化工裝置幾種常用流量計的原理及選型與使用

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引言
流量儀表是過程自動化儀表與裝置中的大類儀表之一，它被廣泛應用與冶金、電力、化工、石油、交通、環境保護及日常生活等國民經濟各個領域。在過程自動化儀表與裝置中，流量儀表有兩大功用；作為過程自動化控制系統的檢測儀表和測量物料數量的總量表。
流量的正確計量室生產和能源考核的必備手段，在提高生產效率，保障生產安全和杜絕能源浪費等方面發揮著無可替代的作用。但流量是一個動態量，它是一個只有當流體發生運動時才實際存在的物理量，因此它不僅是基本量的靜態組合，又由于其動態性質，流量量值受到許多復雜因素的影響，例如流體內微觀分子之間的相互作用，宏觀的湍流、漩渦運動等，在具體的管道中還受到邊界條件（管壁）的制約。面對各種的流量儀表，如何根據流量、流態、安裝要求與環境條件、經濟性等因素合理選型，是應用好流量儀表的前提和基礎。本文介紹了化工裝置幾種常用流量計的原理及選型與使用經驗。
1、污水流量計
污水流量計是基于法拉第電磁感應原理研制出的一種測量導電液體體積的流量的儀表，根據法拉第電磁感應定律，導電體在磁場中作切割磁力線運動時，導體中產生感應電壓，該電動勢的大小與導體在磁場中作垂直于磁場運動的速度成正比，由此再根據管徑，介質的不同，轉換成流量。

污水流量計無節流部件，因此壓力損失小，該儀表測量流體流量是，不受流體溫度、壓力、密度、粘度及流體組份的影響，適合于對有懸浮固體粒子的污水、煤漿的流量、特別適合對腐蝕性介質的測量。
選型與使用時應注意：污水流量計所測液體應具有測量所需的電導率，并要求電導率分布大體上均勻，不能用于測量電導率很低的液體，如石油制品和有機溶劑等。污水流量計的測量精度是建立在液體充滿管道的情形下，目前在管道中有空氣的情況下測量問題尚未得到很好的解決，因此污水流量計不能測量氣體、蒸汽和含有較多較大氣泡的液體。同時應注意不同溫度及腐蝕性介質應選用不同內襯材料和電極材料。污水流量計雖可以在任意管道上安裝，但污水流量計測量電極的軸線必須保持水平方向，且與管道中心線互相垂直。為避免在管道內無液體時出現指針不在零位的錯覺，污水流量計的變送器應安裝與任何時候均充滿液體的地方，同時，該流量計的型號較為微弱，因而在使用時應注意外來干擾對其測量精度的影響，變送器應安裝在原理一切磁源的地方，不允許有振動。
2、渦輪流量計
渦輪流量計是之中速度是流量儀表，由于具有測量精度高，反應速度快，測量范圍廣，價格低廉，安裝方便等優點，被廣泛用于化工生產中。
渦輪流量計由渦輪、軸承、前置放大器、顯示儀表組成。渦輪變送器的工作原理是當流體沿著管道的軸線方向流動，并沖擊渦輪葉片是，便有與流量qv、流速V和流體密度ρ乘積成比例的力作用在葉片上，推動渦輪旋轉。在渦輪旋轉的同事，葉片周期性地切割電磁鐵產生的磁力線，改變線圈的磁通量。根據電磁感應原理，在線圈內將感應出脈動的電勢信號（此脈動信號的頻率與被測流體的流量成正比）。渦輪變送器輸出的脈沖信號，經前置與放大器放大后，送入顯示儀表，就實現了流量的測量。

在化工裝置選型與使用時應注意：流量計本體最好選用316不銹鋼材料以防腐；應注意確保被測介質對渦輪不能有腐蝕，特別是軸承出，否則應采取措施，在一般化工場所應優先考慮軸承使用聚四氟乙烯、碳石墨材料；安裝渦輪流量計前，管道要清掃，被測介質不潔凈時，要加過濾器，否則渦輪、軸承易被卡住，測不出流量來。變送器應水平安裝，避免垂直安裝，并保證其前后有適應的直管段，一般前10D，后5D。選用渦輪流量計主要是看中其高精度，但因注意了流量計精度越高，對現場使用條件的變化就越敏感，因此，安裝渦輪流量計是前后管道法蘭要求水平，否則管道應力對流量計影響很大。傳感器安裝在武強磁干擾與熱輻射影響的場所，應便于維修并避免管道震動。

3、差壓式流量計

差壓式流量計是根據安裝與管道中流量檢測件產生的差壓、已知的流體條件和檢測件與管道的幾何尺寸來測量流量的儀表，是早期大量使用的一種測量流量的計量儀表。

差壓式流量計是由三部分組成：

（1）將被測液體的流量轉換成差壓信號的節流裝置；

（2）傳輸差壓信號的信號管道；

（3）測量差壓值的差壓儀或差壓變送器及顯示儀表。通常以檢測件的形式對差壓式流量計分類，如孔板流量計、文丘里管流量計及勻速管流量計等。

在化工裝置選型與使用差壓式流量計時應注意：差壓式流量計的安裝應包括節流裝置、差壓引壓管、差壓計三部分。在測量液體流量時，為防止液體中有氣體進入并存在導壓管內及防止液體中有沉淀物析出，差壓計應安裝在節流裝置的下方，測量氣體流量時為防止液體污物或灰塵進入導壓管，則差壓計應安裝在節流裝置上方，測量水蒸氣是，要保持兩根引壓管內的冷凝液柱高度相等，防止高溫蒸汽與差壓計直接接觸。壓差引壓導管的材質應按被測介質的性質和參數確定，其內徑不小于6mm，長度最好在16mm以內。壓差引壓導管應垂直或傾斜敷設，傾斜度不小于1：12，粘度高的流體，其傾斜度應更大。當壓差引壓導管長度超過30m時，導壓管應分段傾斜，并在最高點與最低點裝設集氣器（或排氣閥）和沉淀器（或排污閥）。嚴寒地區差壓引壓導管應加防凍保護，同時要防止過熱，否側差壓引壓導管中流體汽化會產生假差壓。

4、轉子流量計

轉子流量計為地中等精確度儀表，屬于變面積式流量計的換一種。轉子流量計是以浮子在垂直椎管中隨著流量變化而升降，改變他們之間的流通面積來進行測量的體積流量儀表。一般分為玻璃轉子流量計和金屬轉子流量計，作為直觀流動指示或測量精確度要求不高的現場指示儀表，轉子流量計被廣泛地用在化工行業。

轉子流量計適合對中、小口徑中流體和雷諾數較低的流體的流量測量。轉子流量計壓力損失較低，有較寬的流量范圍度，一般10：1，最低為5：1，最高為25：1。

選型與使用時應注意：轉子流量計主要測量對象是單相流體或氣體，液體中含有微粒固體或氣體中含有液滴通常不使用。玻璃轉子流量計應選帶有透明防護罩，一旦玻璃椎管破裂，可擋住流體正向散濺，以做經濟處理。用于氣體時應選用導桿或帶楞筋導向的儀表，以避免操作不慎浮子擊碎錐管。

轉子流量計必須垂直安裝在無振動管道上，流體自下而上流過儀表，其中心線與鉛垂線間夾角一般不超過5°。儀表安裝時無嚴格上游直管段長度要求，如被測介質含顆粒狀雜質，應在儀表上游裝過濾器。為保證在長期使用過程中測量精度，要注意保持浮子和錐管的清潔，特別是小口徑儀表，必要時可設置沖洗配管，特別是小口徑儀表。必要時可設置沖洗配管，定時沖洗。

5、熱式質量流量計

熱式質量流量計是利用傳熱原理，即流動中的流體與熱源（流體中加熱的物體或測量管外加熱體）之間熱量交換關系來測量流量的儀表。熱式質量流量計目前主要用于測量氣體。

熱式流量儀表主要有兩種：（1）利用流動流體傳遞熱量改變測量管壁溫度分布的熱傳導分布效應的熱分布式流量計；（2）利用熱消散（冷卻）效應的金氏定律的熱式質量流量計。

選型使用時應注意：與其他流量計相比，熱式質量流量計具有中等測量精確度，使用與低流速范圍測量，因其響應時間長，不適應脈動流流量測量；在測量氣體時流體溫度變化并不影響質量流量，但溫度變化過大，比熱容的變化會導致量程變化；熱式質量流量計只能用于測量潔凈單相流-氣體或液體，用氣體的型號不能用于液體，反之亦然。對于熱分布式氣體還必須是干燥氣體，不能含有濕氣。安裝中大部分熱式質量流量計的流量傳感器可任何姿勢（水平、垂直或傾斜）安裝，其性能不受安裝姿勢影響，通常認為熱分布式無上下游直管段長度要求，但應注意帶測量管的浸入式流量傳感器和插入式儀表需要一定長度前置直管段。

6、結束語

流量儀表大都需要適合的測量介質和工況條件為依托方可發揮正確作用，只有優勢而沒有缺點的流量儀表現今是不存在的，合理的選擇儀表對于現場工程師和管理者是至關重要的。綜上所述，在化工裝置中要正確和有效地選擇、使用流量測量方法和儀表，必須熟悉流量儀表和生產過程流體特性這方面的技術，同時還應考慮經濟因素，歸納起來有五個方面因素，即性能要求，流體特性、安裝要求、環境條件和費用。