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          三暢創新研發儀表、助力工業自動化升級

          四種蒸汽流量測量儀表的原理特點及不同的安裝要求介紹

          來源: (中國輕工業長沙工程有限公司 作者:楊文 發布日期:2021-09-19

           摘 要:蒸汽作為一種重要的能源物質,制漿造紙企業有很多工段都需使用蒸汽。這些蒸汽要么外購,要么來自企業自備電廠。為了進行能耗計算或者成本核算,通常需要使用流量計對消耗的蒸汽進行準確計量。本文對適合于蒸汽流量測量的流量計的測量方法和特點進行了介紹,幫助用戶根據實際情況選擇非常合適的測量儀表,確保需要時對蒸汽流量進行準確測量。

          在制漿造紙工業中,蒸煮、紙機烘干部、廠房通風等工段需要消耗大量蒸汽,造紙廠一般通過自備電站提供蒸汽或者從外部供熱管網購買蒸汽,并在蒸汽主管和各車間不同工段的蒸汽支管上安裝流量計對蒸汽流量進行測量。蒸汽計量直接關系到供需雙方的經濟利益,紙廠內部的蒸汽計量為企業計算能耗、核算成本提供依據。因此選擇合適的流量計對蒸汽進行精確計量是很有必要的。本文論述了蒸汽流量測量儀表的選擇方法和使用條件,以方便造紙企業根據實際情況選擇合適的儀表,對蒸汽流量進行精確計量。

          1 測量方法和儀表選擇

          有調查統計顯示,在安裝運行的流量儀表中,約有60%所選擇的測量方式是不合適或者使用不正確,還有的雖然測量方法合適,安裝和布置又出現了錯誤。對某一使用場合,一般都會有幾種儀表可供采用,選擇時如果只憑經驗或初裝費用做出決定,往往不能選擇非常合適的儀表。要正確選擇流量測量方法和儀表,必須熟悉儀表和流體特性,同時考慮經濟因素。歸納起來主要包括性能要求、流體特性、安裝要求、環境條件和費用。根據石油化工設計手冊,可用于蒸汽流量測量的儀表有基于節流元件如孔板、噴嘴、文丘里管和均速管的差壓式流量計,渦街流量計,基于傳播時間法的超聲波流量計和金屬浮子流量計幾種。需要注意的是這幾種流量計都是測量瞬時流量,而企業對蒸汽進行測量主要是計量總量,因此需在D C S系統中進行計算轉換或者使用具有積算功能的儀表。

          各種流量計

          1.1 差壓式流量計

          利用差壓變送器測量流體,通過節流元件時因為流速變化在節流元件前后產生的壓差來計算流量,不同節流元件的差壓式流量計的測量原理相同。這種測量方法以流動連續方程和伯努利方程為基礎。壓差的大小不僅與流量有關,還與節流元件結構形式或管道內流體的物理性質等因素有關,因此流量計算需考慮各種影響因素的修正系數。差壓式流量計測量范圍度窄,由于差壓信號與流量為平方關系,一般范圍度為(3∶1)~(4∶1)。根據不同的應用場合和精度要求,每個節流元件都有自己的特點和優勢,比如孔板具有較高的精度;噴嘴相較孔板具有流出系數穩定,壓損較低(相同工況下為孔板的30%~50%)的特點,很適合蒸汽流量的測量;文丘里管則要求前后直管段較短。

          帶溫度壓力補償的一體式渦街流量計

          1.2 渦街流量計

          渦街流量計是一種發展迅速并獲得廣泛應用的新型流量計。其流量測量原理是在流體中設置旋渦發生體,旋渦發生體兩側交替產生有規則的旋渦,傳器通過測量旋渦發生體的振動頻率得到旋渦發生的頻率,根據旋渦發生頻率可以通過公式計算得到流體流量。渦街流量計測量范圍度寬,可達(10∶1)~(20∶1)或更大,可用于測量大幅波動的工藝過程的流量;輸出與流量成正比的脈沖信號,無零點漂移;壓損較小,約為孔板流量計的1/2~1/4;不適用于低雷諾數(R e<2×10 4)場合;儀表系數較低,信號分辨率隨口徑增大而降低,影響測量精度,故口徑不宜過大,滿管式渦街流量計應用于中小口徑(D N15~D N600),插入式渦街流量計可用于DN600以上孔徑。

          1.3 超聲波流量計

          通過檢測流體流動對超聲波的影響,從而測出流體的體積流量。超聲波流量計有幾種不同的測量原理,比如傳播時間法、多普勒效應法、波束偏移法等。其中基于傳播時間法的超聲波流量計可以用于測量蒸汽的流量。測量蒸汽時一般選擇傳播時間法超聲波流量計,通過同時測量順流向和逆流向兩路聲波的傳播時間差計算出流體流速,然后通過公式計算將流速轉換為流量。超聲波流量計具有測量范圍度寬,可達10∶1;長期穩定性好;測量精度高;口徑范圍大以及適用介質溫度高等特點。

          1.4 金屬浮子流量計

          采用可變面積式測量原理,用于測量連續封裝管道中液體和氣體的體積流量的測量。它可用于小流量、低流速的測量場合,也可用于測量低雷諾數的場合,有效測量范圍度寬,可達10∶1,金屬浮子流量計一般用于口徑不超過DN100的工藝管道上。

          制造造紙企業使用的蒸汽主要是過熱蒸汽和飽和蒸汽,蒸汽的壓力波動會引起密度變化,飽和蒸汽的壓力和溫度一一對應,因此飽和蒸汽流量測量可以選擇壓力補償或溫度補償的一種即可。過熱蒸汽的溫度和壓力無對應關系,因此需要同時測量其溫度和壓力進行補償。渦街流量計和超聲波流量計有的型號已經集成了一體化的溫度和壓力補償。差壓式流量計和金屬浮子流量計則需要單獨安裝溫度變送器和(或)壓力變送器對溫度和壓力進行補償,修正測量結果,提高測量精度。

          2 安裝要求

          不同原理的測量方法對安裝要求差異很大,大量的應用統計數據表明,流量測量儀表測量性能受安裝狀況的影響很大,安裝不善給流量儀表引入較大的附加誤差,即便儀表本身具有較高的精度,也會造成現場儀表測量不準,誤差大。因此在使用流量測量儀表時必須高度重視儀表的安裝。儀表安裝符合其所要求的安裝條件才能充分發揮儀表的性能,從而得到準確的測量結果。具體到上述幾種用于蒸汽流量測量的儀表,可根據其測量方法和儀表使用手冊確定對應的安裝要求。

          差壓式流量計、渦街流量計和超聲波流量計都要求管道內流體為充分發展的管流,減少流體擾動對測量結果的影響,因此這類儀表需要較長的上下游直管段長度來保證測量精度,選用這類儀表要及時和管道專業溝通,確保有滿足儀表使用手冊要求的直管段長度來安裝儀表。如果直管段長度確實無法滿足,則應采取其他措施來彌補,比如在儀表上游管道安裝流動調整器來縮短上游直管段的長度。渦街流量計因為振動會影響旋渦發生頻率的檢測,因此對管道振動敏感,在振動場合應選用抗振型的渦街流量計,安裝時應考慮在儀表前后管道做支撐,避開振動強烈的地方。金屬浮子流量計要求流體流動方向從下往上,因此需要根據預期安裝位置的管道方向選擇合適的流量計結構型式。

          3 結論

          制漿造紙企業需要測量蒸汽流量時,可以根據實際情況在以上介紹的幾種流量測量儀表中進行比較,選擇非常合適的測量儀表。總體來說,差壓式流量計式是目前蒸汽測量非常常用的流量計。超聲波流量計沒有節流件,不會因節流件腐蝕和磨損造成精度變差,長期穩定性非常好,適合貿易結算的測量場合。差壓式流量計和渦街流量計因其精度較高、價格便宜、安裝維護方便等特點,更適合企業內部用于能耗計算和成本核算的測量場合。

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