隨著科學(xué)進(jìn)步,在電磁流量計(jì)家族中出現(xiàn)了一種插入式安裝的電磁流量計(jì)。此種儀表因其結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、安裝方便、維護(hù)量小、價(jià)格便宜,很受工程設(shè)計(jì)者及用戶的歡迎。
近幾年,洛陽石化總廠隨著對裝置及公用工程計(jì)量要求的提高,在現(xiàn)有裝置的技術(shù)改造、新裝置和基建項(xiàng)目的設(shè)計(jì)中,對于裝置內(nèi)外的新鮮水、循環(huán)水、污水等采用了一批插入式電磁流量計(jì),使用效果很好,解決了這些介質(zhì)在裝置內(nèi)和公用系統(tǒng)中的流量檢測和計(jì)量問題。
1 大管道導(dǎo)電液體的流量測量方法
從當(dāng)前的技術(shù)講,測量大管道導(dǎo)電液體流量的檢測方法較多,現(xiàn)將常用的幾種方法說明如下。
1.1 封閉管道(滿管)流量測量
1)電磁流量計(jì),本文有詳述。
2)孔板流量計(jì)(包括同心銳孔板、1/4圓孔板等),為標(biāo)準(zhǔn)的流量測量元件,結(jié)構(gòu)簡單、精度高、重復(fù)性好、無需現(xiàn)場標(biāo)定、使用壽命長,但要求直管段長、有壓損、流速要求高,不適合在大口徑管道中使用。
3)文丘里管、皮托管或阿牛巴等,可以在大管道測量中使用,但由于被測介質(zhì)流速低,故測量精度較低。
4)超聲波流量計(jì)是一種新型的非接觸式流量測量儀表,現(xiàn)正在逐步推廣使用,但不適合于在埋地管道中安裝。
5)渦街流量計(jì)也是一種可選的流量測量儀表,從國內(nèi)使用來看,使用效果差異較大,且要求有嚴(yán)格的直管段及一定的最低流速,一般在埋地的大管道安裝也不合適。
6)渦輪流量計(jì),國內(nèi)很少采用,也受流速限制。1.2 明渠或封閉(不滿管)流量測量
1)明渠式:測量明渠液位(用靜壓式、超聲波式、浮標(biāo)式、反吹式等),在明渠截面積已知的情況下,可計(jì)算出流量。
2)超聲波式:測量明渠或不滿管中的流體液面及流速,根據(jù)液體流過的截面積計(jì)算其流量。
2 石化企業(yè)中大口徑導(dǎo)電液體流量測量中的問題
2.1 在石油化工廠中,裝置及公用工程中的大口徑流體基本上是新鮮水、除鹽水、循環(huán)水、污水及海水等導(dǎo)電液體,它們自身及管道安裝的特點(diǎn)是:
1)管徑大,有些工廠的循環(huán)水管道管徑可大到1.8～ 2.0m,為了減少占地面積及減輕管橋荷重及防凍等原因,一般均采用埋地敷設(shè)。
2)由于輸送流量大,為了減少長期操作費(fèi)用,一般設(shè)計(jì)流速偏低,且流量及流速時(shí)常有變化。
3)循環(huán)水及污水有不同程度的懸浮物或沉淤物、水質(zhì)條件差。
4)現(xiàn)場儀表安裝在裝置邊界以外,儀表配管及信號線敷設(shè)比較困難。
5)計(jì)量精度滿足企業(yè)內(nèi)部做物料平衡及經(jīng)濟(jì)核算即可。
2.2 洛陽石化總廠在上述場所使用的流量計(jì)多為管裝法蘭式電磁流量計(jì)和法蘭取壓同心圓銳孔板,銳孔板測量中主要存在以下問題。
1)由于管道為地下敷設(shè),儀表安裝處設(shè)一地下井,待儀表安裝時(shí)因地下井漏水,將管線全部浸沒,井內(nèi)存許多雜物,使儀表安裝無法進(jìn)行;安裝后儀表長期浸沒在水中也無法檢修。
2)考慮到冬天防凍,安裝變送器的儀表箱及測量引線要求進(jìn)行保溫伴熱,由于這些儀表基本都在裝置或工廠的邊界線上,距離伴熱蒸汽(或熱水)及回水點(diǎn)很遠(yuǎn),故使伴熱造成很大困難。
3)用水量隨工藝裝置操作條件而常有變化,其流量和流速變化較大,有時(shí)在很低流速下工作,其測量精度不高,測量誤差較大。
從原理、結(jié)構(gòu)及安裝上,渦街流量計(jì)是一種較好的測量方法,但在循環(huán)水、污水大管道測量中也存在一些問題:
1)渦街流量計(jì)的測量精度與流速關(guān)系較大(即流體應(yīng)在一定的雷諾數(shù)之上),不適于這種大管道、流速低的流體測量;
2)不宜安裝在被水浸沒的場所;
3)沉積物及懸浮物在渦街傳感器中沉積時(shí)對測量精度有影響;
4)使用壽命較短。
3 電磁流量計(jì)的特點(diǎn)
1)測量不受流體密度、溫度、壓力、粘度和導(dǎo)電率變化的影響,且與流速分布無關(guān);
2)測量管截面積沒有收縮,無阻擋流動(dòng)部件、無壓力損失;
3)適用于漿狀、污泥及帶固體的液體;
4)精度較高,± 0.5%;
5)可輸出與流速成正比例的線性模擬信號或
脈沖信號,測量范圍寬、線性好、零點(diǎn)穩(wěn)定;
6)適用管徑范圍寬(16～ 3000mm)、要求較少的直管段;
7)電極和襯里可采用不同材質(zhì)制造,耐腐蝕、抗磨損、可在高溫和水下安裝;
8)應(yīng)用限制:測量液體必須有最小導(dǎo)電率(1μ S/cm隨供貨商而定);測量流體有沉積物時(shí),會使測量精度降低;對溫度和壓力有一定限制。
4 插入式電磁流量計(jì)的特點(diǎn)及應(yīng)用
4.1 插入式電磁流量計(jì)的特點(diǎn)
1)傳感器(探頭)直接插入被測管道,與一般管裝法蘭式電磁流量計(jì)相比,具有體積小、安裝方便、投資少等優(yōu)點(diǎn);
2)傳感器插入深度僅為管道直徑的10%～
12.5%,無壓損,特別適用于大口徑管道中的流量測量,優(yōu)勢性能價(jià)格比;
3)無淤塞、無磨損件、免維護(hù);
4)傳感器可以做成潛水浸沒型(IP68),很適于在工廠中埋地管道上安裝;
5)可以提供防爆結(jié)構(gòu)產(chǎn)品;
6)采用電流、脈沖信號輸出,絕對零點(diǎn)穩(wěn)定
7)測量最低流速可至0.1m/s(甚至更低),最小導(dǎo)電率≥ 20μS/cm;
8)傳感器可帶安裝附件,現(xiàn)場安裝容易;
9)精度較低,一般為± 1%。
4.2 測量原理
安裝在傳感器中的通電線圈在管道中產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場,導(dǎo)電液體流過時(shí),切割磁力線,產(chǎn)生與流速成正比的電壓信號,該信號被傳感器兩電極檢出,并轉(zhuǎn)換成4～ 20mA模擬信號或脈沖信號,從而實(shí)現(xiàn)對流體的測量(見圖1)。
4.3 適用范圍
與一般電磁流量計(jì)的測量范圍相同。
5 插入式電磁流量計(jì)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及儀表選型
5.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
插入式電磁流量計(jì)主要由兩部分組成———傳感器和變送器。
1)按其組合方式可分為:
一體式(傳感器和變送器一體安裝,見圖2);
分離式(傳感器和變送器分離安裝,見圖3)。
2)按防爆形式分為:普通型和隔爆型。
3)按變送器信號類型分為:
模擬變送器和微處理變送器。
按傳感器使用場合分為:
一般型(溫度- 20～ 120℃ 壓力1.6MPa);
耐高溫型(溫度180℃ 壓力4.0MPa);
此外,傳感器還可制成在線可拆卸型。
5.2 儀表選型
針對插入式電磁流量計(jì)的特點(diǎn),工程設(shè)計(jì)中儀表選型要點(diǎn)是:
1)提供被測液體的性質(zhì)(主要是電導(dǎo)率)、流體測量范圍、被測介質(zhì)溫度、壓力、工藝管道內(nèi)徑等;
2)根據(jù)安裝位置確定選普通型一體式或分離式;隔爆型一體式或分離式;
3)根據(jù)介質(zhì)腐蝕程度,確定傳感器的材質(zhì);計(jì)算插入式電磁流量計(jì)可測量的最低流速(流速偏低影響測量精度),以確定是否應(yīng)縮小工藝管徑(提高流體流速);
4)按工藝管道內(nèi)徑確定插入式電磁流量計(jì)的插入深度及所帶安裝附件。
6 插入式電磁流量計(jì)的安裝
如前所述,插入式電磁流量計(jì)安裝十分簡單,選型時(shí)只要成套訂購法蘭短管,按傳感器安裝尺寸在工藝管道上開口,并按工藝管道尺寸將法蘭短管加工成能符合傳感器安裝要求的尺寸后,將其焊接在工藝管道上即可,詳見安裝示意圖4,5)。
7 插入式電磁流量計(jì)在洛陽石化總廠的應(yīng)用情況
公用工程中的水(新鮮水、循環(huán)水、污水等)流量變化很大,且這些管道大多都埋在地下,過去設(shè)置在水井中的儀表由于水井漏水長期浸泡,大多數(shù)儀表都無法使用。近幾年來,在改建或新建裝置和系統(tǒng)工程中陸續(xù)使用一批插入式電磁流量計(jì),其使用效果良好,基本滿足廠里對這些介質(zhì)的測量和計(jì)量問題。
在新建的化纖工程中,根據(jù)廠里的使用經(jīng)驗(yàn),與承擔(dān)工程設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)單位商定,又采用一批插入式電磁流量計(jì),用于新鮮水、循環(huán)水及污水的測量。
8 插入式電磁流量計(jì)使用中存在的問題
1)插入式電磁流量計(jì)其測量最低流速一般可小至0.1m/s。但實(shí)際選用時(shí)仍應(yīng)對其所測得的最低流速進(jìn)行核算,以確保被測流量有一較好的測量精度。
2)流量計(jì)前直管段應(yīng)≥ 5D;流量計(jì)后直管段應(yīng)≥ 3D(D為管道公稱直徑)。
3)管路有沉淀物析出時(shí),如污泥與淤泥,此時(shí)流體應(yīng)有較高的測量流速,防止污物的沉積,特別是在那些沉積物會產(chǎn)生使傳感器絕緣的場合,更應(yīng)注意,必要時(shí)應(yīng)選擇可更換電極的傳感器(可在線拆裝)。
4)對于流量變化范圍大、流體速度長期低于流量計(jì)要求的最低流速的場合,應(yīng)考慮縮小工藝管道或采用兩臺一大一小并聯(lián)安裝的流量計(jì)。
5)插入式電磁流量計(jì)與普通電磁流量計(jì)一樣宜在垂直的工藝管道上安裝,這樣可防止懸浮的固體沉落在電極上,同時(shí)使流體中的油分上升到電極的測量范圍之外,如果流量計(jì)在水平工藝管道上安裝,則應(yīng)使傳感器的電極處于水平軸線上,避免電極由于空氣泡產(chǎn)生的干擾,導(dǎo)致測量誤差。
6)當(dāng)工藝管道中不能完全充滿流體,可采用一“V”型彎管結(jié)構(gòu)(見圖6),這特別適用于污水測量中含固體較多且流體不滿管的場合。
7)電極上的信號范圍小(毫伏級),應(yīng)避免接地電流流過測量電極附近。
8)在非金屬管道(如陶瓷或塑料等)上安裝插入式電磁流量計(jì)時(shí),安裝流量計(jì)處的一段管道一般應(yīng)采用金屬材質(zhì)。
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