節流式差壓流量計為何青春依舊
當管道或環(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)生相應的電信號,當這種電信號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,則表現為“無(wú)中生有”。
渦街流量計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,其耐振性也不同,一般說(shuō)來(lái),用電容式傳感器制造出來(lái)的渦街流量計要比用壓電傳感器生產(chǎn)出來(lái)的儀表耐振性?xún)?yōu)越。不同品牌的渦街流量計,甚至同一個(gè)品牌但口徑不同、型號不同的產(chǎn)品,其耐振性也不同。
例如某外國知名品牌在中國組裝的產(chǎn)品,DN80 及DN80 以下的渦街流量計,耐振性較好,能耐受1g 振動(dòng),而大口徑渦街流量計,耐振性就較差,DN≥150 時(shí),不用說(shuō)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 )應聲升高。
渦街流量計的耐振性同其安裝位置也有關(guān)系,盡管儀表說(shuō)明書(shū)中說(shuō),渦街流量計既可垂直安裝也可水平安裝,但在實(shí)踐中發(fā)現,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。
渦街流量計在被測流體流速很低和零流量時(shí),耐振性較差。這是因為旋渦對傳感器的推力,同管道中流體流速的平方成正比。被測流體流速很低和零流量時(shí),旋渦對傳感器的推力小,產(chǎn)生的信號幅值低,因此信噪比也小,振動(dòng)產(chǎn)生的信號較顯著(zhù)。
渦街流量計的耐振性同其所測介質(zhì)的密度還有關(guān)。因為管道振動(dòng)時(shí),傳感器隨管道一起振動(dòng),在被測介質(zhì)為液體時(shí),由于包圍在傳感器周?chē)慕橘|(zhì)是液體,密度大,對傳感器本身有良好的阻尼作用,所以,傳感器受振所產(chǎn)生的電信號幅值小,而如果包圍在傳感器周?chē)慕橘|(zhì)是氣體,則因阻尼較差,振動(dòng)所產(chǎn)生的電信號幅值大。
人們?yōu)榱烁纳茰u街流量計的耐振性進(jìn)行了長(cháng)期的研究,采取了一些措施,例如采用雙傳感器法,頻譜信號處理(SSP)技術(shù)等,都收到了一定效果。但在振動(dòng)較強烈的場(chǎng)所,渦街流量計應用還有困難。相比之下,節流式差壓流量計卻要優(yōu)越得多。
4 節流式差壓流量計具有較好的適應性
濕蒸汽從嚴格的意義上來(lái)說(shuō),是屬兩相流體,當濕度較小時(shí),例如干度在95%以上時(shí),對渦街流量計和差壓式流量計影響均不大,即流量計能正常工作,只是測量誤差稍大,但濕度大到一定程度,對各種流量計均有較大影響,但影響的程度卻有顯著(zhù)差異。
人們在用渦街流量計測量濕蒸汽流量時(shí),會(huì )出現一種“漏脈沖”現象,即在濕度不大,可以將蒸汽近似看作干蒸汽時(shí),渦街流量計的輸出脈沖,與流過(guò)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,輸出脈沖數比應有脈沖數明顯減少,如果濕度進(jìn)一步增大,甚至完全沒(méi)有脈沖輸出,這就是所謂的“漏脈沖”現象。
關(guān)于這種漏脈沖現象的機理,目前尚未見(jiàn)有資料作深入的分析,但這種現象是客觀(guān)存在的。
應用節流式差壓流量計來(lái)測量飽和蒸汽流量,有時(shí)也會(huì )碰到蒸汽帶水的情況,當流量計安裝在水平管道上時(shí),管道底部會(huì )出現分層流動(dòng)的水。儀表制造廠(chǎng)一般在孔板的下部開(kāi)一個(gè)疏水孔,以防凝結水在節流件前面集聚,影響流通截面。在國家標準中,還給出了這種疏水孔所引入的誤差計算和修正方法[3]。對于安裝在垂直管道上的節流式差壓流量計,則勿需開(kāi)疏水孔,但由蒸汽帶水所引起的誤差是客觀(guān)存在的。因此,這里所說(shuō)的“具有較好的適應性”只是相對于渦街流量計而言。
5 輕微的流動(dòng)脈動(dòng)對差壓式流量計無(wú)明顯影響
流動(dòng)脈動(dòng)常見(jiàn)于工業(yè)管流,從現場(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)對大多數流量測量?jì)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)作用在渦街流量計的傳感器探頭上,脈動(dòng)的推力使之產(chǎn)生相應的脈沖輸出,因而使渦街流量計示值出現大幅度的升高,有時(shí)甚至是成數倍的升高[4]。
流動(dòng)脈動(dòng)影響渦街流量計的最常見(jiàn)的例子是安裝在減壓閥后面的渦街流量計,流量示值因脈動(dòng)而大幅度升高。
一個(gè)熱力公司要向為數眾多的熱用戶(hù)供汽,其供汽的最高壓力和最高溫度主要受鍋爐規格制約,而最低壓力,卻要受到用戶(hù)的制約。即供汽壓力值要求最高的用戶(hù)決定了管網(wǎng)的最低壓力。而對于另外一些用戶(hù),這一供汽壓力又嫌太高,于是在蒸汽總管進(jìn)入用戶(hù)界區之后,增設一個(gè)減壓站。
蒸汽減壓站的減壓(穩壓)功能主要由一個(gè)蒸汽直接作用壓力調節閥承擔。這個(gè)調節閥兩端壓差大小不一,調節閥閥芯閥座的結構形式也有很大差異,在調節閥兩端壓差較大,而相對流量較小時(shí),閥門(mén)開(kāi)度很小,這時(shí)閥芯和閥座間的流體流速很高,于是在閥門(mén)出口處很容易產(chǎn)生旋渦。當閥門(mén)開(kāi)度小于一定值(例如5%)時(shí),甚至出現閥芯不停地抖動(dòng),引起流動(dòng)脈動(dòng)。
流動(dòng)脈動(dòng)對差壓式流量計的影響是通過(guò)三個(gè)途徑,即①平方根誤差;②慣性影響;③對流出系數的影響,三個(gè)因素共同作用,使節流式差壓流量計的示值升高,其脈動(dòng)附加不確定度的估算可查閱有關(guān)文獻[3]。但其影響程度要比渦街流量計輕得多。
6 在低雷諾數測量條件下,差壓流量計有較好的適應性
在被測流體粘度較高,例如比水大數倍的使用條件下,渦街流量計要慎用,因為渦街流量計保證測量精確度的最小雷諾數為20 000,而雷諾數低于5 000 時(shí),就可能沒(méi)有穩定的旋渦產(chǎn)生。
標準孔板流量計的最新國際標準ISO5167:2003(E),所提供的計算公式,在雷諾數大于等于4 000 后就能保證測量精確度[5],雷諾數小于4 000 后,測量精確度降低,但不會(huì )像流體振蕩式流量計那樣,因停止振蕩而輸出全無(wú)。
7 節流式差壓流量計檢定方便
用于貿易結算等用途的流量計,國家規定執行強制檢定。對于業(yè)主單位來(lái)說(shuō),完成流量計的周期檢定是一項重要的法定任務(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。
渦街流量計的檢定,要放在流量標準裝置上進(jìn)行,不僅拆裝、搬運、送檢麻煩,而且為了檢定要停用較長(cháng)的時(shí)間。而節流式差壓流量計由于規程規定可以用幾何檢定法進(jìn)行檢定,因此,可在現場(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 流量計口徑較大時(shí),差壓式流量計較便宜節流式差壓流量計的成本由節流裝置、差壓變送器及附屬裝置組成,當儀表口徑增大時(shí),只需節流裝置放大,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),節流式差壓流量計的價(jià)格優(yōu)勢尤為明顯。
9 節流式差壓流量計變更測量范圍較方便
流量計在安裝完畢投入使用時(shí),總會(huì )發(fā)現一定比例的儀表流量測量范圍選得不合適,不是太小就是太大。尤其是在從未安裝過(guò)流量計的管道上,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。儀表投入運行時(shí)才發(fā)現,實(shí)際流量比原來(lái)估計的流量小得多,對于選用渦街流量計的測量系統,甚至會(huì )發(fā)現流量傳感器無(wú)脈沖輸出。對于選用節流式差壓流量計的設計中,流量示值有時(shí)只有滿(mǎn)度值的20%~30%。作為預防措施,有經(jīng)驗的設計人員,往往將差壓上限選在適中的數值,例如低壓蒸汽,選差壓上限為40~60 kPa,這樣,當開(kāi)表后如果發(fā)現實(shí)際流量略微超過(guò)滿(mǎn)量程或相對示值偏低,就可對差壓上限進(jìn)行重新計算,然后用手持終端重新設置差壓變送器的測量上限。而對于旋渦流量計,一旦發(fā)現口徑選的不合適,只能用更換一次表的方法去解決。
要換一臺口徑與原設計不同的渦街流量計,對于一個(gè)使用大量?jì)x表的老企業(yè)來(lái)說(shuō),或許不是一件困難的事,因為總有一些備表,而對于一個(gè)新企業(yè)、小企業(yè)或工程公司來(lái)說(shuō),就是一件困難的事。
10 結束語(yǔ)
節流式差壓流量計的主要不足是范圍度不夠大,較長(cháng)的引壓管線(xiàn)導致安裝麻煩,而且易漏、易堵、易凍結,易引起差壓信號的傳遞失真。近些年的改進(jìn)主要有:
① 差壓變送器的精度等級得到大幅度提高,從早先的1.5 級提高到后來(lái)的0.5 級,再到現在的0.1 級甚至0.75 級。在相對流量低于30%時(shí),節流裝置送出的差壓信號也能到精確測量,從而有利于流量測量范圍度的擴大;
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:制約節流式差壓流量計范圍度擴大的流出系數非線(xiàn)性和可膨脹性系數影響得到補償,從而使節流式差壓流量計的系統精確度大大提高,范圍度可擴大到10:1[6];
③ 對引壓管線(xiàn)的改進(jìn)體現在一體化節流式流量計上。在一體化節流式差壓計中,引壓管縮得很短,所以,改進(jìn)前存在的易漏、易堵、易凍結,差壓信號傳遞失真問(wèn)題,安裝工程量大等問(wèn)題均得到解決;
④ 新的計算公式,使一次元件測量不確定度進(jìn)一步減小。這主要體現在新的國際標準ISO5167:2003(E)上。
參考文獻
1 姜仲霞, 姜川濤, 劉桂芳.渦街流量計[M]. 北京:中國石化出版社, 2006.
2 蔡武昌, 孫淮清, 紀綱.流量測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 流量測量節流裝置用孔板、噴嘴、文丘里管測量充滿(mǎn)圓管的流體流量.
4 紀綱. 流量測量?jì)x表應用技巧[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, 紀綱.差壓式流量計范圍度問(wèn)題研究[J]. 自動(dòng)化儀表, 2005, (8).(end)
差壓式流量計相關(guān)文章:差壓式流量計原理
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