淺析測氨氣流量計應用于熱電廠蒸汽測量中特點及注意事項
點擊次數：1542 發布時間：2021-01-08 07:14:30
測氨氣流量計是一種基于利用流體自然振蕩的原理制成的分離型流量計,屬于一種速度式流量計, 在石油、電力、化工等領域有著較為廣泛的應用。如何用好測氨氣流量計一直是許多用戶非常關心的問題。我廠為熱力發電廠，對于蒸汽的測量是生產中一項重要的工作，通過本文的介紹，讀者不僅初步了解測氨氣流量計的工作原理及特點，同時結合我廠長期使用的經驗，對于測氨氣流量計選型及安裝使用過程中必須注意的一些問題將有更深入的了解。
1、測氨氣流量計的工作原理：
當流體以足夠大的速度經過管道中的旋渦發生體時在兩側交替地產生有規則的旋渦,這種旋渦稱為卡曼渦街,如圖1所示。旋渦列在旋渦發生體下游非對稱地排列。設旋渦的發生頻率為f,被測介質來流的平均速度為U,旋渦發生體迎面寬度為d,表體通徑為D,根據卡曼渦街原理,有如下關系式:
f=SrU1/d=SrU/md(1)
式中U1--旋渦發生體兩側平均流速,m/s;
Sr--斯特勞哈爾數;
m--旋渦發生體兩側弓形面積與管道橫截面
面積之比:
管道內體積流量q為:
q=πD2U/4=πD2mdf/4Sr(2)
K=f/q=[πD2md/4Sr]-1 (3)
q=f/K=f/[πD2md/4Sr]-1 (4)
在渦街流量表中,旋渦發生體、管道的幾何尺寸決定了儀表的K值,而斯特勞哈爾數與旋渦發生體形狀及雷諾數有關,圓柱狀旋渦發生體的斯特勞哈爾數與管道雷諾數的關系如圖2所示。
顯然,在ReD=2×104～7×106范圍內的雷諾數可視為常數,這使得儀表在此范圍內可以正常工作。因此,可以通過裝在柱體內部的壓電探頭測量流體出的頻率,經過放大后變成脈沖信號,從而計算出流體的流量。
2、測氨氣流量計在我廠的使用情況
測氨氣流量計在我廠已有十幾年的使用歷史。由于具有結構簡單、測量范圍寬、安裝方便、日常維護費用低等優點,測氨氣流量計的用戶中數量已從最初十幾戶發展到現在四十幾戶。熱用戶流量表型號的統一也有利于電廠人員日常維護及管理。隨著電子技術的發展,流量計由最初的分體式發展到現在的一體化智能式。而日常巡視制度的完善、儀表檢測手段的提升、遠程抄表系統的建立也為測氨氣流量計的正常運行提供了有力保障。
3、測氨氣流量計的選型
在熱網中,各類用戶的生產方式差異很大,有的用戶連續生產,終年熱負荷都很穩定;有的用戶負荷隨季節變化較明顯,如以采暖設備為主要負荷的用戶,夏季流量與冬季流量相差較大;而另一類用戶,僅單班生產,多數時間熱負荷為零。但總的來說,范圍度是這種用途的儀表須考慮的重要問題。在熱網的測量應用中,一般主要考慮測量飽和蒸汽的流量不得低于測氨氣流量計的下限,以滿足流體流速不得低于5m/s。用戶端的管道一般在設計上可供幾個設備同時使用,但有時候由于生產需要部分設備不使用,使用汽流量減小,實際造成原設計選型口徑過大,相當于提高了可測的流量下限,當管道小流量時指示無法保證儀表的精度。因此,要盡量采用小點的口徑,以保證測量精度。
測氨氣流量計的選型是用好流量計的關鍵環節。有些場所由于工藝由于管道沒有充滿介質,而用戶不愿意縮管,甚至超出了所選流量計的使用范圍而無法測量。因此流量計選型時應先初步估算,結合溫度和壓力再計算出流量范圍,按照流量范圍再選擇流量計的口徑,避免處于測量的下限而導致測量精度的大大降低。測氨氣流量計的儀表口徑及規格要遵循以下原則進行選擇:
(1)明確流體的名稱、成分。(2)明確工作狀態的最大、常用、最小流量。(3)明確最高、常用、最低工作壓力和工作溫度。(4)工作狀態下介質的黏度。(5)根據被測流體狀態的不同(液體、氣體、蒸汽)進行儀表流量范圍、口徑大小的計算與選擇。
4、測氨氣流量計的安裝
測氨氣流量計的安裝也是使用中的重要環節,如果安裝不當,不僅影響測量的精度,而且會影響儀表的壽命,甚至損壞儀表。測氨氣流量計的安裝一般遵守以下要求:
(1)安裝場所和環境的選擇:要避開大功率電器、高頻設備及高壓線及強電源開關設備;周圍不能有高溫高輻射設備,電源應不能和大電機同路且應有可靠接地;避開強烈震動場所。
(2)流量計前有彎頭、口徑變管、閥門時,流量計的上下游必須有夠的直管段,其長度要求如圖3所示。
(3)在水平管道上,若被測氣體中含有少量的液體,傳感器應安裝在管線的較高處;相反,則傳感器應安裝在管線的較低處。
(4)在垂直管道上,若被測氣體中含有少量的液體,傳感器的流向應由下向上;相反,傳感器的流向應該由上往下,這樣不會將液體重量額外附加在探頭上。
(5)測量過熱蒸汽,飽和蒸汽和低溫液體時,若條件允許最好采用側裝,這樣流體的溫度對放大器的影響較小。
(6)當需要在傳感器附近測量壓力和溫度時,測壓點應在傳感器下游的3-5D處,測溫點應在傳感器下游的6-8D處。
5、測氨氣流量計使用中應注意的幾個問題
5.1 震動和干擾
測氨氣流量計是一種基于震動原理的儀表,對機械震動、流體流動的震動特別敏感,因此應避免安裝在強烈振動的管道上,以免影響測量精度,特別是管道的橫向振動會導致管道內的流體隨之振動,從而使儀表產生附加誤差。振動幅度大于0.2g應安裝減振支架。
空間高頻率電磁干擾通過信號線和電源線的分布電容耦合到儀表的輸入端,對測氨氣流量計信號構成干擾,消除這種干擾的影響主要通過增加金屬防護罩解決。而低頻電磁干擾,特別是民用電源(AC220V,50Hz)是主要的干擾源,這種干擾與儀表信號線的敷設、安裝位置、安裝方式、工作環境、接地環境及方式有很大關系。電源的干擾降低流量測量效果,使輸出信號誤差增大。其檢查方法可以通過公式:f=q*K計算出結果,若f=50,則可以判定儀表受到電源干擾。避免電源干擾,主要通過合理選擇安裝地點,增加信號線與電源線之間的間隔,流量計信號采用單獨接地等措施解決。
5.2 防雷、防雨
防雷、防雨在測氨氣流量計的使用中是一項比較重要的工作,主要因為:儀表及儀表箱通常安裝在室外,風吹雨淋,容易被銹蝕氧化,使接地效果越來越差;高空架設的電線也是雷擊的對象,GPRS無線抄表系統中的遠傳通信特別容易受到雷擊波的沖擊引起儀表損壞;雷電對測氨氣流量計的損壞主要通過以下方式:1、雷電經過電源部分侵入燒壞儀表。2、雷電產生的同時伴隨強大磁場儀表電子元件產生磁感應,瞬間生成強電壓和電流,擊穿絕緣燒壞儀表。
5.3 雷電脈沖波經過無線網絡侵入流量儀燒壞通訊芯片或儀表
基于以上原因,安裝在室外的流量計必須加裝防雨罩,以免流量變送器進水,損壞電子元件。
通常采用的防雷方案:(1)外部防雷:包括避雷針、避雷帶、引下線、接地極等等。(2)內部防雷:在需要保護設備的前端安裝合適的防雷器,使設備、線路與大地形成一個有條件的等電位體。
5.4 參數設置
雖然測氨氣流量計的主要參數在出廠時已設置好,但使用中有時必須根據現場實際情況進行相應的調整。其重要參數的正確性是儀表精度的保證。
(1)儀表系數:是測氨氣流量計中一個核心參數,它只與儀表的尺寸及漩渦發生體的形狀有關。雖然使用一段時間后有微笑變化,但除非經過質量監督部門校驗,一般不允許修改。
(2)小信號切除:一般工業用戶管道都會有一定的振動,因此會產生假的流量信號,特別停汽狀態下,會對測氨氣流量計計量產生較大影響,而小信號切除功能正好可以去掉假的流量信號,避免產生結算誤差。
(3)儀表不靈敏區:該參數用來檢出有用信號,克服無用噪聲。在用戶設置好系統增益參數后,再根據信號強度來設置系統閾值。一般情況下,系統閾值數設為信號強度最低值的1/3～1/4。
6、本文結語
測氨氣流量計以其獨特的優點在熱網蒸汽計量中廣泛應用,但其安裝、使用條件比較復雜。隨著電子技術的不斷發展,測氨氣流量計的性能必將得到更大的提升,比能更好地滿足各類用戶的需求。
1、測氨氣流量計的工作原理：
當流體以足夠大的速度經過管道中的旋渦發生體時在兩側交替地產生有規則的旋渦,這種旋渦稱為卡曼渦街,如圖1所示。旋渦列在旋渦發生體下游非對稱地排列。設旋渦的發生頻率為f,被測介質來流的平均速度為U,旋渦發生體迎面寬度為d,表體通徑為D,根據卡曼渦街原理,有如下關系式:
f=SrU1/d=SrU/md(1)
式中U1--旋渦發生體兩側平均流速,m/s;
Sr--斯特勞哈爾數;
m--旋渦發生體兩側弓形面積與管道橫截面
面積之比:
管道內體積流量q為:
q=πD2U/4=πD2mdf/4Sr(2)
K=f/q=[πD2md/4Sr]-1 (3)
q=f/K=f/[πD2md/4Sr]-1 (4)
在渦街流量表中,旋渦發生體、管道的幾何尺寸決定了儀表的K值,而斯特勞哈爾數與旋渦發生體形狀及雷諾數有關,圓柱狀旋渦發生體的斯特勞哈爾數與管道雷諾數的關系如圖2所示。
顯然,在ReD=2×104～7×106范圍內的雷諾數可視為常數,這使得儀表在此范圍內可以正常工作。因此,可以通過裝在柱體內部的壓電探頭測量流體出的頻率,經過放大后變成脈沖信號,從而計算出流體的流量。
2、測氨氣流量計在我廠的使用情況
測氨氣流量計在我廠已有十幾年的使用歷史。由于具有結構簡單、測量范圍寬、安裝方便、日常維護費用低等優點,測氨氣流量計的用戶中數量已從最初十幾戶發展到現在四十幾戶。熱用戶流量表型號的統一也有利于電廠人員日常維護及管理。隨著電子技術的發展,流量計由最初的分體式發展到現在的一體化智能式。而日常巡視制度的完善、儀表檢測手段的提升、遠程抄表系統的建立也為測氨氣流量計的正常運行提供了有力保障。
3、測氨氣流量計的選型
在熱網中,各類用戶的生產方式差異很大,有的用戶連續生產,終年熱負荷都很穩定;有的用戶負荷隨季節變化較明顯,如以采暖設備為主要負荷的用戶,夏季流量與冬季流量相差較大;而另一類用戶,僅單班生產,多數時間熱負荷為零。但總的來說,范圍度是這種用途的儀表須考慮的重要問題。在熱網的測量應用中,一般主要考慮測量飽和蒸汽的流量不得低于測氨氣流量計的下限,以滿足流體流速不得低于5m/s。用戶端的管道一般在設計上可供幾個設備同時使用,但有時候由于生產需要部分設備不使用,使用汽流量減小,實際造成原設計選型口徑過大,相當于提高了可測的流量下限,當管道小流量時指示無法保證儀表的精度。因此,要盡量采用小點的口徑,以保證測量精度。
測氨氣流量計的選型是用好流量計的關鍵環節。有些場所由于工藝由于管道沒有充滿介質,而用戶不愿意縮管,甚至超出了所選流量計的使用范圍而無法測量。因此流量計選型時應先初步估算,結合溫度和壓力再計算出流量范圍,按照流量范圍再選擇流量計的口徑,避免處于測量的下限而導致測量精度的大大降低。測氨氣流量計的儀表口徑及規格要遵循以下原則進行選擇:
(1)明確流體的名稱、成分。(2)明確工作狀態的最大、常用、最小流量。(3)明確最高、常用、最低工作壓力和工作溫度。(4)工作狀態下介質的黏度。(5)根據被測流體狀態的不同(液體、氣體、蒸汽)進行儀表流量范圍、口徑大小的計算與選擇。
4、測氨氣流量計的安裝
測氨氣流量計的安裝也是使用中的重要環節,如果安裝不當,不僅影響測量的精度,而且會影響儀表的壽命,甚至損壞儀表。測氨氣流量計的安裝一般遵守以下要求:
(1)安裝場所和環境的選擇:要避開大功率電器、高頻設備及高壓線及強電源開關設備;周圍不能有高溫高輻射設備,電源應不能和大電機同路且應有可靠接地;避開強烈震動場所。
(2)流量計前有彎頭、口徑變管、閥門時,流量計的上下游必須有夠的直管段,其長度要求如圖3所示。
(3)在水平管道上,若被測氣體中含有少量的液體,傳感器應安裝在管線的較高處;相反,則傳感器應安裝在管線的較低處。
(4)在垂直管道上,若被測氣體中含有少量的液體,傳感器的流向應由下向上;相反,傳感器的流向應該由上往下,這樣不會將液體重量額外附加在探頭上。
(5)測量過熱蒸汽,飽和蒸汽和低溫液體時,若條件允許最好采用側裝,這樣流體的溫度對放大器的影響較小。
(6)當需要在傳感器附近測量壓力和溫度時,測壓點應在傳感器下游的3-5D處,測溫點應在傳感器下游的6-8D處。
5、測氨氣流量計使用中應注意的幾個問題
5.1 震動和干擾
測氨氣流量計是一種基于震動原理的儀表,對機械震動、流體流動的震動特別敏感,因此應避免安裝在強烈振動的管道上,以免影響測量精度,特別是管道的橫向振動會導致管道內的流體隨之振動,從而使儀表產生附加誤差。振動幅度大于0.2g應安裝減振支架。
空間高頻率電磁干擾通過信號線和電源線的分布電容耦合到儀表的輸入端,對測氨氣流量計信號構成干擾,消除這種干擾的影響主要通過增加金屬防護罩解決。而低頻電磁干擾,特別是民用電源(AC220V,50Hz)是主要的干擾源,這種干擾與儀表信號線的敷設、安裝位置、安裝方式、工作環境、接地環境及方式有很大關系。電源的干擾降低流量測量效果,使輸出信號誤差增大。其檢查方法可以通過公式:f=q*K計算出結果,若f=50,則可以判定儀表受到電源干擾。避免電源干擾,主要通過合理選擇安裝地點,增加信號線與電源線之間的間隔,流量計信號采用單獨接地等措施解決。
5.2 防雷、防雨
防雷、防雨在測氨氣流量計的使用中是一項比較重要的工作,主要因為:儀表及儀表箱通常安裝在室外,風吹雨淋,容易被銹蝕氧化,使接地效果越來越差;高空架設的電線也是雷擊的對象,GPRS無線抄表系統中的遠傳通信特別容易受到雷擊波的沖擊引起儀表損壞;雷電對測氨氣流量計的損壞主要通過以下方式:1、雷電經過電源部分侵入燒壞儀表。2、雷電產生的同時伴隨強大磁場儀表電子元件產生磁感應,瞬間生成強電壓和電流,擊穿絕緣燒壞儀表。
5.3 雷電脈沖波經過無線網絡侵入流量儀燒壞通訊芯片或儀表
基于以上原因,安裝在室外的流量計必須加裝防雨罩,以免流量變送器進水,損壞電子元件。
通常采用的防雷方案:(1)外部防雷:包括避雷針、避雷帶、引下線、接地極等等。(2)內部防雷:在需要保護設備的前端安裝合適的防雷器,使設備、線路與大地形成一個有條件的等電位體。
5.4 參數設置
雖然測氨氣流量計的主要參數在出廠時已設置好,但使用中有時必須根據現場實際情況進行相應的調整。其重要參數的正確性是儀表精度的保證。
(1)儀表系數:是測氨氣流量計中一個核心參數,它只與儀表的尺寸及漩渦發生體的形狀有關。雖然使用一段時間后有微笑變化,但除非經過質量監督部門校驗,一般不允許修改。
(2)小信號切除:一般工業用戶管道都會有一定的振動,因此會產生假的流量信號,特別停汽狀態下,會對測氨氣流量計計量產生較大影響,而小信號切除功能正好可以去掉假的流量信號,避免產生結算誤差。
(3)儀表不靈敏區:該參數用來檢出有用信號,克服無用噪聲。在用戶設置好系統增益參數后,再根據信號強度來設置系統閾值。一般情況下,系統閾值數設為信號強度最低值的1/3～1/4。
6、本文結語
測氨氣流量計以其獨特的優點在熱網蒸汽計量中廣泛應用,但其安裝、使用條件比較復雜。隨著電子技術的不斷發展,測氨氣流量計的性能必將得到更大的提升,比能更好地滿足各類用戶的需求。
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