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技术文章

  • 流量仪表的选用

日本能研NOHKEN流量仪表的选用

一、选型步骤
各类流量仪表都有各自的特点,选型的目的就是在众多品种中扬长避短,选择最适宜的仪表。要正确地选择日本能研NOHKEN流量测量方法和仪表,必须熟悉仪表和被测对象两方面的情况。
首先要确认是否真正需要安装流量仪表,如果仅希望知道流体是否在管道中流动和大致的流量值,采用价格便宜的流量指示器即可。
确定必须安装流量仪表后,首先按照流体特点及应用范围初选流量测量方法和仪表。剔除显然不合适的方法与仪表,余下几种方案再进行下一步深入的分析比较。分析主要按五个方面进行,即仪表性能方面,流体特性方面,环境条件方面和经济因素方面。
选型步骤大致为:
①依据流体种类及五个方面因素初选可用仪表类型;
②依据用户要求逐步淘汰,余下仪表类型排除次序;
③按五个方面因素再次进行仔细评比,最后淘汰至一种仪表类型。
二、按仪表性能方面
不同测量对象有各自测量目的,仪表性能各因素选择有不同侧重点,例如商贸结算和储运测量。对准确度要求较高,而过程控制连续监测一般要求有靓号的可靠性及重复性(精密度)。
应该针对使用目的确定准确度要求,如在较宽流量范围保持准确度,还是在某一特定范围即可?所选仪表的准确度能保持多久?是否易于周期校验?校验的方式及代价如何?这些因素都影响仪表的选择。
重复性是由仪表本身工作原理及制造质量决定的,它与仪表校验所用基准高低无关。应用时要求重复性好,如使用条件变化大,则虽然仪表重复性高亦不会达到目的。
范围度常是选型的一个重要指标,速度式流量计(涡轮、涡街、电磁、超声)的范围度比平方型(差压)大得多,但是目前差压式流量计亦在采取各种措施,如开发宽量程差压变送器或同时采用几台差压变送器切换来扩大范围度。要注意有些仪表范围度宽是尽量把上限流量提高,如液体流速为7~10m/s,气体为50~75m/s,实际上高流速意义不大,重要的是下限流速为多少?能否适应测量的要求。

压力损失关系到能量消耗,对于大口径其意义较大,它可能大大增加泵功率消耗。选用价格较高而压损较小的仪表,从长期运行费用看更合算。

三、流体特性方面
初选品种是按照流体种类选定的,面流体特性对仪表应用有很大影响,如流体物性参数与流体流动特性(这部分在安装条件方面考虑)对测量精确度的影响,流体化学性质,脏污结垢等与使用可靠性的关系等。物性参数对仪表精确度的影响程度视仪表工作原理而异,目前最常用的几类流量计(差压、浮子、容积、涡轮、涡街、电磁、超声、热式等)影响流量计特性的主要物性参数为密度(包括气体压缩系数及湿度)、粘度、等熵指数、电导率、声速、比热容和导热系数等,其中尤以密度和粘度的影响最为重要。
密度是影响NOHKEN流量计特性的最主要的参数,其数据准确度直接影响计量精度。如速度式流量计测量的是体积流量,但是物料平衡或能源计量皆需用质量流量计算,因此这些流量计除检测体积流量外,尚需检测流体的密度,只在面密度为常数或变动不影响计量精度时才可不比检测。涡街流量计的优点是其检测信号不受物性的影响,但在使用时如果密度是变动的,同样会影响其计量精度,这是因为它需把体积流量换算为质量流量。差压式流量计在流量方程中差压和密度两个参数处于同等地位,有同样的作用,如果选用高精度差压计,而流体密度却确定得不准,则测量结果亦不会是高精度的。只有直接式质量流量计,如科式质量流量计或热式质量流量计,它们的信号直接反映密度的变化,因此无需另外检测密度参数。
粘度对流量计特性影响有两种情况。其一为直接影响。两种精确度最佳的涡轮流量计和容积式流量计,它们的流量特性深受粘度的影响,现场需要采用在线粘度补偿。一般来说,涡轮流量计只适用于低粘度介质,而容积式流量计较适于高粘度介质。但是对某些测量对象,如原油(高粘度)大流量测量,希望采用涡轮流量计。其二为间接影响。粘度是判别流体性质的重要参数,牛顿流体或非牛顿流体就是视其粘度关系式不同而定。目前国内外已颁布的流量测量标准及规格都只适用于牛顿流体,这是一个重要的使用条件。粘度是影响管道内流速分布的重要参数,流速分布对流量计特性的影响是流量计使用时的主要问题之一。
各种类型流量计应用不同的物理原理构成,而各种物理原理皆有其特殊的物性参数需考虑,如临界流流量计的等熵指数,超声流量计的声速,电磁流量计的电导率,热式流量计的比热容、导热系数等。
由于流体物性为压力、温度计介质组分的函数,使用时压力、温度的变化使密度发生改变,需进行压力、温度补偿。在某些场合,当流体组分亦发生变化时,就不能采用压力、温度补偿,而应采用密度补偿。现场压力、温度波动是不可避免的,由此引起的物性参数的变动是使用时产生附加误差的主要原因之一,在高精度测量时应特别注意。
流体的化学机械性质,如腐蚀、磨蚀、结垢等,对于仪表长期可靠使用也有很大影响,它亦是选型的一个重要考虑因素,流量计的检测件可分为三种情况:可动部件,固定部件与无阻碍件,对于上述情况,当然选取无阻碍件较好,但是选型还需要综合其他情况决定。
四、安装条件方面
各种类型流量计对安装要求差异很大。例如有些仪表(如差压式、涡街式)需要长的上游直管段,以保证检测件进口端为充分发展的管流,而另一些仪表(容积式、浮子式)则无此要求或要求很低。流体流动特性主要决定于管道安装状况,而流体流动特性是影响流量特性的主要因素之一,故选型时应弄清所选仪表对流动特性的要求。
安装条件考虑的因素有仪表的安装方向,流动方向,上下游管道状况,阀门位置,防护性辅属设备,非定常流(如脉冲流)情况,振动,电气干扰和维护空间等。
对于推理式流量计,上下游直管段长度的要求是保证测量准确度的重要条件,目前许多流量计要求的确切长度尚无可靠依据,在仪表选用时可根据权威性标准(如国际标准)或向制造厂咨询决定。
管道中非定常流(脉动流)对仪表特性有复杂的影响,至今全部流量计标准皆要求在稳定流中测量,因为标准流量计实验室的工作条件是稳定流的,如果流量计工作与非定常流(非稳定流)条件下,即使能够使用,其仪表系数的偏离亦会使测量误差增大,因此在安装流量计时最好选择在远离脉动源管流较稳定之外。
管道振动对流量计的影响亦是不可忽视的因素,大部分流量计皆要求无振动场所使用。但是现场绝对不振动较少,这就要视其影响采取一些措施,如管道加固支撑,加装减振器等,以降低其影响。
防备电磁干扰亦是安装中应予考虑的重要方向。
五、环境条件方面
日本能研流量仪表一般由检测件、转换器及显示仪组成,后两部分受环境条件影响较大,特别是目前转换器及显示仪大都配备微处理器等电子器件。环境条件的影响因素有环境温度、湿度、大气压、安全性、电气干扰等。
环境温、湿度对机电一体化流量计的影响主要在电子部件及某些流量检测部分。如果有严重影响应考虑选用分离型,或者在现场安装场所采用防护性措施,如管道包装绝热层等。应用于爆炸性危险场所应按照安全要求选用防爆型仪表。

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