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節(jié)流式差壓流量計(jì)為何青春依舊

作者: 時(shí)間:2013-02-25 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏


當(dāng)管道或環(huán)境有振動(dòng)時(shí),這種振動(dòng)也同樣作用在傳感器上,產(chǎn)生相應(yīng)的電信號(hào),當(dāng)這種電信號(hào)的幅值大到一定的程度而高于分辨閾值后,也就混在旋渦產(chǎn)生的電信號(hào)里,經(jīng)放大、整形而送到輸出端,使輸出頻率偏高,而若實(shí)際流量為零,則表現(xiàn)為“無中生有”。

渦街流量計(jì)的耐振性與其本身品質(zhì)有關(guān),按不同原理制造的渦街流量計(jì),其耐振性也不同,一般說來,用電容式傳感器制造出來的渦街流量計(jì)要比用壓電傳感器生產(chǎn)出來的儀表耐振性優(yōu)越。不同品牌的渦街流量計(jì),甚至同一個(gè)品牌但口徑不同、型號(hào)不同的產(chǎn)品,其耐振性也不同。

例如某外國(guó)知名品牌在中國(guó)組裝的產(chǎn)品,DN80 及DN80 以下的渦街流量計(jì),耐振性較好,能耐受1g 振動(dòng),而大口徑渦街流量計(jì),耐振性就較差,DN≥150 時(shí),不用說管道振動(dòng),就是在(一體式儀表)放大器盒旁邊用力拍手,儀表輸出都會(huì)應(yīng)聲升高。

渦街流量計(jì)的耐振性同其安裝位置也有關(guān)系,盡管儀表說明書中說,渦街流量計(jì)既可垂直安裝也可水平安裝,但在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn),水平安裝(即發(fā)生體處于水平位置)的儀表,耐振性明顯降低。

渦街流量計(jì)在被測(cè)流體流速很低和零流量時(shí),耐振性較差。這是因?yàn)樾郎u對(duì)傳感器的推力,同管道中流體流速的平方成正比。被測(cè)流體流速很低和零流量時(shí),旋渦對(duì)傳感器的推力小,產(chǎn)生的信號(hào)幅值低,因此信噪比也小,振動(dòng)產(chǎn)生的信號(hào)較顯著。

渦街流量計(jì)的耐振性同其所測(cè)介質(zhì)的密度還有關(guān)。因?yàn)楣艿勒駝?dòng)時(shí),傳感器隨管道一起振動(dòng),在被測(cè)介質(zhì)為液體時(shí),由于包圍在傳感器周圍的介質(zhì)是液體,密度大,對(duì)傳感器本身有良好的阻尼作用,所以,傳感器受振所產(chǎn)生的電信號(hào)幅值小,而如果包圍在傳感器周圍的介質(zhì)是氣體,則因阻尼較差,振動(dòng)所產(chǎn)生的電信號(hào)幅值大。

人們?yōu)榱烁纳茰u街流量計(jì)的耐振性進(jìn)行了長(zhǎng)期的研究,采取了一些措施,例如采用雙傳感器法,頻譜信號(hào)處理(SSP)技術(shù)等,都收到了一定效果。但在振動(dòng)較強(qiáng)烈的場(chǎng)所,渦街流量計(jì)應(yīng)用還有困難。相比之下,卻要優(yōu)越得多。

4 具有較好的適應(yīng)性

濕蒸汽從嚴(yán)格的意義上來說,是屬兩相流體,當(dāng)濕度較小時(shí),例如干度在95%以上時(shí),對(duì)渦街流量計(jì)和差壓式流量計(jì)影響均不大,即流量計(jì)能正常工作,只是測(cè)量誤差稍大,但濕度大到一定程度,對(duì)各種流量計(jì)均有較大影響,但影響的程度卻有顯著差異。

人們?cè)谟脺u街流量計(jì)測(cè)量濕蒸汽流量時(shí),會(huì)出現(xiàn)一種“”現(xiàn)象,即在濕度不大,可以將蒸汽近似看作干蒸汽時(shí),渦街流量計(jì)的輸出脈沖,與流過發(fā)生體的流體體積(流速)成正比,而濕度大到一定程度,這種正比關(guān)系就不成立了,輸出脈沖數(shù)比應(yīng)有脈沖數(shù)明顯減少,如果濕度進(jìn)一步增大,甚至完全沒有脈沖輸出,這就是所謂的“”現(xiàn)象。

關(guān)于這種現(xiàn)象的機(jī)理,目前尚未見有資料作深入的分析,但這種現(xiàn)象是客觀存在的。

應(yīng)用來測(cè)量飽和蒸汽流量,有時(shí)也會(huì)碰到蒸汽帶水的情況,當(dāng)流量計(jì)安裝在水平管道上時(shí),管道底部會(huì)出現(xiàn)分層流動(dòng)的水。儀表制造廠一般在孔板的下部開一個(gè)疏水孔,以防凝結(jié)水在節(jié)流件前面集聚,影響流通截面。在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中,還給出了這種疏水孔所引入的誤差計(jì)算和修正方法[3]。對(duì)于安裝在垂直管道上的節(jié)流式差壓流量計(jì),則勿需開疏水孔,但由蒸汽帶水所引起的誤差是客觀存在的。因此,這里所說的“具有較好的適應(yīng)性”只是相對(duì)于渦街流量計(jì)而言。

5 輕微的流動(dòng)脈動(dòng)對(duì)差壓式流量計(jì)無明顯影響

流動(dòng)脈動(dòng)常見于工業(yè)管流,從現(xiàn)場(chǎng)儀表往往看不出流動(dòng)脈動(dòng)的存在,因而往往不被人們所注意。

流動(dòng)脈動(dòng)對(duì)大多數(shù)流量測(cè)量?jī)x表都有影響,使之示值升高,但影響的程度有很大差別。

流動(dòng)脈動(dòng)作用在渦街流量計(jì)的傳感器探頭上,脈動(dòng)的推力使之產(chǎn)生相應(yīng)的脈沖輸出,因而使渦街流量計(jì)示值出現(xiàn)大幅度的升高,有時(shí)甚至是成數(shù)倍的升高[4]。

流動(dòng)脈動(dòng)影響渦街流量計(jì)的最常見的例子是安裝在減壓閥后面的渦街流量計(jì),流量示值因脈動(dòng)而大幅度升高。

一個(gè)熱力公司要向?yàn)閿?shù)眾多的熱用戶供汽,其供汽的最高壓力和最高溫度主要受鍋爐規(guī)格制約,而最低壓力,卻要受到用戶的制約。即供汽壓力值要求最高的用戶決定了管網(wǎng)的最低壓力。而對(duì)于另外一些用戶,這一供汽壓力又嫌太高,于是在蒸汽總管進(jìn)入用戶界區(qū)之后,增設(shè)一個(gè)減壓站。

蒸汽減壓站的減壓(穩(wěn)壓)功能主要由一個(gè)蒸汽直接作用壓力調(diào)節(jié)閥承擔(dān)。這個(gè)調(diào)節(jié)閥兩端壓差大小不一,調(diào)節(jié)閥閥芯閥座的結(jié)構(gòu)形式也有很大差異,在調(diào)節(jié)閥兩端壓差較大,而相對(duì)流量較小時(shí),閥門開度很小,這時(shí)閥芯和閥座間的流體流速很高,于是在閥門出口處很容易產(chǎn)生旋渦。當(dāng)閥門開度小于一定值(例如5%)時(shí),甚至出現(xiàn)閥芯不停地抖動(dòng),引起流動(dòng)脈動(dòng)。

流動(dòng)脈動(dòng)對(duì)差壓式流量計(jì)的影響是通過三個(gè)途徑,即①平方根誤差;②慣性影響;③對(duì)流出系數(shù)的影響,三個(gè)因素共同作用,使節(jié)流式差壓流量計(jì)的示值升高,其脈動(dòng)附加不確定度的估算可查閱有關(guān)文獻(xiàn)[3]。但其影響程度要比渦街流量計(jì)輕得多。

6 在低雷諾數(shù)測(cè)量條件下,差壓流量計(jì)有較好的適應(yīng)性

在被測(cè)流體粘度較高,例如比水大數(shù)倍的使用條件下,渦街流量計(jì)要慎用,因?yàn)闇u街流量計(jì)保證測(cè)量精確度的最小雷諾數(shù)為20 000,而雷諾數(shù)低于5 000 時(shí),就可能沒有穩(wěn)定的旋渦產(chǎn)生。

標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)的最新國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO5167:2003(E),所提供的計(jì)算公式,在雷諾數(shù)大于等于4 000 后就能保證測(cè)量精確度[5],雷諾數(shù)小于4 000 后,測(cè)量精確度降低,但不會(huì)像流體振蕩式流量計(jì)那樣,因停止振蕩而輸出全無。

7 節(jié)流式差壓流量計(jì)檢定方便

用于貿(mào)易結(jié)算等用途的流量計(jì),國(guó)家規(guī)定執(zhí)行強(qiáng)制檢定。對(duì)于業(yè)主單位來說,完成流量計(jì)的周期檢定是一項(xiàng)重要的法定任務(wù)。于是,檢定是否方便也成了儀表選型時(shí)要考慮的重要方面。

渦街流量計(jì)的檢定,要放在流量標(biāo)準(zhǔn)裝置上進(jìn)行,不僅拆裝、搬運(yùn)、送檢麻煩,而且為了檢定要停用較長(zhǎng)的時(shí)間。而節(jié)流式差壓流量計(jì)由于規(guī)程規(guī)定可以用幾何檢定法進(jìn)行檢定,因此,可在現(xiàn)場(chǎng)找到合適的場(chǎng)所進(jìn)行檢定,既省時(shí)間又省檢定成本。

8 流量計(jì)口徑較大時(shí),差壓式流量計(jì)較便宜節(jié)流式差壓流量計(jì)的成本由節(jié)流裝置、差壓變送器及附屬裝置組成,當(dāng)儀表口徑增大時(shí),只需節(jié)流裝置放大,因此,成本上升不明顯,由于此原因,在儀表口徑較大時(shí),尤其是在流體溫度較高(t >300℃)時(shí),節(jié)流式差壓流量計(jì)的價(jià)格優(yōu)勢(shì)尤為明顯。

9 節(jié)流式差壓流量計(jì)變更測(cè)量范圍較方便

流量計(jì)在安裝完畢投入使用時(shí),總會(huì)發(fā)現(xiàn)一定比例的儀表流量測(cè)量范圍選得不合適,不是太小就是太大。尤其是在從未安裝過流量計(jì)的管道上,提條件的人員生怕提得太小不夠用,層層加碼,往往將流量上限取得太高。儀表投入運(yùn)行時(shí)才發(fā)現(xiàn),實(shí)際流量比原來估計(jì)的流量小得多,對(duì)于選用渦街流量計(jì)的測(cè)量系統(tǒng),甚至?xí)l(fā)現(xiàn)流量傳感器無脈沖輸出。對(duì)于選用節(jié)流式差壓流量計(jì)的設(shè)計(jì)中,流量示值有時(shí)只有滿度值的20%~30%。作為預(yù)防措施,有經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)人員,往往將差壓上限選在適中的數(shù)值,例如低壓蒸汽,選差壓上限為40~60 kPa,這樣,當(dāng)開表后如果發(fā)現(xiàn)實(shí)際流量略微超過滿量程或相對(duì)示值偏低,就可對(duì)差壓上限進(jìn)行重新計(jì)算,然后用手持終端重新設(shè)置差壓變送器的測(cè)量上限。而對(duì)于旋渦流量計(jì),一旦發(fā)現(xiàn)口徑選的不合適,只能用更換一次表的方法去解決。

要換一臺(tái)口徑與原設(shè)計(jì)不同的渦街流量計(jì),對(duì)于一個(gè)使用大量?jī)x表的老企業(yè)來說,或許不是一件困難的事,因?yàn)榭傆幸恍﹤浔?,而?duì)于一個(gè)新企業(yè)、小企業(yè)或工程公司來說,就是一件困難的事。

10 結(jié)束語

節(jié)流式差壓流量計(jì)的主要不足是范圍度不夠大,較長(zhǎng)的引壓管線導(dǎo)致安裝麻煩,而且易漏、易堵、易凍結(jié),易引起差壓信號(hào)的傳遞失真。近些年的改進(jìn)主要有:

① 差壓變送器的精度等級(jí)得到大幅度提高,從早先的1.5 級(jí)提高到后來的0.5 級(jí),再到現(xiàn)在的0.1 級(jí)甚至0.75 級(jí)。在相對(duì)流量低于30%時(shí),節(jié)流裝置送出的差壓信號(hào)也能到精確測(cè)量,從而有利于流量測(cè)量范圍度的擴(kuò)大;

② 流量顯示儀表的改進(jìn),不僅使顯示儀表精確度得以提高,更重要的是:制約節(jié)流式差壓流量計(jì)范圍度擴(kuò)大的流出系數(shù)非線性和可膨脹性系數(shù)影響得到補(bǔ)償,從而使節(jié)流式差壓流量計(jì)的系統(tǒng)精確度大大提高,范圍度可擴(kuò)大到10:1[6];

③ 對(duì)引壓管線的改進(jìn)體現(xiàn)在一體化節(jié)流式流量計(jì)上。在一體化節(jié)流式差壓計(jì)中,引壓管縮得很短,所以,改進(jìn)前存在的易漏、易堵、易凍結(jié),差壓信號(hào)傳遞失真問題,安裝工程量大等問題均得到解決;

④ 新的計(jì)算公式,使一次元件測(cè)量不確定度進(jìn)一步減小。這主要體現(xiàn)在新的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO5167:2003(E)上。

參考文獻(xiàn)
1 姜仲霞, 姜川濤, 劉桂芳.渦街流量計(jì)[M]. 北京:中國(guó)石化出版社, 2006.
2 蔡武昌, 孫淮清, 紀(jì)綱.流量測(cè)量方法和儀表的選用[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社, 2001.
3 GB/T2624-1993 流量測(cè)量節(jié)流裝置用孔板、噴嘴、文丘里管測(cè)量充滿圓管的流體流量.
4 紀(jì)綱. 流量測(cè)量?jī)x表應(yīng)用技巧[M]. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2003.
5 ISO5167: 2003(E). Measurement of fluid flow by means of pressure differential devices inserted in circular cross-section conduits running full.
6 王建忠, 紀(jì)綱.差壓式流量計(jì)范圍度問題研究[J]. 自動(dòng)化儀表, 2005, (8).(end)

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