粗苯流量計(jì)的安裝條件對(duì)于測(cè)量效果影響的研究
點(diǎn)擊次數(shù):1936 發(fā)布時(shí)間:2020-03-20 09:05:24
粗苯流量計(jì)是根據(jù)法拉*電磁感應(yīng)定律制成的,用來(lái)測(cè)量導(dǎo)電液體體積流量的儀表。由于其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn),目前已廣泛地被應(yīng)用于工業(yè)工程中各種導(dǎo)電液體的流量測(cè)量,如各種酸、堿、鹽等腐蝕性介質(zhì);各種易燃易爆介質(zhì);污水處理以及化工、食品、醫(yī)藥等工業(yè)中的各種漿液流量測(cè)量,形成了獨(dú)特的應(yīng)用領(lǐng)域。本文介紹了粗苯流量計(jì)的研究現(xiàn)狀,在此基礎(chǔ)上,對(duì)粗苯流量計(jì)的工作原理進(jìn)行了分析。
粗苯流量計(jì)(ElectromagenticFlowmeter,簡(jiǎn)稱(chēng)EMF)基于法拉*電磁感應(yīng)定律制成的一種用于測(cè)量導(dǎo)電液體體積流量的速度式流量計(jì)。由于其突出的優(yōu)點(diǎn)和明顯的優(yōu)勢(shì),目前已被廣泛地應(yīng)用于各種測(cè)量工況中,測(cè)量工業(yè)過(guò)程中各種具有導(dǎo)電特性的液體的體積流量,如各種鹽、酸、堿等腐蝕性介質(zhì);各種易燃易爆介質(zhì);污水處理及化工、食品、醫(yī)藥等工業(yè)中各種漿液流量測(cè)量,應(yīng)用領(lǐng)域廣泛且獨(dú)特。
粗苯流量計(jì)的構(gòu)造相對(duì)較簡(jiǎn)單,傳感器的測(cè)量管內(nèi)幾乎無(wú)可移動(dòng)的部件,阻礙或干擾流體流動(dòng)的節(jié)流部件也不存在。因而,當(dāng)流體流經(jīng)流量計(jì)時(shí),壓力損失基本為零。因?yàn)槠涮厥獾臉?gòu)造形式,阻礙流體流動(dòng)的結(jié)構(gòu)部件,在儀表測(cè)量管內(nèi)不存在,僅僅只有測(cè)量管內(nèi)襯以及電*與被測(cè)流體進(jìn)行接觸,因此內(nèi)襯和電*的材料如何選擇,完全取決于被測(cè)量流體介質(zhì)的性質(zhì)。例如測(cè)量磨損較大的礦漿、帶固體顆粒、水泥漿等液固兩相流以及各種帶纖維液體和紙漿等懸濁液體,比較適合采用耐磨橡膠做內(nèi)襯;而測(cè)量各種酸、堿、鹽等腐蝕性介質(zhì),則特別適合用聚三氟乙烯或聚四氟乙烯做內(nèi)襯。
2安裝條件的影響流場(chǎng)分布
2.1對(duì)粗苯流量計(jì)測(cè)量的影響
流體在管道中流動(dòng)時(shí),一般有兩種流動(dòng)狀態(tài),即層流流動(dòng)和湍流流動(dòng)。層流流動(dòng)時(shí),管內(nèi)流體分層流動(dòng),各流層之間相互不混雜而平行于管道軸線流動(dòng),流層間沒(méi)有流體質(zhì)點(diǎn)的相互交換,流體通過(guò)一段管道的壓力降與流量成正比。而湍流流動(dòng)時(shí),管內(nèi)流體不再分層流動(dòng),流體質(zhì)點(diǎn)除了沿管道軸線方向運(yùn)動(dòng)外,還有劇烈的徑向運(yùn)動(dòng),流體通過(guò)一段管道的壓力降與流量的平方成正比。
在實(shí)際應(yīng)用中,出于工藝流程的需要,往往需要在管道中加上彎頭、閥門(mén)、減縮管、漸擴(kuò)管等阻流件,流體流經(jīng)這些阻流件之后,流場(chǎng)會(huì)發(fā)生較大的變化。為了較好的觀察流體流經(jīng)阻流件之后的流場(chǎng)速度分布,選取90°彎頭和漸縮管為研究對(duì)象,90°彎頭的模型和網(wǎng)格劃分如圖1所示。管道直徑為100mm,彎頭處的曲率半徑為200mm。為了保證流體經(jīng)過(guò)彎頭時(shí)已充分發(fā)展,彎頭上游有10D直管段,并且彎頭下游有70D直管段。
粗苯流量計(jì)對(duì)流場(chǎng)的分布沒(méi)有嚴(yán)格的要求,因此相比于超聲流量計(jì),粗苯流量計(jì)對(duì)于上游直管段的要求不需要太長(zhǎng)。流體在通過(guò)彎頭時(shí)流場(chǎng)會(huì)發(fā)生一定的改變,通過(guò)彎頭之后還需要經(jīng)過(guò)一定的直管段流場(chǎng)才能重新恢復(fù)。同樣,流體在通過(guò)其他上游阻流件如漸縮管、漸擴(kuò)管、閥門(mén)等同樣也會(huì)發(fā)生流場(chǎng)的畸變,需要經(jīng)過(guò)一定的直管段之后,流場(chǎng)才能重新恢復(fù),達(dá)到粗苯流量計(jì)測(cè)量對(duì)流場(chǎng)分布的要求。儀表上游阻流件的影響導(dǎo)致流場(chǎng)的畸變,需要經(jīng)過(guò)一定的直管段才能得到恢復(fù)。制造廠也通過(guò)不斷的優(yōu)化粗苯流量計(jì)的結(jié)構(gòu)以減小其對(duì)流場(chǎng)的依賴(lài),經(jīng)過(guò)不斷的努力,現(xiàn)在使用的粗苯流量計(jì)需要一定的前直管段,但也無(wú)需太長(zhǎng)。大量的實(shí)驗(yàn)表明,一般粗苯流量計(jì)上游仍然要有5到10倍管徑的直管段。
2.2粗苯流量計(jì)安裝位置的影響
傳感器安裝位置的選擇是保證粗苯流量計(jì)正常運(yùn)行的關(guān)鍵,所以在選擇安裝位置時(shí)應(yīng)考慮下列因素:
(1)根據(jù)粗苯流量計(jì)的測(cè)量原理可知,被測(cè)流體的流速必須軸對(duì)稱(chēng)分布才能保證流量計(jì)正常運(yùn)行,否則容易引起流量計(jì)指示不穩(wěn),所以安裝位置的選擇必須使介質(zhì)滿(mǎn)管且保證直管段的要求(一般前5D后3D)。
(2)為避免氣泡的影響,安裝位置不宜選擇在易積聚氣體的流體管道的*高點(diǎn),垂直安裝時(shí),應(yīng)選擇流體由下而上的位置。當(dāng)流體出口為放空狀態(tài)時(shí),傳感器不應(yīng)安裝在管道放空之處,應(yīng)安裝在較低處,并使流體滿(mǎn)管。
(3)粗苯流量計(jì)的測(cè)量原理就決定了其易受外界電磁干擾的影響,為避免電磁場(chǎng)干擾,安裝位置應(yīng)盡可能地遠(yuǎn)離有強(qiáng)電磁場(chǎng)的大功率用電設(shè)備如大機(jī)電、大變壓器等。另外,安裝時(shí)流量計(jì)應(yīng)很好的接地,信號(hào)線選用屏蔽線并穿管進(jìn)行保護(hù)。
(4)為避免負(fù)壓及管道的震動(dòng)對(duì)流量計(jì)的影響,安裝位置不宜選擇在泵的進(jìn)口或地面有強(qiáng)烈的震動(dòng)處。如管道振動(dòng)大,在傳感器兩邊應(yīng)加裝固定管道的支架,以減少震動(dòng)的影響。(5)被測(cè)介質(zhì)中含有固體顆粒時(shí),水平安裝會(huì)使襯里和電*過(guò)分磨蝕,也會(huì)使測(cè)量管內(nèi)徑被磨變大,從而產(chǎn)生較大的測(cè)量誤差,此時(shí)應(yīng)該選擇垂直安裝。
2.3阻流件的影響在前直管段為20D、10D、5D的各工況中,幾乎所有工況對(duì)流量計(jì)的測(cè)量性能影響都在允許的0.5%誤差范圍內(nèi);當(dāng)前直管段小于5D時(shí),各工況表現(xiàn)出對(duì)流量計(jì)測(cè)量性能影響的差異不同,其中阻流件為DN100球閥+不在同一平面45°雙彎頭、DN100球閥+DN100單彎頭、DN150球閥+90°單彎頭+DN150變DN100漸縮管+90°單彎頭時(shí),對(duì)粗苯流量計(jì)測(cè)量性能影響較大??傮w來(lái)看,粗苯流量計(jì)在復(fù)雜工況下所需的前直管段比較短,保守估計(jì),前直管段為10D時(shí)均能滿(mǎn)足所有工況時(shí)的測(cè)量精度。
總之,如果流量計(jì)在現(xiàn)場(chǎng)使用時(shí)沒(méi)有正確安裝,例如直管段長(zhǎng)度不夠、管徑內(nèi)液體不是理想液體、環(huán)境溫度超出流量計(jì)正常使用范圍,都有可能對(duì)流量計(jì)的測(cè)量結(jié)果造成*大的影響,可是現(xiàn)場(chǎng)條件未必能像實(shí)驗(yàn)室的安裝條件一樣理想,這就需要使用單位對(duì)流量計(jì)的性能作必要的了解和對(duì)現(xiàn)場(chǎng)安裝條件的嚴(yán)格把關(guān)。
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粗苯流量計(jì)的構(gòu)造相對(duì)較簡(jiǎn)單,傳感器的測(cè)量管內(nèi)幾乎無(wú)可移動(dòng)的部件,阻礙或干擾流體流動(dòng)的節(jié)流部件也不存在。因而,當(dāng)流體流經(jīng)流量計(jì)時(shí),壓力損失基本為零。因?yàn)槠涮厥獾臉?gòu)造形式,阻礙流體流動(dòng)的結(jié)構(gòu)部件,在儀表測(cè)量管內(nèi)不存在,僅僅只有測(cè)量管內(nèi)襯以及電*與被測(cè)流體進(jìn)行接觸,因此內(nèi)襯和電*的材料如何選擇,完全取決于被測(cè)量流體介質(zhì)的性質(zhì)。例如測(cè)量磨損較大的礦漿、帶固體顆粒、水泥漿等液固兩相流以及各種帶纖維液體和紙漿等懸濁液體,比較適合采用耐磨橡膠做內(nèi)襯;而測(cè)量各種酸、堿、鹽等腐蝕性介質(zhì),則特別適合用聚三氟乙烯或聚四氟乙烯做內(nèi)襯。
2安裝條件的影響流場(chǎng)分布
2.1對(duì)粗苯流量計(jì)測(cè)量的影響
流體在管道中流動(dòng)時(shí),一般有兩種流動(dòng)狀態(tài),即層流流動(dòng)和湍流流動(dòng)。層流流動(dòng)時(shí),管內(nèi)流體分層流動(dòng),各流層之間相互不混雜而平行于管道軸線流動(dòng),流層間沒(méi)有流體質(zhì)點(diǎn)的相互交換,流體通過(guò)一段管道的壓力降與流量成正比。而湍流流動(dòng)時(shí),管內(nèi)流體不再分層流動(dòng),流體質(zhì)點(diǎn)除了沿管道軸線方向運(yùn)動(dòng)外,還有劇烈的徑向運(yùn)動(dòng),流體通過(guò)一段管道的壓力降與流量的平方成正比。
在實(shí)際應(yīng)用中,出于工藝流程的需要,往往需要在管道中加上彎頭、閥門(mén)、減縮管、漸擴(kuò)管等阻流件,流體流經(jīng)這些阻流件之后,流場(chǎng)會(huì)發(fā)生較大的變化。為了較好的觀察流體流經(jīng)阻流件之后的流場(chǎng)速度分布,選取90°彎頭和漸縮管為研究對(duì)象,90°彎頭的模型和網(wǎng)格劃分如圖1所示。管道直徑為100mm,彎頭處的曲率半徑為200mm。為了保證流體經(jīng)過(guò)彎頭時(shí)已充分發(fā)展,彎頭上游有10D直管段,并且彎頭下游有70D直管段。
粗苯流量計(jì)對(duì)流場(chǎng)的分布沒(méi)有嚴(yán)格的要求,因此相比于超聲流量計(jì),粗苯流量計(jì)對(duì)于上游直管段的要求不需要太長(zhǎng)。流體在通過(guò)彎頭時(shí)流場(chǎng)會(huì)發(fā)生一定的改變,通過(guò)彎頭之后還需要經(jīng)過(guò)一定的直管段流場(chǎng)才能重新恢復(fù)。同樣,流體在通過(guò)其他上游阻流件如漸縮管、漸擴(kuò)管、閥門(mén)等同樣也會(huì)發(fā)生流場(chǎng)的畸變,需要經(jīng)過(guò)一定的直管段之后,流場(chǎng)才能重新恢復(fù),達(dá)到粗苯流量計(jì)測(cè)量對(duì)流場(chǎng)分布的要求。儀表上游阻流件的影響導(dǎo)致流場(chǎng)的畸變,需要經(jīng)過(guò)一定的直管段才能得到恢復(fù)。制造廠也通過(guò)不斷的優(yōu)化粗苯流量計(jì)的結(jié)構(gòu)以減小其對(duì)流場(chǎng)的依賴(lài),經(jīng)過(guò)不斷的努力,現(xiàn)在使用的粗苯流量計(jì)需要一定的前直管段,但也無(wú)需太長(zhǎng)。大量的實(shí)驗(yàn)表明,一般粗苯流量計(jì)上游仍然要有5到10倍管徑的直管段。
2.2粗苯流量計(jì)安裝位置的影響
傳感器安裝位置的選擇是保證粗苯流量計(jì)正常運(yùn)行的關(guān)鍵,所以在選擇安裝位置時(shí)應(yīng)考慮下列因素:
(1)根據(jù)粗苯流量計(jì)的測(cè)量原理可知,被測(cè)流體的流速必須軸對(duì)稱(chēng)分布才能保證流量計(jì)正常運(yùn)行,否則容易引起流量計(jì)指示不穩(wěn),所以安裝位置的選擇必須使介質(zhì)滿(mǎn)管且保證直管段的要求(一般前5D后3D)。
(2)為避免氣泡的影響,安裝位置不宜選擇在易積聚氣體的流體管道的*高點(diǎn),垂直安裝時(shí),應(yīng)選擇流體由下而上的位置。當(dāng)流體出口為放空狀態(tài)時(shí),傳感器不應(yīng)安裝在管道放空之處,應(yīng)安裝在較低處,并使流體滿(mǎn)管。
(3)粗苯流量計(jì)的測(cè)量原理就決定了其易受外界電磁干擾的影響,為避免電磁場(chǎng)干擾,安裝位置應(yīng)盡可能地遠(yuǎn)離有強(qiáng)電磁場(chǎng)的大功率用電設(shè)備如大機(jī)電、大變壓器等。另外,安裝時(shí)流量計(jì)應(yīng)很好的接地,信號(hào)線選用屏蔽線并穿管進(jìn)行保護(hù)。
(4)為避免負(fù)壓及管道的震動(dòng)對(duì)流量計(jì)的影響,安裝位置不宜選擇在泵的進(jìn)口或地面有強(qiáng)烈的震動(dòng)處。如管道振動(dòng)大,在傳感器兩邊應(yīng)加裝固定管道的支架,以減少震動(dòng)的影響。(5)被測(cè)介質(zhì)中含有固體顆粒時(shí),水平安裝會(huì)使襯里和電*過(guò)分磨蝕,也會(huì)使測(cè)量管內(nèi)徑被磨變大,從而產(chǎn)生較大的測(cè)量誤差,此時(shí)應(yīng)該選擇垂直安裝。
2.3阻流件的影響在前直管段為20D、10D、5D的各工況中,幾乎所有工況對(duì)流量計(jì)的測(cè)量性能影響都在允許的0.5%誤差范圍內(nèi);當(dāng)前直管段小于5D時(shí),各工況表現(xiàn)出對(duì)流量計(jì)測(cè)量性能影響的差異不同,其中阻流件為DN100球閥+不在同一平面45°雙彎頭、DN100球閥+DN100單彎頭、DN150球閥+90°單彎頭+DN150變DN100漸縮管+90°單彎頭時(shí),對(duì)粗苯流量計(jì)測(cè)量性能影響較大??傮w來(lái)看,粗苯流量計(jì)在復(fù)雜工況下所需的前直管段比較短,保守估計(jì),前直管段為10D時(shí)均能滿(mǎn)足所有工況時(shí)的測(cè)量精度。
總之,如果流量計(jì)在現(xiàn)場(chǎng)使用時(shí)沒(méi)有正確安裝,例如直管段長(zhǎng)度不夠、管徑內(nèi)液體不是理想液體、環(huán)境溫度超出流量計(jì)正常使用范圍,都有可能對(duì)流量計(jì)的測(cè)量結(jié)果造成*大的影響,可是現(xiàn)場(chǎng)條件未必能像實(shí)驗(yàn)室的安裝條件一樣理想,這就需要使用單位對(duì)流量計(jì)的性能作必要的了解和對(duì)現(xiàn)場(chǎng)安裝條件的嚴(yán)格把關(guān)。
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