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蒸汽流量计量选用弯管流量计靠谱吗

时间:2018/07/09来源:未知

  孔板流量计因其制造便捷、价格低廉等优点在早期的流量测量中受到企业青睐,得到广泛应用。但随着仪表制造产业的发展及用户需求的提高,越来越多的各式流量计以其优越的特性开始逐步替代孔板流量计。本文以企业中蒸汽计量系统的技术改造为例,介绍弯管流量计的应用情况。
蒸汽流量计量选用弯管流量计靠谱吗
一、概述
弯管流量计作为一种计量产品的研究始于上世界初叶,是一种典型的节能差压式节流装置。由于弯管流量计没有可动部件,没有任何附加压力损失,测量稳定,精度高,被大量应用于石油、冶金、石化、火力发电、造纸、轻工业、水处理、供暖等行业。

二、测量原理
流体沿弯管弧形通道流动时,由于受角加速度的作用,产生离心力,在弯管的内外侧管壁处产生差压,差压与流量有一定关系,可以由差压的测量求得流量。




三、特点
1. 可利用现场工艺管道的弯管,无附加压损;
2. 可用两向流流量测量;
3. 适用于脏污介质;
4. 测量的重复性好;
5. 性能价格比优越、使用寿命长等;
6. 耐高温、高压、耐腐蚀、抗震动、抗冲击、抗磁性能好;

四、主要技术参数
1. 适用介质:液体、蒸汽、水等介质。
2. 工作压力: -20kPa~42MPa。。
工作温度:-40℃~400℃。
3. 公称通径:20≤DN≤2200mm。
4. R/D≥1.25,ReD≥104
5. 精度:1%
6. 量程比:10:1
7. 参照标准:GB/T2624-2006、JJG640-94及流量测量节流装置设计手册
8. 连接方式:法兰连接,焊接


五、结构形式
弯管流量计的一次传感元件——弯管传感器依弧度上的不同分为如下两种种:
1、L型弯管流量计:90°弯管传感器——用于工艺管线90°转弯连接处,替代原弯头。
2、S型弯管流量计:180°弯管传感器——用于直管线上,替代部分直管段。

     取压口结构参照标准孔板的取压结构设计



六、安装指导:
气体测量结构图
液体测量结构图
蒸汽测量结构图
 
  一、使用环境
 
  本企业蒸汽管路为锅炉产出蒸汽经过汽机后输送到各分厂。早期的蒸汽计量系统通过在各锅炉蒸汽出口、汽机前、后及各分厂蒸汽支管上安装孔板流量计进行计量(见图1)。维护人员定期记录数据,计算能源消耗。使用多年后发现流量倒挂,数据不可信。在校验、更新差压变送器和积算仪后仍不能解决问题,怀疑孔板因喇叭口磨损而造成准确度下降。但因孔板流量计口径较大,更换不便,所以尝试用弯管流量计进行替代,并收到了较好的使用效果。
 
  二、工作原理
 
  弯管流量计与传统的孔板流量计一样,均为差压式流量计,只是弯管传感器是利用流体的惯性原理产生差压的。当流体通过弯管时,由于受弯管的约束流体被迫做类似的圆周运动,流体在作圆周运动时产生的离心力作用于弯管的内外两侧,使弯管传感器内外两侧之间产生一个压力差,该压力差的大小与流体的密度、平均流速、管道的曲率半径、管道内径有关,其表达式为
 
 
 
  式中:v——流体在弯管中的平均流速;R——弯管中心曲率半径;D——弯管的内径;ΔP——流体通过弯管传感器时产生的差压值;ρ——介质的密度。
 
 
 
  式中:S——管道的内截面积;α——流量系数。
 
  从以上可知,只要准确测量出差压力,在进行运算的同时再考虑到温度、压力对于介质密度的影响进行必要的温度补偿,就能准确地测量介质的流量。
 
  三、特点和适用范围
 
  1.结构简单
 
  传感器主要是一个90°弯头(L形),在传感器的内外两侧45°处各钻有一个导压孔,内壁光滑,无插入件、感测件或转换件。在此基础上还有180°(S形)等型号的传感器,适合不同弯管段的应用,如图2所示。
 
 
 
  2.重现准确度和测量准确度高
 
  随着机械加工工业的发展和行业标准化及规范化管理的不断完善,用作弯管传感器的标准机制弯头质量得到提高,使其具有±0.2%以上的重现性准确度、1.0级的系统测量准确度。
 
  3.无附加阻力损失
 
  对于蒸汽介质来说,孔板流量计的压力损失会造成蒸汽品质下降,需提高蒸汽压力才能满足生产要求。而弯管流量计因其内部光滑无节流件,不存在管道附加阻力损失的问题,孔板流量计的节流损耗可简单地看成是弯管流量计的节能效果,这对于大系统、大管径、大流量、低压力的测量对象优越性更加明显。如果安装在管道原有弯头处,将使企业得到非常好的节能降耗收益。
 
  4.安装方便、使用寿命长
 
  弯管传感器采用焊接式安装,解决了“跑冒滴漏”等问题。在替代原有孔板流量计时,只需更换不同量程的差压变送器,导压管及信号电缆可基本保持不变,大大减少了现场维修工作量。且传感器耐磨损,可保证长周期稳定工作。
 
  5.适应性好、测量范围宽
 
  只要是能用孔板、涡街等流量计进行测量的流体都可用弯管流量计来进行流量测量,且在耐高温、耐高压、耐冲击、耐震动、耐潮湿、耐粉尘等方面,弯管流量计远远优于这些常用的流量计。震动、冲击对弯管传感器的正常工作几乎没有影响,而高温、高压对于弯管传感器来说只要采用与工艺管道相同材质的标准弯头,就可以得到解决。另外,许多流量测量装置对现场直管段都有较高要求,如孔板流量计要求前10D后5D,而弯管流量计只需前5D后2D即可。弯管流量计的量程范围还较宽,一方面是指弯管流量计对于其测量介质的流速适用范围宽。如蒸汽或其他气体介质,流速范围为(5~70)m/s,液体介质流速范围为(0.3~5)m/s。有足够准确度等级的微差压变送器相配合,则流体流速的低限可取得很小。高质量微差压变送器的应用使弯管流量计能够适应低流速、小信号测量的要求。总之,弯管流量计的量程范围完全可以满足不同对象的流量测量要求。量程范围宽的另一方面是指弯管传感器的几何尺寸没有限制,管径可从十几毫米到1m甚至2m以上。
 
  四、使用中需注意的问题
 
  1.冷凝器的选用
 
  由于原孔板流量计使用的是冷凝罐,在改造为弯管传感器时继续使用。但管道中温度压力的突变会打破冷凝罐中的平衡状态,造成液位波动,对于孔板流量计(产生的压力差为10kPa~100kPa)影响很小,而弯管传感器产生的差压都较微小,影响非常大,极易造成虚假流量。尝试将正、负压室冷凝罐固定安装在一起反而破坏了弯管流量计的测量原理,数据失真。所幸制造商也发现了此类问题,在以后购买的弯管流量计上都配备了冷凝盘。安装时与取压口保持水平,保证了压力的稳定传导。
 
  2.零点迁移
 
  如果弯管传感器不是采用水平转水平的安装状态,就必须对由两个取压口的高度差所造成的导压管内液柱的高度差进行迁移补偿。而冷凝盘不像冷凝罐可以注水,所以可通过弯管的口径和介质密度计算出高度差所产生的压力,对差压变送器进行量程迁移。但最好的方法是在设备停车时,冷凝液充满导压管后关闭取压阀,松开导压管进行现场迁移。

       阐述了弯管流量计在蒸汽计量中无附加压力损失、一次传感元件免维护、精度高、重复性好、测量范围宽、直管段要求低、耐高温、耐高压等特性,叙述了在蒸汽计量中弯管流量计的主要特点,重点进行了弯管流量计蒸汽计量节能效益分析,同时给出了弯管流量计测量流量的基本原理,使用证明,弯管流量计作为一种新型流量计量仪表可以替代孔板在蒸汽计量中的应用,节能效果显著。

  3.6MPa蒸汽一直是我厂自产能源和全厂蒸汽平衡的重要指标。弯管传感器因耐磨损、免维护、长周期高精度运行的特点,可满足直接焊接安装的技术条件,焊接法安装解决了蒸汽流量测量装置现场跑、冒、滴、漏等令人头痛的问题,弯管流量计用于蒸汽流量的测量,使蒸汽流量测量装置容易泄漏的难题得到根本性的解决,无阻力损失的优点,可获得更好的经济效益,耐磨损、长周期运行不需要进行复杂维护和修理,使运行维修费用降到最低点,所以,弯管流量计用于蒸汽流量计量不仅可以提高我厂的经济效益,同时对我厂节能也有着深远的意义。
  2、弯管流量计特点和测量原理
  2.1弯管流量计特点
  2.1.1结构简单,性能价格比优越
  
  弯管传感器是用标准几何90度弯管加工制作而成的,法兰式取压的孔板流量计是市场上价格最便宜的流量计,弯管流量计的价格完全可以和它相比。
  2.1.2免维护的流量传感器
  弯管流量计在工作中不会磨损或者对磨损不敏感;在高速流体冲击下不会变形、扭曲、震动;长期高低温工作条件下敏感元件不会老化、变质而降低稳定性和灵敏度;对于环境中可能出现的震动、粉尘、潮湿、电磁场干扰不敏感;经过长周期运行它的稳定性、灵敏度、准确性不会发生明显变化;能在最大程度上防止传感器被粘污、结疤、堵塞等等。符合免维护传感器的标准,保证了流量计长期高精度测量的工作状态。弯管传感器因耐磨损、免维护、长周期高精度运行的特点,可满足直接焊接安装的技术条件,焊接法安装解决了流量测量装置现场跑、冒、滴、漏等令人头痛的问题。
   2.1.3无任何附加节流件或插入件,无附加压力损失,节约能源
  弯管流量计不存在管道附加阻力损失的问题,孔板的节流损耗可简单地看作是弯管流量计的节能效果,这对于那些大系统、大管径、大流量、低压力的测量对象好处更加明显。弯管流量计用于蒸汽流量的测量,使蒸汽流量测量装置容易泄漏的难题得到根本性的解决,无阻力损失的优点,可获得更好的经济效益,耐磨损、长周期运行不需要进行复杂维护和修理,使运行维修费用降到最低点。
  2.1.4适应性强,量程范围宽、直管段要求不严格
  只要是能用孔板流量计进行测量的流体都可用弯管流量计来进行流量测量,且在耐高温、耐高压、耐冲击、耐震动等方面,弯管流量计远远优于其它流量计。震动、冲击对弯管传感器的正常工作几乎没有影响,而高温、高压对于弯管传感器来说只要采用与工艺管道相同材质的标准弯头,就可以得到解决。
  量程范围宽一方面是指弯管流量计对于其测量介质的流速适用范围宽,蒸汽或其它气体介质,流速范围为0~7~70m/s;液体介质流速范围为0~0.3~5m/s。以上所说的流速范围也没有严格的限制,如果被测介质没有上限流速的限制,则流速范围还可更大;有足够精度的微差压变送器相配合,则流体流速的低限可取得很小。高质量微差压变送器的应用使弯管流量计能够适应低流速、小信号测量的要求。总之,弯管流量计的量程范围完全可以满足不同对象的流量测量的要求。
  量程范围宽的另一方面是指弯管传感器的几何尺寸没有限制,管径可从十几毫米到一米甚至两米以上。直管段要求不严格也是弯管流量计在现场使用中十分重要的特点之一,许多流量测量装置都因为现场直管段不能满足要求而不能进行测量或不能保证其测量精度。弯管流量计在实际应用时只需保证前5D、后2D,远远低于其它流量测量装置的要求。
  2.1.5介质密度温压补偿对流量测量准确性的影响
  为了保证蒸气介质流量计量的准确性,必须在测量介质流量的同时测量出介质的温度和压力值,利用二次仪表的运算补偿功能在线对介质的密度进行计算和补偿。在流量计算公式中,介质的密度与流量传感器产生的差压值是处于同样重要的位置上,密度偏差造成的流量测量不准确与差压变送器不准确造成的测量误差是完全一样。
  Q=α(△P/ρ)1/2 或者 G=α(△P/ρ)1/2
  其中,△P是差压变送器显示的差压值,而ρ就是介质的密度。过去使用的流量二次仪表一般不具备在线温压补偿运算的功能,而不能对实际工作中密度的变化进行必要的在线补偿和修正。随着微电子技术的广泛应用,尤其是智能型二次仪表的开发和应用,使它的实用功能大大地扩展和加强,现在我公司生产制造的仪表提供的流量测量装置具备温压在线密度运算补偿已经成为现场测量不可或缺的功能。
  2.2弯管流量计的原理
  弯管流量计是一种差压式的流量计,是利用流体流经弯管传感器产生离心力的原理来测量流体流量的。当流体流经弯管时,由于弯管的约束,迫使流体在弯管内作类似的圆周运动,根据流体强制旋流理论,流体作圆周运动遵循的规律与固体在空间状态下作圆周运动相似。弯管内的流体由于作圆周运动而产生离心力,该离心力的大小与流体流速、流体的质量(密度)以及作圆周运动的曲率半径等因素有关。离心力的作用使流体对弯管内、外侧产生压力差,测出此差压值就可计算出管道内流体的流速,进而计算出流体的流量值,这就是弯管流量计的基本测量原理。见图1。
  
  3、结束语
  综上所述,弯管流量计在3.6MPa蒸汽计量上的应用,使测量装置容易泄漏的难题得到根本性的解决,弯管流量计代替孔板流量计进行蒸汽流量计量,每年可降低运行费用9万元人民币,由于无阻力损失的优点,提高了蒸汽计量的准确度、满足计量要求、获得更好的经济效益,耐磨损、长周期运行不需要进行复杂维护和修理,使运行维修费用降到最低点。所以,弯管流量计用于蒸汽流量计量不仅可以提高我厂的经济效益,同时对我厂节能降耗也有着深远的意义,特别是在能源日趋紧缺的今天。  
 
 
  五、结束语
 
  弯管传感器的结构比孔板节流件在蒸汽计量的应用上更具有优势,虽然相对价格会比孔板流量计高,但长期使用所带来的效益回报非一般流量计可比,足可以收回更换成本。本企业在首次安装弯管流量计得出使用经验后,已陆续更换了蒸汽计量系统的大部分孔板流量计。通过几年的蒸汽数据记录、环比,弯管流量计取得了非常好的使用效果。

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