流量計在硬水流量測量中出現的問(wèn)題及選型

作者：時(shí)間：2013-11-05 來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )

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2.2 測量原理和結構

渦街流量計是應用流體振蕩原理來(lái)測量流量的流體在管道中經(jīng)過(guò)渦街流量變送器時(shí)，在三角柱的旋渦發(fā)生體后上下交替產(chǎn)生正比于流速的兩列旋渦，如圖2所示[2]，旋渦的釋放頻率與流過(guò)旋渦發(fā)生體的流體平均速度及旋渦發(fā)生體特征寬度有關(guān)，可用數學(xué)公式表示：

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式中：f為旋渦的釋放頻率（Hz）；υ為流過(guò)旋渦發(fā)生體的流體平均速度（m/s）；d為旋渦發(fā)生體特征寬度（m）；St為斯特羅哈數，無(wú)量綱，它的數值范圍為0.14~0.27。St是雷諾數的函數，St=f（l/Re）。

當雷諾數Re在102~105范圍內，St值約為0.2，因此，在測量中，要盡量滿(mǎn)足流體的雷諾數在102~105，旋渦頻率f＝0.2V/d。

由此可知，通過(guò)測量旋渦頻率就可以計算出流過(guò)旋渦發(fā)生體的流體平均速度υ，再由式q=υA可以求出流量q，其中A為流體流過(guò)旋渦發(fā)生體的截面積。

當旋渦在滯流元件兩側產(chǎn)生時(shí)，利用壓電傳感器測出與流體流向垂直的交變升力變化，將升力的變化轉換為電的頻率信號，再將頻率信號進(jìn)行放大和整形，輸出到二次儀表，進(jìn)行累積、顯示。

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圖2 流量檢測示意圖

2.3 分析故障產(chǎn)生的原因

由于檢測元件——壓電傳感器安裝在滯流元件中，當水垢結在滯流元件上會(huì )造成以下后果：

1）造成滯流元件的寬度d增大，由公式（3）可知，檢測元件接收到渦旋列產(chǎn)生的頻率減小，輸出電壓信號減小，因此測量指示值比真實(shí)值偏低。

2）使檢測元件接收到渦旋列產(chǎn)生的頻率信號減弱，影響了測量信號的穩定性和連續性，因此出現了測量值不穩定的現象。

3）隨著(zhù)水垢厚度的不斷增加，當達到一定程度后，使檢測元件接受不到渦旋列產(chǎn)生的頻率信號，導致測量值為零。

3 探討和選型

FIC1101在采用靶式和渦街式流量計測量硬水流量的過(guò)程中，出現測量不準確的現象，從以上分析故障原因可知，是由水質(zhì)結垢引起的，所以要提高FIC1101在測量過(guò)程中的穩定性和準確性，有以下兩種選擇：

1）更換流量計的類(lèi)型，選擇適合測量硬水流量的流量計；

2）更換被測介質(zhì)，電脫鹽注水由硬水改為純凈水。

因節能減排和生產(chǎn)實(shí)際，只能考慮流量計的選型，什么樣的流量計在測量硬水流量時(shí)，不受結垢的影響或受其的影響較小呢？要從以下3方面分析：

1）硬水在流量計中不結垢；

2）硬水與測量元件之間隔離；

3）硬水結垢對流量計在測量的過(guò)程中影響較小。

根據各種類(lèi)型流量計的結構、測量方式和特點(diǎn)，符合條件1）和2）件的有：差壓孔板流量計、超聲波流量計和電磁流量計。如果FIC1101采用差壓孔板流量計，差壓變送器的測壓室與被介質(zhì)被引壓管內的引壓液隔離[5]，符合條件2）。但是孔板的表面要求光潔度極高，當水垢結在孔板上，將影響到孔板兩側的壓差，造成測量不準確；另外，FIC1101距地面50cm，不利于鋪設引壓管。所以，FIC1101采用差壓孔板流量計測量硬水流量的效果不佳。因超聲波流量計和電磁流量計的價(jià)格昂貴，投資費用高，不易采用。從條件3）考慮，FIC1101采用了國內近階段出現測量流量的一個(gè)新品種——彎管式流量計。

4 彎管式流量計

4.1 測量原理和結構

彎管式流量計與傳統的孔板流量計一樣同屬于差壓式流量計的范疇，只是它們產(chǎn)生差壓的方式不同，孔板是利用流體的縮放原理產(chǎn)生的差壓，而彎管傳感器是利用流體的慣性原理產(chǎn)生的差壓。當流體通過(guò)彎管時(shí)，受到彎管的約束，流體被迫作類(lèi)似的圓周運動(dòng)。當流體在作圓周運動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生的離心力F作用在彎管的內外兩側，使彎管傳感器內外兩側之間產(chǎn)生一個(gè)壓力差，此壓力差（也就是壓差值）的大小與流體的密度有關(guān)，與流體的平均流速有關(guān)，與流體作圓周運動(dòng)的曲率半徑有關(guān)。它們之間遵循作圓周運動(dòng)物體都必須遵循的牛頓運動(dòng)定律：

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其中：F為流體對彎管的離心力；υ為流體在彎管中的平均流速；R為彎管中心曲率半徑。

通過(guò)對上述公式進(jìn)行整合、積分處理之后，可得公式：

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其中：υ為介質(zhì)中彎管傳感器中的平均流速；R/d為彎管傳感器的彎徑比；ΔP為流體通過(guò)彎管傳感器的差壓值；ρ為介質(zhì)的密度。

這個(gè)公式描述了介質(zhì)在彎管傳感器中流動(dòng)時(shí)，介質(zhì)對彎管施加的離心力與介質(zhì)的密度，介質(zhì)的平均流速以及彎管的彎徑比之間的關(guān)系。另外，只要介質(zhì)在彎管傳感器中流動(dòng)的最小雷諾數達到一個(gè)極低值以上，彎管流量計的流量系數α就是一個(gè)定值。用引壓管把彎管內外兩側的壓差ΔP引出，傳遞給差壓變送器，如圖3所示，再通過(guò)公式（5），即可得到流經(jīng)彎管內的流體速度υ。

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圖3 取壓示意圖

4.2 分析運行效果良好的原因

1）測壓室與被測介質(zhì)被引壓管內的介質(zhì)隔離，使測壓室內不易結垢；

2）引壓管內的介質(zhì)水相對穩定，并與管道內的被測介質(zhì)進(jìn)行鈣離子交換的速度慢，并且交換量極小，所以在引壓管和測壓室內結垢的速度極小，不會(huì )影響引壓和測壓效果；

3）引壓管在測壓室與取壓口之間有一段距離，易于散熱，降低了引壓管內鈣離子的熱運動(dòng)和結垢的速度。

5 結束語(yǔ)

FIC1101在采用彎管式流量計測量電脫鹽注水的過(guò)程中，表現出運行穩定，測量準確，反映靈敏的效果。FIC1101的維修次數由過(guò)去每周的二三次，變?yōu)槊磕昃S修一次，主要是清理取壓彎管和測壓室內的水垢，并且投用后偏移量小，運行正常。

因此在選用流量計時(shí)，要考慮的因素很多：準確度、可靠性、費用、流體特性及其它因素。要嚴格分析流量計的工作性能，被測流體的物理和化學(xué)特性，結合現場(chǎng)環(huán)境因素、安裝條件和設備的性?xún)r(jià)比等情況，選擇合適的流量計，避免因選型不當產(chǎn)生不穩定的安全生產(chǎn)因素和造成不必要的經(jīng)濟損失。(end)

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