化工裝置常用流量計原理及選型運用研究

毛金強

摘 要：化工工藝中對于流量計的規(guī)格型號選擇是十分重要的。不同的流量計有不同的特點和適用性，同時對安裝環(huán)境、被測流體介質(zhì)有要求。通過選擇合適的流量計，為化工生產(chǎn)工藝條件優(yōu)化，提高生產(chǎn)安全性提供有效支持。本文圍繞化工流量計原理及選型問題進行了探討，分別對輪式、差壓式、轉(zhuǎn)子式、熱式質(zhì)量流量計、科里奧利質(zhì)量流量計進行了論述，供相關(guān)人士參考。

關(guān)鍵詞：流量計;化工應(yīng)用;選型

1引言

流量計是化工生產(chǎn)過程中常見的設(shè)備，流量計型號選擇是否科學(xué)合理對化工工藝生產(chǎn)安全、生產(chǎn)效率有密切影響。在流量計的選型過程中，技術(shù)人員不僅需要考慮到化工流體介質(zhì)流量、流動狀態(tài)等參數(shù)需求，同時還要考慮流量計的安裝環(huán)境、安裝要求、經(jīng)濟成本等因素，在綜合分析后確定出最適宜的流量計。

2流量計選型

根據(jù)化工生產(chǎn)的要求，綜合考慮流量計使用的安全性、測量的準確性以及采購維護成本的經(jīng)濟性方面對流量計進行科學(xué)選型。在技術(shù)方面，流量計型號應(yīng)滿足被測流體性質(zhì)及流動情況，并在此基礎(chǔ)上確定流量計的安裝方式以及流量計類別、規(guī)格和型號。此外，對于接觸型流量計，在選型的過程中還要考慮到長期接觸過程中的能耗損失，避免選用多個壓損較大的流量計。

3輪式流量計

輪式流量計包括渦輪、軸承、前置放大器、顯示屏。流體介質(zhì)沿著管道軸線方向運動的過程中，流體介質(zhì)沖擊渦輪葉片，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力，渦輪葉片在沖擊力的作用下旋轉(zhuǎn)。葉片旋轉(zhuǎn)過程中與電磁鐵切割產(chǎn)生磁力線，從而改變線圈磁通量。線圈磁通量變化的過程產(chǎn)生電勢信號，電勢信號與被測流體介質(zhì)的流量大小成正比。因此，可以通過對渦輪葉片產(chǎn)生的電勢信號放大檢測來得到被測流體的流量。

輪式流量計選型環(huán)節(jié)考慮的因素包括氣體密度、流量范圍、壓力損失、準確度、結(jié)構(gòu)形式。氣體輪式流量計在選型時應(yīng)首先考慮氣體密度，如果氣體密度不穩(wěn)定，經(jīng)常出現(xiàn)較大的波動，流量計應(yīng)具備對流量系數(shù)進行調(diào)整的功能。不同口徑的流量計具有對應(yīng)的測量范圍。通常情況下，根據(jù)流量計運行時間來進行流量范圍的選擇，選擇流量范圍是實際最小流量的0.8被為范圍下限。如果每天運行時間低于8h，選擇流量范圍是實際最大流量的1.3倍為范圍上限;如果每天運行時間超過8h，選擇流量范圍是實際最大留來了能夠的1.4被為范圍上限。為了減少壓力損失，應(yīng)選擇盡可能壓力損失小的輪式流量計。通常情況下，流量計的測量準確度越高，對環(huán)境因素波動變化越敏感。對于大口徑的結(jié)算型流量儀表，可采取較高準確度的流量計，而對于介質(zhì)輸送量不大的場景可選用一般精確度的流量計。如果是內(nèi)部結(jié)構(gòu)的輪式流量計，可選用反推式結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)的流量計可以減少接觸點或端面的摩擦，減少部件磨損，有利于延長流量計使用壽命。根據(jù)管道連接方式可選擇水平或垂直安裝方式。對于易燃易爆性質(zhì)的介質(zhì)，流量計應(yīng)具備防爆性能。

4差壓式流量計

差壓式流量計包括節(jié)流裝置、信號管路、差壓變送器、顯示儀表。節(jié)流裝置能夠?qū)⒈粶y流體轉(zhuǎn)變成壓差信號，信號管路能夠傳輸差壓信號，差壓變送器和顯示儀表可以測量差壓值。根據(jù)檢測部件的不同，差壓式流量計又分為均速流量計、孔板流量計、文丘里管流量計。當被測流體為不可壓縮流體時，流通速度為U，流體密度為ρ，靜壓力為P，則流體在管道充滿情況下的流動能量方程式如下：

當流體壓力出現(xiàn)變化時，流體溫度也會出現(xiàn)對應(yīng)變化，此時，根據(jù)等熵規(guī)律有：

因此，流體在管道充滿情況下的流體能量有如下關(guān)系：

當如果節(jié)流裝置上游入口處的流體流速為u1，流體密度為ρ1，靜壓為P1，流體經(jīng)過節(jié)流裝置時的流速為u2，流體密度為ρ2，靜壓為P2。則根據(jù)努利方程，流體能量關(guān)系如下：

流體連續(xù)方程為：

假設(shè)流體在節(jié)流裝置前后的流體密度相同，管道直徑為D，節(jié)流裝置孔徑為d，則流體的平均流速u2為：

因此，可得到流體質(zhì)量流量M為：

差壓式流量計選型環(huán)節(jié)要避免壓差式流量計壓損太大，測量范圍太窄。通常可選擇測量范圍為3：1或4：1，流量計測量準確度居中。流量計使用的過程中，如果介質(zhì)為液體，經(jīng)常會出現(xiàn)液體中的氣體進入到導(dǎo)壓管內(nèi)，因此流量計應(yīng)安裝在節(jié)流裝置下方;如果介質(zhì)為氣體，經(jīng)常會出現(xiàn)雜質(zhì)或灰塵進入到導(dǎo)壓管，因此流量計應(yīng)安裝在節(jié)流裝置上方。差壓引壓導(dǎo)管內(nèi)徑、材質(zhì)、長度應(yīng)根據(jù)被測介質(zhì)的環(huán)境參數(shù)及性質(zhì)參數(shù)確定。如果導(dǎo)管長度過長時，應(yīng)采取分段傾斜的方式，并在最高點安裝排氣閥、集氣裝置，在最低點安裝排污閥、沉淀裝置。寒冷環(huán)境下導(dǎo)管應(yīng)有防寒防凍裝置。

5轉(zhuǎn)子流量計

在垂直玻璃錐形管中的浮子會根據(jù)被測流體的流量變化而升降，改變流體流通面積可以對被測流體體積進行測量。轉(zhuǎn)子流量計通常測量的介質(zhì)包括單相液體、氣體。最常見的是玻璃轉(zhuǎn)子流量計。為了防止玻璃管發(fā)生破裂，玻璃轉(zhuǎn)子流量計應(yīng)帶有防護罩。測量介質(zhì)是氣體時，轉(zhuǎn)子流量計應(yīng)選擇導(dǎo)桿式或者帶棱筋導(dǎo)向的，這樣可以避免浮子異常運動時將玻璃管撞碎。安裝流量計的過程中，應(yīng)安裝在固定沒有震動的管道上，同時安裝的方向與管道軸向垂直。測量介質(zhì)是液體時，轉(zhuǎn)子流量計內(nèi)液體的流向與鉛垂線夾角在5°以內(nèi)。操作過程中，轉(zhuǎn)子流量計應(yīng)注意浮標、玻璃椎管的整潔，定時沖洗。

6熱式質(zhì)量流量計

該類型的流量計通過熱源和介質(zhì)流體之間進行熱量交換來實現(xiàn)對流量的測定。選型過程中，流量計測量準確度居中即可，能夠?qū)Φ土魉俳橘|(zhì)流量進行測量，具有較長的響應(yīng)時間。如果被測介質(zhì)是氣體，通常溫度變化時，流體流量受到的影響較小。熱式質(zhì)量流量計根據(jù)測量介質(zhì)的不同來分，在實際的應(yīng)用中也要根據(jù)介質(zhì)環(huán)境類型來選擇對應(yīng)的流量計。流量計安裝過程中測量準確度一般不受到安裝方位的影響。

7科里奧利質(zhì)量流量計

通過對入口管段和出口管段振動時間的差異而間接得出通過管子的流體質(zhì)量流量。振動時間的差異與流體質(zhì)量流量的數(shù)值呈正比。只要檢測出振動時間差，就可以得到質(zhì)量流量大小。流量計選型過程中對流體介質(zhì)的性質(zhì)、管道上下游長度沒有特殊要求?？评飱W利質(zhì)量流量計對低密度氣體介質(zhì)也能夠測量，但是如果測量介質(zhì)是液體時需要注意液體中含氣量多少，一旦含氣量過大會對測量結(jié)果帶來影響。流量計安裝的過程中應(yīng)注意選擇穩(wěn)固的安裝位置，底部有支撐，防止流量計使用時受到管道震蕩干擾。

8結(jié)語

綜上所述，化工生產(chǎn)過程中如何科學(xué)選擇流量計對于企業(yè)生產(chǎn)安全和生產(chǎn)效益關(guān)系密切。通過對測量流體介質(zhì)環(huán)境的分析，在滿足化工生產(chǎn)需求的基礎(chǔ)上來選擇適當?shù)牧髁坑嫛Ｓ捎诓煌牧髁坑嬘懈髯缘膬?yōu)勢和不足，因此在選擇了某種流量計后仍舊需要對不足之處進行重視，以揚長避短，更可靠高效地發(fā)揮出流量計的作用。

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