流量物位测量

1、流量、物位测量 现场仪表技能培训 2012.07 流量测量 o流量测量的意义 o流量测量的分类 1、按测量结果分类 1.1质量流量（qm） 定义：单位时间内流过某截面的流体的质量， 单位为 kgs、t h。 1.2体积流量 流量测量 1.2.1工况下的体积流量（qV） 定义：单位时间内流过某截面的流体的体积， 单位为 m3s、 m3 h。 1.2.2标况下的体积流量（qVb） 定义：在标准状态下单位时间内流过某截面 的流体（气体）的体积，单位为 m3s、 m3 h。 流量测量 o提示：标准状态 即 标准的压力和温度状 态。通常是指压力为1个物理大气压 (101.325kPa)，温度为20为标准

2、状态 o三种流量之间的关系 qm qV qm qVb b qVb qV b 或qV qVb b 式中： 为流体密度 b为气体在标准状态下的密度 流量测量 2、按测量目的分类 2.1瞬时流量 目的：在生产过程中作为流量参数的监控。 2.2累计流量（总流量） 目的：在生产过程中作为物料平衡和能源计 量的核算量的计量。 现在的仪表基本都具备瞬时、累计量同时显示 的功能。 流量测量 3、按测量原理分类 3.1力学原理 如：差压式、靶式、涡轮式、 涡街式等。 3.2电学原理 如：电磁式、电感式等。 3.3声学原理 如：超声波式、冲击波式等。 3.4热学原理 如：直接、间接热量式。 3.5光学原理 如：激

3、光式、光电式等 流量测量 3.6物理原理 如：核磁共振式、核辐射式等。 4、按测量方法分类 4.1容积法 方法：在单位时间内以标准固定体积对流动介 质连续不断的进行度量，以排除流体的固定 容积数来计算流量。 常见的仪表有：椭圆齿轮流量计、腰轮流量计、 转筒式流量计（测量气体）。 流量测量 优点：流量计原理、结构比较简单，受流体流动状态影 响较小，适用于测量高黏度、低雷诺数的流体。对管 路条件要求低。测量精度相对较高。 缺点：体积大、重量大，对工况要求高，不适合测量含 颗粒和腐蚀性介质。 4.2速度法 方法：测出管道内介质的平均流速，再乘以管道的截面 积求得流体的体积流量。 常见的仪表有：电磁、

4、超声波、巴氏、涡轮、涡街、热 式、弯管、浮子（转子）流量计等。 优点：可用于各种工况下的流体流量检测，体积小、重 量轻，安装检修相对方便。 流量测量 缺点：对管路条件要求高。由于安装位置和管路 不符合技术要求， 介质流动时产生的涡流以及截面上流速分布不 对称、不均匀都会影响测量精度。 流体力学 o流体力学的几点说明 o流体：是气体和液体的总称，按流动性质可 分为理想流体和实际流体。 理想流体：凡是没有粘滞性的流体。实际上所 有流体都有不同程度的粘滞性，故称之为实 际流体。 流体力学 o流体静力学 流体静力学研究流体平衡（静止）时的规律以及这 些规律的实际应用。 静力学基本方程：Pa=P0+h

5、1、帕斯卡定律 静止的液体内，任何一点压强的变化，将以同样的 大小传递至液体内所有各点上。 应用：液压千斤顶：P1/P2=S1/S2 （绝对压力（流体静力学方程），表压力，真空度的 关系） 单位：帕斯卡，Pa，N/m2 流体力学 o压力的测量 U形管、压力表、压力（差压）变送器等。 o流体动力学 流体动力学研究流体运动的规律以及这些规律的实 际应用。 表征运动的物理量（要素）：速度（v）、压强（p）、 密度（）等 研究的任务：建立运动要素之间的关系 1、欧拉法（局部法） 2、拉格朗日法（实质法/随体法） 流体力学 o伯努利方程 它表达了流动流体各质点的位置、压力和速度之间 的关系。 它是能量守

6、恒定律在流体力学中的重要表现形式，也 是流体力学中最重要的基本方程。又称为能量方程。 瑞士科学家伯努利于1738年提出而得名。对于重 力场中的不可压缩均质流体 ，方程为 p+gh+(1/2)*v2=c式中p、v分别为 流体的压强、密度和速度；h为铅垂高度；g为重 力加速度；c为常量。 流体力学 o上式各项分别表示单位体积流体的压力能 p、重力 势能gh和动能(1/2)*v 2，在沿流线运动过程 中，总和保持不变，即总能量守恒。但各流线之间 总能量（即上式中的常量值）可能不同。对于气体， 可忽略重力，方程简化为p+(1/2)*v 2=常量 (p0)，各项分别称为静压 、动压和总压。显然 ， 流动

7、中速度增大，压强就减小；速度减小， 压强 就增大；速度降为零，压强就达到最大(理论上应 等于总压)。 o结论：由伯努利方程可以看出，流速高处压力低，流速高处压力低， 流速低处压力高流速低处压力高。 流体力学 o雷诺准则 雷诺准则是流体动力相似准则，也称为流形判别准则。 层流 2300 过渡流 紊流 10000） 雷诺数=惯性力/粘滞力 表达式：Re=ud/v d管道直径（m），u-平均流速（m/s) v流体运动粘度（m2/s) 流量计 o德尔塔巴流量计概述 o威尔巴流量计传感器 o电磁流量计概述 德尔塔巴流量计 o德尔塔巴流量计是由德国思科控制公司 (Systec-Controls) 制造的一

8、种均速管流量 计。与其他均速管流量计相比差压提高了一 倍以上，且在很短的直管段内（前4D，后 3D）就能保证1%的精确度。该流量计属于 差压式工作原理、插入式工作方式，可用于 气体、液体、蒸汽的流量测量。 o注：热电主要是DF25 德尔塔巴流量计 oDF8用于超小口径, DF10用于小口径，它 们为管道连接；DF25用于常用口径（65毫 米3米），DF25D用于蒸汽；DF25HD用 于高压（69Mpa，双面支撑）；DF25 Qicklock用于满足快速拆卸的要求；DF50 用于大口径；对于高温，腐蚀的介质，具有 特殊的探针材料和管道连接材料。 德尔塔巴流量计 o它具有：结构简单、压力损失小、安

9、装维护方便等 突出优点，是一种高精度的流量传感器，可以在相 当恶劣的工况下使用，并能保持良好的测量性能。 o应用注意事项 根据使用经验在应用该产品时主要应注意以下 几方面问题： 1大管径低流速的流量测量。在选用该设备 前应将测量介质参数如最小流量，工作温度和压力， 管径等准确提供给供货方，经厂方计算最小差压后 根据变送器的测量下限看能否满足测量精度。 德尔塔巴流量计 o2用于煤气计量的探头最好加装氮气吹扫管路， 在检修时对探头进行反吹，以确保长期运行。测量 含焦油煤气的探头应加装蒸汽吹扫管，以备探头堵 塞时反吹。不过它只是预防出现堵塞现象，反吹管 线只是作为后备使用。 3用于内径600mm以上

10、管道的测量建议选用双 面支撑，以防止探头在大量程运行时发生变形而影 响测量的准确性。 德尔塔巴流量计 o 4在选用该产品时一定要把测量管的内径提 供准确。因为设计探头取压孔的分布是按管道中心 计算的，管内径如有较大误差时，会造成探头与被 测管道不同心而引起较大的测量误差。 5作为计量用的流量计最好选用满管插入的 探头，尤其在直管段不满足要求时更应这样。 6由于德尔塔巴流量计防堵能力较强，如果 流量计安装的管线在一年内有停气检修的机会，不 需选购在线插拔装置，一般加装气体反吹就能保证 长期正常计量，以节约投资。 德尔塔巴流量计 o7由于焦炉煤气的流速比较小，管径比较 大，通常产生的差压值只有10

11、0多帕（基于 标准状况下），由于介质中含有一定量的杂 质，使得被测介质密度比0.46要大，因此实 际产生的差压要比理论的差压大；同时需要 使用高精度和高稳定性的微差压变送器。 8市场中有许多不同的巴类产品，大 多数的测量孔只有2mm或者4mm，测量比 较干净的气体或者蒸汽是可以的， 德尔塔巴流量计 o但是用在比较脏的介质，特别是煤气，几乎 是不行的，或者只能正常工作25个月。依 使用经验其它的巴类产品，都不如德尔塔巴 使用的效果好，德尔塔巴的独特剖面结构和 8mm的测量孔给我们带来了许多好处，如 精度高、直管段要求低和抗堵性能好等。 威尔巴流量计传感器（探头） o威尔巴、德尔塔巴均属于均速管流

12、量计一类的。 oV系列Wellbar流量计，是运用差压式原理设计生 产的一种新型插入式流量测量仪表。Wellbar流量 传感器，配以差压变送器，流量积算仪以及可选的 补偿用温度传感器、压力传感器，构成了目前世界 最高水平的差压流量测量系统。 威尔巴流量计传感器（探头） oWellbar流量传感器是在研究以往差压传感 器的优缺点基础上，并结合当今最先进的空 气动力学和流体力学的研究成果开发出来的， 它集中反映均速管流量传感器的最新研究成 果。Wellbar流量传感器探头截面形状如(子 弹头 T型头)，能产生精确、稳定的差压信 号；强度高、不渗漏、防堵塞；具有测量精 度高、可靠性、稳定性好等优点。

13、可测量气 体、液体、蒸汽等多种流体。 威尔巴流量计传感器（探头） oWellbar流量计与孔板等差压式流量传感器 一样都遵循伯努利方程。 在管道中插入Wellbar流量传感器探头，当 流体流过探头时，在其前部(迎流方向)产生 一个高压分布区，在其两侧后部产生一个低 压分布区，在其后部产生部分真空和杂质聚 集区，两侧还会产生涡流。 威尔巴流量计传感器（探头） oWellbar流量传感器探头上开设有按一定规 则排列的多对取压孔（一般为3对），分别 测量管道轴线上流体每点的压力，在其前部 (迎流方向)测得流体的多点全压力即高压平 均值P1(包括每点的动压力又称速度压力和 静压力的平均值)；低压区的取

14、压孔在其侧 壁测得流体多点静压力平均即低压平均值P2。 P1-P2=P，故P反映了流体平均速度压 力，即平均流速的大小，以此可推算出流体 的流量。(高、低压分界点稳定） 威尔巴流量计传感器（探头） o特点： o1、高强度结构：Wellbar流量传感器采用一体化 双腔不锈刚耐磨防腐全金属结构，避免了其它类型 均速管流量传感器多片式结构带来的腔室间渗漏和 断裂，提高了传感器整体强度，降低了传感器断裂 的可能性，保证了长期精度并有助于提高传感器的 测量量程上限。 2、多点取压方式：Wellbar流量传感器在高、低 压区有按一定准则排布的多对取压孔，取压孔的间 距经面积积分确定，能真实的检测到由流体的

15、平均 速度所产生的平均差压；即使直管段不够或流体波 动较大时，也能较精确测得真实的流量。 威尔巴流量计传感器（探头） o3、本质防堵设计：Wellbar流量传感器高、低压取压孔位置的 本质防堵设计使均速管流量传感器的防堵水平达到了一个崭新 局面。Wellbar流量传感器刚投入运行时，流体在管道静压的 作用下，开始进入探头前部(迎流方向)的高压取压孔内腔，很 快形成了压力平衡状态，在探头前部产生了一个高压分布区， 流体及其中的颗粒杂质遇到高压区不再进入高压取压孔，而是 绕道而行朝探头的两边分流渐开离去，在探头的后部形成一种 涡流，一般情况下，颗粒杂质在涡流牵引力的作用下，集中在 探头的后部，由于

16、低压取压孔在探头的侧后两边、流体分离点 和杂质聚集区的前部，从而本质上防止了堵塞和涡流产生的信 号波动，并由此产生一个非常稳定的低压信号。 差压计算 o孔板 o见计算表（煤气总管） 电磁流量计 o一、测量原理 o电磁流量计的测量原理是法拉第电磁感应原理，即 导电液体在磁场中作切割磁力线运动时，导体中产 生感应电势。假设电磁感应线圈产生磁场强度(B) 为恒定，产生的感应电压(Ue)正比于流体速度(v)， 管道截面积 (A)为已知，则体积流量(Qv)则可通过 如下公式计算： E=KBVD o其中：K仪表常数； B磁感应强度； V测量管道截面内的平均流速； D测量管道截面的内径。 电磁流量计 o测量

17、流量时，导电性的液体以速度V流过垂直于流 动方向的磁场，导电性液体的流动感出一个平均流 速成正比的电压，其感应电压信号通过二个或二个 以上与液体直接接触的电极检出，并通过电缆送至 转换器通过智能处理，转换成标准信号420mA 输出。 在电磁流量计中，测量管内的导电介质相当于 法拉第试验中的导电金属杆，上下两端的两个电磁 线圈产生恒定磁场。当有导电介质流过时，则会产 生感应电压。管道内部的两个电极测量产生的感应 电压。测量管道通过不导电的内衬（橡胶，特氟隆 等）实现与流体和测量电极的电磁隔离 电磁流量计 o这就是电磁流量计的测量原理 需要说明的是，要使式E=KBVD严格成立， 必须使测量条件满足

18、下列假定： 磁场是均匀分布的恒定磁场； 被测流体的流速轴对称分布； 被测液体是非磁性的； 被测液体的电导率均匀且各向同性。 电磁流量计 o电磁流量计由流量传感器和变送器两大部分组成。 传感器测量管上下装有励磁线圈，通励磁电流后产 生磁场穿过测量管，一对电极装在测量管内壁与液 体相接触，引出感应电势，送到变送器。励磁电流 则由变送器提供。按转换器与传感器组装方式分类， 有分离型和一体型两种。在污水处理工艺中大口径 流量计多为分体式，一部分安装在地下，另一部分 在地上。小口径以一体式为多。 电磁流量计 o工业用水及其水溶液的电导率大于10- 4S/cm，酸、碱、盐液的电导率在10-4 10-1S/

19、cm之间，使用不存在问题，低度蒸 馏水为10-5S/cm也不存在问题。电磁流量 计不能测量电导率很低的液体，如石油制品 和有机溶剂等。不能测量气体、蒸汽和含有 较多较大气泡的液体。 电磁流量计 o 2 电磁流量计特点 电磁流量计不受温度、压力、粘度等外界因素的 影响，测量管内部无收缩或凸出部分的造成的压力 损失，另外，流量元件检测出的最初信号，是一个 与流体平均流速成精确线性变化的电压，它与流体 的其他性质无关，具有很大的优越性。根据污水具 有流量变化大、含杂质、腐蚀性小、有一定的导电 能力等特性，测量污水的流量，电磁流量计是一个 很好的选择。它结构紧凑、体积小。安装、操作、 维护方便，测量系

20、统采用智能化设计，整体密封加 强，能在较恶劣的环境下正常工作。 电磁流量计 o 3 安装要求 有以下要求。1） 测量混合相流体时，选择不会引起相分 离的场所；测量双组分液体时，避免装在混合尚未均匀的下游； 测量化学反应管道时，要装在反应充分完成段的下游；尽量满 足前后直管段分别不小于5D和2D； 2） 尽可能避免测量管内变成负压； 3） 选择震动小的场所，特别对一体型仪表； 4） 避免附近有大电机、大变压器等，以免引起电磁场干 扰； 5） 易于实现传感器单独接地的场所； 6） 尽可能避开周围环境有高浓度腐蚀性气体； 7） 尽可能避免受阳光直照 电磁流量计 o故障检查和分析 o按照故障发生时期分

21、类，可分为：调试期故障； 运行期故障。调试期故障出现在新装用后调试初 期，主要原因是仪表选用或设定不当，安装不妥等。 运行期故障足在运行一段时期后出现，主要原因有 流体中杂质附着电极衬里，环境条件变化出现新干 扰源等。 o按故障外界源头分析来自3个方面：管道系统和 安装等 方面引起的；环境方面引起的；流体 方面引起的。来源主要在调试期表现出来；来源 和则在调试期和运行期均会出现。 电磁流量计 o 1、管道系统和安装等方面 o通常是电磁流量传感器安装位置不正确引起的 故障，常见的例如将流量传感器安装在易积聚气体 的管网高点；流量传感器后无背压，液体迳直排人 大气，形成其测量管内非满管；装在自上向

22、下流的 垂直管道上，可能出现排空等。 2、环境方面 主要是管道杂散电流干扰，空间电磁波干扰， 大电机磁场干扰等。管道杂散电流干扰通常采取良 好单独接地保护可获得满意测量， 电磁流量计 o 但如遇管道有强杂散电流亦不一定能克服，须采 取流量传感器与管道缘绝的措施，空间电磁波干扰 -般经信号电缆弓I入，通常采用单层或多层屏蔽予 以保护（但也曾遇到屏蔽保护还不能克服）。 3、流体方面 液体含有均匀分布细小气泡通常不影响正常测 量，唯所测得体积流量是液体和气体两者之和；气 泡增大会使输出信号波动，若气泡大到流过电极遮 盖整个电极表面，使电极信号回路瞬时断开，输出 信号将产生更大波动。 电磁流量计 o 二、运行期故障 经初期调试并正常运行一段时期后在运行期间 出现的故障，常见故障原因有：流量传感器内壁附 着层，雷电击，环境条件变化。 1、内壁附着层 由于电磁流量计测量含有悬浮固相或污脏体的 机会远比其他流量仪表多，出现内壁附着层产生的 故障概率也就相对较高。若附着层电导率与液体电 导率相近，仪表还能正常输出信号，只是改变流通 面积，形成测量误差的隐性故障；若是高电导率附