 必须在流量计前加装介质过滤装置 对测量含有气泡的介质时 应该在流量计前安装气体分离装置 以免气体体积被计量在内 而影响液体流量的测量准确度 使用注意事项 1 清洗管线新投管线运行前要清扫 往往随后还要用实流冲洗 以去除残留焊屑垢皮等 此时先应关闭仪表前后截止阀 让液流从旁路管流过 若无旁路管 仪表位置应装短管代替 2 排尽气体通常实液扫线后 管道内还残留较多空气 随着加压运行 空气以较高流速流过PDF 活动测量元件可能过速运转 损伤轴和轴承 因此开始时要缓慢增加流量 使空气渐渐外逸 3 旁路管切换顺序液流从旁路管转入仪表时 启闭要缓慢 特别在高温高压管线上更应注意 启用时第1步徐徐开启A阀 液体先在旁路管流动一段时间 第2步徐徐开启B阀 第3步徐徐开启C阀 第4步徐徐关闭A阀 关闭时按上述逆顺序动作操作 启动后通过最低位指针或字轮和秒表 确认未达过度流动 最佳流量应控制在 70 80 最大流量 以保证仪表使用寿命 4 监查过滤器新线启动过滤器网最易被打破 试运行后要及时检查网是否完好 同时过滤网清洁无污物时记录下常用流量下的压力损失这两个参数 今后不必卸下检查网堵塞状况 即以压力损失增加程度判断是是否要清洗 5 测量高粘度液体用于高粘度液体 一般均加热后使之流动 当仪表停用后 其内部液体冷却而变稠 再启用时必须先加热待液体粘度降低后才让液体流过仪表 否则会咬住活动测量元件使仪表损坏 6 加润滑油气体用等PDF启用前必须加润滑油 日常运行也经常检查润滑油存量的液位计 7 避免急剧流量变化使用气体腰轮流量计时 应注意不能有急剧的流量变化 如使用快开阀 因腰轮的惯性作用 急剧流量变化将产生较大附加惯性力 使转子损坏 用作控制系统的检测仪表时 若下游控制突然截止流动 转子一时停不下来 产生压气机效应 下游压力升高 然后倒流 发出错误信号 8 冲洗管道用蒸汽禁止通过PDF 浮子流量计 浮子流量计是以浮子在垂直锥形管中随着流量变化而升降 改变它们之间的流通面积来进行测量的体积流量仪表 又称转子流量计 浮子流量计的流量检测元件是由一根自下向上扩大的垂直锥形管和一个沿着锥管轴上下移动的浮子组所组成 工作原理如图1所示 被测流体从下向上经过锥管1和浮子2形成的环隙3时 浮子上下端产生差压形成浮子上升的力 当浮子所受上升力大于浸在流体中浮子重量时 浮子便上升 环隙面积随之增大 环隙处流体流速立即下降 浮子上下端差压降低 作用于浮子的上升力亦随着减少 直到上升力等于浸在流体中浮子重量时 浮子便稳定在某一高度 浮子在锥管中高度和通过的流量有对应关系 口径15 40mm透明锥形管浮子流量计典型结构如图2所示 透明锥形管4用得最普遍是由硼硅玻璃制成 习惯简称玻璃管浮子流量计 流量分度直接刻在锥管4外壁上 也有在锥管旁另装分度标尺 锥管内腔有圆锥体平滑面和带导向棱筋 或平面 两种 浮子在锥管内自由移动 或在锥管棱筋导向下移动 较大口平滑面内壁仪表还有采用导杆导向 图3是直角型安装方式金属管浮子流量计典型结构 通常适用于口径15 40mm以上仪表 锥管5和浮子4组成流量检测元件 套管 图3未表示 内有导杆3的延伸部分 通过磁钢耦合等方式 将浮子的位移传给套管外的转换部分 转换部分有就地指示和远传信号输出两大类型 除直角安装方式结构外还有进出口中线与锥管同心的直通型结构 通常用于口径小于10 15mm的仪表 浮子流量计的优点和缺点 一 优点1 浮子流量计使用于小管径和低流速 常用仪表口径40 50mm以下 最小口径做到1 5 4mm 适用于测量低流速小流量 以液体为例 口径10mm以下玻璃管浮子流量计满度流量的名义管径 流速只在0 2 0 6m s之间 甚至低于0 1m s 金属管浮子流量计和口径大于15mm的玻璃管浮子流量计稍高些 流速在0 5 1 5m s之间 2 浮子流量计可用于较低雷诺数 选用粘度不敏感形状的浮子 流通环隙处雷诺数只要大于40或500 雷诺数变化流量系数即保持常数 亦即流体粘度变化不影响流量系数 这数值远低于标准孔板等节流差压式仪表最低雷诺数104 105的要求 大部分浮子流量计没有上游直管段要求 或者说对上游直管段要求不高 3 浮子流量计有较宽的流量范围度 一般为10 1 最低为5 1 最高为25 1 流量检测元件的输出接近于线性 压力损失较低 4 玻璃管浮子流量计结构简单 价格低廉 只要在现场指示流量者使用方便 缺点是有玻璃管易碎的风险 尤其是无导向结构浮子用于气体 5 金属管浮子流量计无锥管破裂的风险 与玻璃管浮子流量计相比 使用温度和压力范围宽 二 缺点 1 大部分结构浮子流量计只能用于自下向上垂直流的管道安装 2 浮子流量计应用局限于中小管径 普通全流型浮子流量计不能用于大管径 玻璃管浮子流量计最大口径100mm 金属管浮子流量计为150mm 更大管径只能用分流型仪表 3 使用流体和出厂标定流体不同时 要作流量示值修正 液体用浮子流量计通常以水标定 气体用空气标定 如实际使用流体密度 粘度与之不同 流量要偏离原分度值 要作换算修正 浮子流量计的分类 1 按锥形管材料分类类型 1 透明锥形管浮子流量计透明锥形管材料用得最多的是玻璃 无导向结构仪表测量气体时操作不慎 玻璃管易被击碎 还有用透明工程塑料如聚苯乙烯 聚碳酸酯 有机玻璃等制成 具有不易击碎之优点 2 金属管锥形管浮子流量计与透明锥形管浮子流量计相比 可用于较高的介质温度和压力 且无玻璃管浮子流量计锥管被击碎的潜在危险 图3所示典型结构是锥形管与壳体制成一体结构 也有锥管套入壳体的分离结构 改变流量规格只要调换不同圆锥角的锥管 使用较为灵便 2 按有否远传信号输出分类类型 1 就地指示型浮子流量计有些透明管浮子流量计以就地指示为主 装有接近开关 作流量上下限报警信号输出 有些就地指示型金属管浮子流量计外形与远传信号输出相同 只是将浮子位移通过磁耦合传出 经连杆凸轮等线性化机构处理后就地指示 2 远传信号输出型浮子流量计远传信号输出型仪表的转换部分将浮子位移量转换成电流或气压模拟量信号输出 分别成为电远传浮子流量计和气远传浮子流量计 浮子流量计的选用 浮子流量计作为直观流动指示或测量精确度要求不高的现场指示仪表 占浮子流量计应用的90 以上 被广泛地用在电力 石化 化工 冶金 医药等流程工业和污水处理等公用事业 1 类型和结构选择浮子流量计主要测量对象是单相液体或气体 液体中含有微粒固体或气体中含有液滴通常不适用 因为浮子在液流中附着微粒或微小气泡均会影响测量值 例如微流量仪表使用一段时期后浮子附着肉眼不出的附着层 也会改变流量示值百分之几 如只要现场指示 首先考虑价廉的玻璃管浮子流量计 如温度 压力不能胜任则选用就地指示金属管浮子流量计 玻璃管浮子流量计应选带有透明防护罩 一旦玻璃锥管破裂 可挡住流体正向散溅 以作紧急处理 用于气体时应选用导杆或带棱筋导向的仪表 以避免操作不慎浮子击碎锥管 如需要远传输出信号作总量积算或流量控制 一般选用电信号输出的金属管浮子流量计 如环境气氛有防爆要求而现场又有控制仪表用气源 则优先考虑气远传金属浮子流量计 若选用电远传仪表则必须是防爆型 测量不透明液体时选择金属管浮子流量计较为普遍 但也可选择带棱筋锥形管的玻璃管浮子流量计 借助浮子最大直径与棱筋接触的痕迹 以判读浮子的位置 测量温度高于环境温度的高粘度液体和降温易析出结晶或易凝固的液体 应选用带夹套的金属管浮子流量计 2 按实际使用介质密度选择仪表流量范围这里所谓实际使用状态介质密度 液体是指使用时的密度 气体指使用状态下的密度 3 示值分度 精确度和范围度直读型仪表的流量示值分度有Dt d比分度 百分比分度 直接流量分度和毫米分度四种 Dt d比分度是以浮子直径 与相应锥管内径Dt的比值表示 国内产品甚少采用 百分率分度是以满度流量作为100 浮子流量计为低中等精确度仪表 通用型玻璃浮子流量计的基本误差 口径小于6mm为2 5 5 FS 10 15mm为2 5 FS 25mm以上为1 2 5 FS 金属管浮子流量计就地指示型为1 2 5 FS 远传型为1 4 FS 耐腐型仪表的精确度还要低些 有些特殊结构仪表 例如表尺长度只有2 3倍浮子直径的短型玻璃管浮子流量计和高压型吹流型金属管浮子流量计精确度低至5 10级 玻璃管浮子流量计范围度大部分为10 1 短管型仪表口径100mm则为5 1 金属管浮子流量计为 5 1 10 1 4 材质选择应根据测量介质腐蚀特性 温度及相应防腐知识及材料耐温范围选用相应材料 如测量管材质 浮子材质 安装使用注意事项 1 仪表安装方向绝大部分浮子流量计必须垂直安装在无振动的管道上 不应有明显的倾斜 流体自下而上流过仪表 2用于污脏流体的安装应在仪表上游装过滤器 带有磁性耦合的金属管浮子流量计用于可能含铁磁性杂质流体时 应在仪表前装磁过滤器 3 脉动流的安装流动本身的脉动 如拟装仪表位置的上游有往复泵或调节阀 或下游有大负荷变化等 应改换测量位置或在管道系统予以补救改进 如加装缓冲罐 若是仪表自身的振荡 如测量时气体压力过低 仪表上游阀门未全开 调节阀未装在仪表下游等原因 应针对性改进克服 或改选用有阻尼装置的仪表 4 要排尽液体用仪表内气体进出口不在直线的角型金属浮子流量计 用于液体时注意外传浮子位移的引申套管内是否残留空气 必须排尽 若液体含有微小气泡流动时极易积聚在套管内 更应定时排气 这点对小口径仪表更为重要 否则影响流量示值明显 5 定期清洗保持浮子流量计测量管及浮子清洁 涡街流量计 涡街流量计是根据卡门涡街理论进行工作的 在流体 液体 气体或蒸汽 中插入一个柱形挡体 漩涡发生体 挡体两侧就会交替产生漩涡 漩涡频率与流速有关 采用压电传感器或差动电容传感器检测出漩涡频率 对频率信号进行调理后 送单片机作运算处理 可作出液体的流量和累积总量的现场显示 并可输出与流量成比例的脉冲信号 电流信号 RS 485通信信号或其它通信方式的信号 可用于测量液体 气体和蒸汽的流量 涡街流量计的特点 1 输出为脉冲频率 其频率与被测流体的实际体积流量成正比 它不受流体组分 密度 压力 温度的影响 2 测量范围宽 一般范围度可达10 1以上 3 精确度为中上水平 4 无可动部件 可靠性高 5 结构简单牢固 安装方便 维护费较低 6 应用范围广泛 可适用液体 气体和蒸气 涡街流量计的工作原理 涡街流量计作为一种新型流量计 80年代中期以来发展较快 它在流量测量方面有着诸多的优点和长处 在现代流量测量中应用越来越广泛 涡街流量计是基于流体振动发展起来的 根据旋涡的不同 检测方式从热丝式 热敏式逐渐发展了应力式 磁敏式及差动开关电容式 超声波式等 涡街流量计几乎可用于一切可形成旋涡列的场合 不仅可用于封闭的管道 还可用于开放的沟槽 与涡轮流量计相比 涡街流量计没有可动的机械部件 维护工作量小 仪表常数稳定 与孔板式流量计相比 涡街流量计测量范围大 压力损失小 准确度高 安装与维护简单 但涡街流量计的环境相关参数较多 容易在使用现场被忽略而影响流量计性能的正确发挥 涡街流量计是应用流体振荡原理来测量流量的 流体在管道中经过涡街流量变送器时 在三角柱的旋涡发生体后上下交替产生正比于流速的两列旋涡 旋涡的释放频率与流过旋涡发生体的流体平均速度及旋涡发生体特征宽度有关 可用下式表示 f Stv d 在流体中设置旋涡发生体 阻流体 从旋涡发生体两侧交替地产生有规则的旋涡 这种旋涡称为卡曼涡街 如图所示 旋涡列在旋涡发生体下游非对称地排列 设旋涡的发生频率为f 被测介质来流的平均速度为U 旋涡发生体迎面宽度为d 表体通径为D 根据卡曼涡街原理 有如下关系式 式中qVn qV 分别为标准状态下 0oC或20oC 101 325kPa 和工况下的体积流量 m3 h Pn P 分别为标准状态下和工况下的绝对压力 Pa Tn T 分别为标准状态下和工况下的热力学温度 K Zn Z 分别为标准状态下和工况下气体压缩系数 由上式可见 VSF输出的脉冲频率信号不受流体物性和组分变化的影响 即仪表系数在一定雷诺数范围内仅与旋涡发生体及管道的形状尺寸等有关 但是作为流量计在物料平衡及能源计量中需检测质量流量 这时流量计的输出信号应同时监测体积流量和流体密度 流体物性和组分对流量计量还是有直接影响的 涡街流量计的结构 检测元件流量计检测旋涡信号有5种方式 1 用设置在旋涡发生体内的检测元件直接检测发生体两侧差压 2 旋涡发生体上开设导压孔 在导压孔中安装检测元件检测发生体两侧差压 3 检测旋涡发生体周围交变环流 4 检测旋涡发生体背面交变差压 5 检测尾流中旋涡列 根据这5种检测方式 采用不同的检测技术 热敏 超声 应力 应变 电容 电磁 光电 光纤等 可以构成不同类型的VSF 转换器检测元件把涡街信号转换成电信号 该信号既微弱又含有不同成分的噪声 必须进行放大 滤波 整形等处理才能得出与流量成比例的脉冲信号 涡街流量计的优点和缺点 1 优点 1 VSF结构简单牢固 安装维护方便 与节流式差压流量计相比较 无需导压管和三阀组等 减少泄漏 堵塞和冻结等 2 适用流体种类多 如液体 气体 蒸气和部分混相流体 3 精确度较高 与差压式 浮子式流量计比较 一般为测量值的 1 2 R 4 范围宽度 可达10 1或20 1 5 压损小 约为孔板流量计1 4 1 2 6 输出与流量成正比的脉冲信号 适用于总量计量 无零点漂移 7 在一定雷诺数范围内 输出频率信号不受流体物性 密度 粘度 和组分的影响 即仪表系数仅与旋涡发生体及管道的形状尺寸有关 只需在一种典型介质中校验而适用于各种介质 8 可根据测量对象选择相应的检测方式 仪表的适应性强 2 缺点 1 VSF不适用于低雷诺数测量 ReD 2 104 故在高粘度 低流速 小口径情况下应用受到限制 2 旋涡分离的稳定性受流速分布畸变及旋转流的影响 应根据上游侧不同形式的阻流件配置足够长的直管段或装设流动调整器 整流器 一般可借鉴节流式差压流量计的直管段长度要求安装 3 力敏检测法VSF对管道机械振动较敏感 不宜用于强振动场所 4 与涡轮流量计相比仪表系数较低 分辨率低 口径愈大愈低 一般满管式流量计用于DN300以下 5 仪表在脉动流 混相流中尚欠缺理论研究和实践经验 涡街流量计的分类 涡街流量计可按下述原则分类 1 按传感器连接方式分为法兰型和夹装型 2 按检测方式分为热敏式 应力式 电容式 应变式 超声式 振动体式 光电式和光纤式等 3 按用途分为普通型 防爆型 高温型 耐腐型 低温型 插入式和汽车专用型等 4 按传感器与转换器组成分为一体型和分离型 5 按测量原理分为体积流量计 质量流量计 各类涡街流量计性能比较如下表所示 涡街流量计选用要点 1 VSF的口径选择VSF的仪表口径及规格选择很重要 它类似于差压流量计节流装置的设计计算 要遵循一些原则进行选择 仪表口径选择步骤如下 首先必须明确以下工作参数 1 流体名称 组分 2 工作状态的最大 常用 最小流量 3 最高 常用 最低工作压力和工作温度 4 工作状态介质的粘度 2 VSF的精确度VSF的精确度对于液体大致在 0 5 R 2 对于气体在 l R 2 重复性一般为0 2 0 5 由于VSF的仪表系数较低 频率分辨率低 口径愈大愈低 故仪表口径不宜过大 DN300以下 范围度宽是VSF的特点 但重要的是下限流量为多少 一般液体平均流速下限0 5m s 气体为4 5m s VSF的正常流量最好在正常测量范围的1 2 2 3处 气体和液体的密度差别很大 旋涡分离时产生的信号强度与密度成正比 因此信号强度差别亦很大 液 气放大器电路的增益 触发灵敏度等皆不一样 压电电荷差别大 电荷放大器的参数也不同 即使同为气体 或液体 蒸汽 随着介质压力 温度不同 密度不同 使用的流量范围不同 信号强度亦不同 电路参数同样要改变 因此一台VSF不经硬件或软件修改 改变使用介质或改变仪表口径是不可行的 3 适用的情况VSF不适用于测量低雷诺数 ReD 2 104 流体 低雷诺数时斯特劳哈尔数随着雷诺数而变 仪表线性度变差 流体粘度高会显著影响甚至阻碍旋涡的产生 选型的一个限制条件是不能使用于界限雷诺数之下 VSF适用的流体比较广泛 但对于流体的脏污性质要注意 含固体微粒的流体对旋涡发生体的冲刷会产生噪声 磨损旋涡发生体 若含有的短纤维缠绕在旋涡发生体上将改变仪表系数 VSF在混相流体中的应用经验还少 一般可用于含分散 均匀的微小气泡 但容积含气率应小于7 10 的气 液两相流 若超出2 就应对仪表系数进行修正 可用于含分散 均匀的固体微粒 含量不大于2 的气固 液固两相流 可用于互不溶解的液液 如油和水 两组分流等 脉动流和旋转流会对VSF产生严重影响 如果脉动频率与涡街频率频带合拍可能引起谐振破坏正常工作和设备 4 经济性在众多的流量计中 VSF的经济性较好 是一种经济实惠的流量计 VSF的基本性能处于中等偏上水平 购置费低于质量式 电磁式 容积式等 而安装 运行 维护费低于节流式 容积式 涡轮式等 如仅作为控制系统检测仪表可采用干校方式节省周期校验费用 涡街流量计的安装使用注意事项 1 安装指导尽可能装在振动和冲击小的场所 如果测量管路中有振动 则应采取加固管道等减振措施若流量计受到生产设备的热辐射较强 则应采取隔热和通风措施流量计安装地点周围应有充裕的空间 以便安装和维护流量计可垂直 水平或倾斜安装 测量液体时 测量点必须充满液体 垂直安装时 液体流向必须自下而上一般情况下 把流量计安装在阀门的下游应保证流量计前后有足够长度的直管段 2 直管段长度要求 弯管 在流量计上游应保证10D的直管段长度 下游应保证5D的直管段长度缩 扩径管 流量计上游应保证10D的直管段长度 下游应保证5D的直管段长度流量计上游有全开阀门时 直管长度应保证20D 有半开阀门时 直管长度应保证40D其他 测压点应取在流量计下游2D 7D间 D 测量管内径 测温点应取在流量计下游1D 3 安装注意事项VSF属于对管道流速分布畸变 旋转流和流动脉动等敏感的流量计 因此 对现场管道安装条件应充分重视 遵照生产厂使用说明书的要求执行 VSF可安装在室内或室外 如果安装在地井里 有水淹的可能 要选用涎水型传感器 传感器在管道上可以水平 垂直或倾斜安装 但测量液体和气体时为防止气泡和液滴的干扰 安装位置要注意 如图所示 图16混相流体的安装 a 测量含液体的气体流量仪表安装 b 测量含气液体流量仪表安 图17涡街流量计对上 下游直管段长度的要求 a 一个90o弯头 b 同心扩管 c 同心收缩全开阀门 d 不同平面