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饱和蒸汽流量计量 选用涡街流量计的好处

时间:2018/07/09来源:未知

 

      用标准孔板流量计来测量饱和蒸汽流量存在一些不足之处;压力损失较大;导压管、三组阀及连接头容易泄漏;量程范围小,一般为3:1,当流量波动较大时,易造成测量值偏低。而涡街流量计结构简单,涡街变送器直接安装于管道上,克服了管路泄漏现象;另外,涡街流量计的压力损失小,量程范围宽,对饱和蒸汽测量量程比达30:1。因此,涡街流量计越来越受到人们的青睐。

      1 涡街流量计的测量原理

      涡街流量计是应用流体振荡原理来测量流量的。流体在管道中经过涡街流量计时,在三角柱旋涡发生体两侧交替产生规则的旋涡,这种旋涡称为卡曼涡街,如图1所示。

流量计信息网内容图片

      设旋涡的发生频率为f,被测介质流动的平均速度为v,旋涡发生体迎面宽度为d,流量计表体通径为D,根据卡曼涡街原理,有如下关系式:

f=Srv1/d=Srv/md                 (1)
             

式中  Sr —— 斯特劳哈尔数,无量钢;
        v1 —— 旋涡发生体两侧平均流速,m/s;
        m —— 旋涡发生体两侧弓形而积与管道横截面面积之比;
        v  —— 流过旋涡发生体的流体的平均速度,m/s。

      因此可知,通过测量f就可以计算出v,从而求得管道内的体积流量:

流量计信息网内容图片          (2)


      则流量计的仪表系数:

流量计信息网内容图片         (3)


      由式(3)可以看出,在仪表的正常工作范围内,即Sr为常数时,仪表系数只与旋涡发生体和表体的几何尺寸有关。

      当旋涡在发生体两侧产生时,利用压电传感器测处于流体流向垂直的交变升力变化,将升力的变化转换为电的频率信号,再将频率信号进行放大和整形,输出到流量积算仪,进行累积,显示。

      2 涡街流量计在饱和蒸汽测量中的应用

      2.1 系统方案     

      根据饱和蒸汽压力、温度和密度相对应的关系,只需选择压力或温度其中一项来对流量进行补偿计算即可。考虑兰州石化公司炼油装置内的饱和蒸汽管路都较长,压力波动较大,适宜采用压力补偿。

      LUB系列涡街流量计防爆等级为ExiaⅡCT2~T4  ,它必须与已取得防爆合格证的本安关联设备(防爆标志:ExiaⅡC)配套组成本安防爆系统。如图2所示。

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      2.2 涡街流量计的选型

      根据用户提供的所测饱和蒸汽的压力(温度)、流量范围、管道直径等参数,选择相应规格的LUB系列涡街流量计。所测饱和蒸汽的流量范围应处于所选流量计的测量范围内,并最好处于流量计的最佳工作范围,即流量计量程的50%~67%处。对于管道直径与流量计内径不一致的,可采取缩径或扩管的方法。

      2.3 压力补偿用压力变送器的选型

      根据用户提供的所测饱和蒸汽的压力及压力波动范围,选择适当量程的压力变送器。

      2.4 流量积算仪的参数设置

      笔者选用的FC20系列流量积算仪提供了12种流量补偿算法,基本可满足各种测量介质的流量补偿计算,可显示瞬时流量和累积流量等参数,并且可输出标准模拟信号供控制和记录,还提供标准工业RS-485串行通讯接口。

      要使用流量积算仪的饱和蒸汽的压力补偿算法,就需要先进入流量积算仪的参数设置状态,选择饱和蒸汽压力补偿模式,设置流量单位为千克每小时,流量输入模式为频率信号,压力输入模式为4~20mA,然后输入K值以及压力上下限值。

      2.5 安装

      a)涡街流量计应尽量安装在远离振动源和电磁干扰较强的地方,当管道较长或有可能发生振动时,必须采用加装管道支撑物等减振方法,减少管道受振动的影响。
      b)涡街流量计对安装点上下游直管段的最小长度要求根据现场情况各不相同,如图3所示。

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      c)涡街流量计对安装点上下游配管的直径偏差和同轴度等有相应要求,配管内径d与仪表的通径D相同,满足0.95D≤d ≤1.1D;配管与流量计同心,同轴偏差应不大于0.05D;流量计与法兰之间的密封垫不能凸入管道内,其内径可比流量计内径略大。
     d)压力变送器的安装位置应在表前1D处。
     e)流量积算仪安装在控制室。

一、产品概述:
  OWLU系列蒸汽涡街流量计可以测量各种饱和蒸汽、高温蒸汽、高压蒸汽,是针对蒸汽测量工作而研发的新一代产品。工业管道中蒸汽流体的流量测量,具有压力损失小、量程范围大、测量精度高,在测量时不受流体密度、压力、温度、粘度等参数的影响。解决了传感器不能高温测量,以及日常维护不方便等问题。采用压电应力式传感器,性能稳定,可靠性高,可在-20℃~+300℃的工作温度范围内工作。可以同时输出模拟标准信号、脉冲信号、通讯接口,方便与计算机数字系统配套使用。
二、蒸汽涡街流量计参数:
测量精度:液体1.0级、气体1.5级(标准流量范围内)
重复性:0.2%、0.3%;
公称通径:DN50mm-DN500mm
流量范围度:扩展流量范围:液体20:1、气体15:1,标准流量范围:液体10:1、气体8:1
工作压力:1.6MPa、2.5MPa、4.0MPa、6.0MPa
介质温度:-200-+400℃
压力损失:阻力系数Cd≤2.4
供电电源:12~24V DC
输出信号:电压脉冲:低电平≤1V 高电平≥6V,4~20mA DC
防护等级:IP65,可选IP68
三、蒸汽涡街流量计流量范围:
蒸汽涡街流量计流量范围
四、蒸汽涡街流量计选型:


代号
功能1
N
无温压补偿
Y
有温压补偿
 
代号
输出型号
F1
4-20mA输出(二线制)
F2
4-20mA输出(三线制)
F3
RS485通讯接口
 
代号
被测介质
J1
液体
J2
气体
J3
蒸汽
 
代号
连接方式
L1
法兰卡装式
L2
法兰连接式
 
代号
功能2
E1
1.0级
E2
1.5级
T1
常温
T2
高温
T3
蒸汽
P1
1.6MPa
P2
2.5MPa
P3
4.0MPa
D1
内部3.6V供电
D2
DC24V供电
B1
不锈钢
B2
碳钢

蒸汽流量计表体结构组成

     蒸汽流量计的表体可制作成法兰型和法兰夹装型两种结构形式。蒸汽流量计通过法兰或夹装法兰,安装到被测管道上。对小管径,又可制成螺纹连接型和管道焊接型。表体内流体流通部分加工成公称通径D的测量管,蒸汽流量计为被测流体通过仪表提供通道。测量管内安装发生体和检测元件,发生体与测量管的轴线垂直,它可以焊接在表体内,也可通过密封件安装在表体内,其主要功能就是产生卡曼涡街。检测元件也安装在表体上,它可以采用热敏、超声、应变、电容、磁电、应力、光电等多种敏感元件制作,用以检测涡街信号。检测元件可以安装在发生体内或发生体的下游,还可以移出测量管外。

 

蒸汽流量计产品参数

◆测量介质: 气体、液体、蒸气

◆口径规格 法兰卡装式口径选择 25,32,50,80,100

◆法兰连接式口径选择 100,150,200

◆流量测量范围 正常测量流速范围 雷诺数1.5×104~4×106;气体5~50m/s; 液体0.5~7m/s

正常测量流量范围 液体、气体流量测量范围见表2; 蒸气流量范围见表3

◆测量精度 1.0级 1.5级

◆被测介质温度:常温–25℃~100℃

◆高温–25℃~150℃ -25℃~250℃

◆输出信号 脉冲电压输出信号 高电平8~10V 低电平0.7~1.3V

◆脉冲占空比约50%,传输距离为100m脉冲电流远传信号 4~20 mA,传输距离为1000m

◆仪表使用环境 温度:-25℃~+55℃ 湿度:5~90% RH50℃

◆材质 不锈钢, 铝合金

◆电源 DC24V或锂电池3.6V

◆防爆等级 本安型iaIIbT3-T6

防护等级 IP65

 

蒸汽流量计测量特点

我们向热用户送出的蒸汽都是过热蒸汽,但是在经过长距离输送后,随着工况(一般指温度和压力)的变化,过热蒸汽会因为热量损失温度降低而使其从过热状态进入饱和或过饱和状态(压力0.58MPa温度164℃为过热蒸汽,东岳压力0.6MP温度245℃,而绿美食品压力0.58MP温度162℃),也就是说远端热用户接收到的蒸汽有可能变成饱和蒸汽。我们通常用干度X(指饱和蒸汽中的含水量多少)来衡量饱和蒸汽的质量好坏,zui的是干饱和蒸汽,一般称为过热饱和蒸汽,简称过热蒸汽,其含水量可忽略不计(X=1);干度差的称湿饱和蒸汽,含水量zui多可达30%,这就存在着饱和蒸汽的“两相流”问题。因为任何蒸汽计量仪表在计算蒸汽流量时所用的蒸汽密度值都是采用其干度X=1时的数值,也就是干蒸汽的数值;同时,湿蒸汽因含有密度比干蒸汽大数百倍的液体水粒,在管道中流动时其速度要比干蒸汽小,这样所测得的流速就低了,反映在仪表读数、记录上就存在着密度和流速受干度影响所带来的叠加性的双重负误差。

 

蒸汽流量计计量中的蒸汽密度补偿

目前,公司对外结算都采用质量流量,单位为kg/h或t/h。质量流量大小与蒸汽的密度有关,而蒸汽的密度又直接受蒸汽的压力及温度影响。虽然远端的热用户大部分时间使用的是饱和蒸汽,密度的补偿可以采用温度或者压力单一补偿的方式,因为饱和蒸汽的温度与压力之间一一对应,知道了其中一个另一个就是定值,所以只要知道了温度或者压力那么密度也就确定了,但是为了精确测量全部视为过热蒸汽,并采用温度、压力补偿的方式达到密度补偿的目的。[5]

 

蒸汽流量计使用方便

电池供电的就地显示型蒸汽涡街流量计采用微功耗高新技术,采用锂电池供电可不间断运行一年以上,节省了电缆和显示仪表的采购安装费用,可就地显示瞬时流量、累积流量等。温度补偿一体型涡街流量计还带有温度传感器,可以直接测量出饱和蒸汽的温度并计算出压力,从而显示饱和蒸汽的质量流量。温压补偿一体型带有温度、压力传感器,用于气体流量测量可直接测量出气体介质的温度和压力,从而显示气体的标况体积流量。

 

蒸汽流量计口径

DN15    1,2-6,2    5-25    法兰夹装/法兰连接    2,5/1,6

DN20    1.5-10    8-50    法兰夹装/法兰连接    2,5/1,6

DN25    1.6-16    10-70    法兰夹装/法兰连接    2,5/1,6

DN32    1.9-19    15-150    法兰夹装/法兰连接    2,5/1,6

DN40    2.5-26    22-220    法兰夹装/法兰连接    2,5/1,6

DN50    3.5-38    36-320    法兰夹装/法兰连接    2,5/1,6

DN65    6.2-65    50-480    法兰夹装/法兰连接    2,5/1,6

DN80    10-100    70-640    法兰夹装/法兰连接    2,5/1,6

DN100    15-150    130-1100    法兰夹装/法兰连接    2,5/1,6

DN125    25-250    200-1700    法兰夹装/法兰连接    1,6/1,6

DN150    36-380    280-2240    法兰夹装/法兰连接    1,6/1,6

DN200    62-650    580-4960    法兰夹装/法兰连接    1,6/1,6

DN250    140-1400    970-8000    法兰夹装/法兰连接    1,6/1,6

DN300    200-2000    1380-11000    法兰夹装/法兰连接    1,6/1,6

 

蒸汽流量计工作原理

在蒸汽流体中设置三角柱型旋涡发生体,则从旋涡发生体两侧交替地产生有规则的旋涡,这种旋涡称为卡门旋涡,旋涡列在旋涡发生体下游非对称地排列。蒸汽流量计便是依据卡门旋涡原理进行封闭管道流体流量测量的新型流量计。因其具有良好的介质适应能力,无需温度压力补偿即可直接测量蒸汽、空气、气体、水、液体的工况体积流量,配备温度、压力传感器可测量标况体积流量和质量流量,是节流式流量计的理想替代产品。

 

蒸汽流量计耐高温

为提高蒸汽流量计的耐高温及抗振动性能,我公司新近开发出了HNLUG改进型蒸汽涡街流量传感器,因其独特的结构和选材使该传感器可在高温(400℃)、强振动(≤1g)的恶劣工况下使用。在实际应用中,往往大流,远低于仪表的上限值,随着负荷的变化,zui小流量又往往会低于仪表的下限值,仪表并非工作在它的zui佳工作段,为了解决这一问题,通常采用在测量处缩径提高测量处的流速,并选用较小口径的仪表以利于仪表的测量,但是这种变径方式必须在变径管与仪表间有长度为15D以上的直管段进行整流,使加工、安装都不方便。我公司研制的纵断面形状为圆弧的LGZ变径整流器,具有整流、提高流速及改变流速分布多重作用,其结构尺寸小,仅为工艺管内径的1/3,与涡街流量计作成一体,不仅不需要另外附加一段直管段,还可以降低对工艺管直管段的要求,安装非常方便。为了使用方便,电池供电的就地显示型蒸汽流量计采用微功耗高新技术,采用锂电池供电可不间断运行一年以上,节省了电缆和显示仪表的采购安装费用,可就地显示瞬时流量、累积流量等。

 

涡街流量计概述

LUG涡街流量计是由设计在流场中的旋涡发生体、检测探头及相应的电子线路等组成。当流动体流过旋涡发生装置时,它的两边就产生了非规则的两边旋涡,这种涡就是卡门涡街。斯哈尔在卡门涡街论调的基本之上说出了卡门涡街的频率与流动体的流速为正比,并给出了频率和流动速度的计算公式:
f= St×v/d 
式中:
f 涡街发生频率(Hz)
V 旋涡发生体两侧的平均流速(m/s)
St 斯特哈罗尔系数(常数)
涡街流量计这非规则的涡就产生了一连串非规则负压,该压力值作功在检测探头装置之上,便形成了一连串的交变信息,经前置放大器转换、整形、放大处理后,输出与涡同时换算正向比的脉冲频率信息。
涡街流量计
  • 测量介质:气体、液体、蒸汽
  • 量程范围:液体测量范围:1.2-2000m3/h 气体测量范围:5-11000m3/h
  • 输出信号:脉冲信号、4~20mA信号
  • 精度等级:液体:±1% 气体或蒸汽:±1.5%、±1%
  • 介质温度:-40℃~+250℃、-40℃~+320℃
  • 防爆等级:ExdIIBT6或ExiaIICT4
  • 防护等级:IP65

1、探头密封件选用超软异型非标金属片:许多空气流量计是探头密封不严,造成漏水而报废的,因为很少厂商能拥有高温密封测试设备。
2、专为过热蒸汽设计超高温探头,受温直达400℃:选用进口耐温材质和灵活结构进行特殊包装,成为国内封装工艺的佼佼者。
3、探头采用四片晶体封装结构,耐震度显著增加:多数厂商只封装两片晶体,而另外两片主要是防震作用。
4、传感器的发生体是模注而成,成批次出货,成本低:不锈钢的加工难度增加,没有一定批量,制造成本随之增加,而且外观不美。
5、蒸汽计算软件烧制在模块芯片里,智能显现质量流量示数:该组软件分饱和蒸汽和过热蒸汽两个版本,智能显现示数温度、压力、密度、流量值。
6、历史记录查询功能,显示日各项报表:所以可以有效提高客户进行计量结算。

涡街流量计特点
  本表和三角体采用分次工艺,可以有效避免计量口和三角体发生变形,有效增加本表测量信息的可靠度。
  采用内置式结构,就是计量头完全镶入三角体内侧,产品的抗干扰能力强
  涡街传感器输出脉冲频率,其频率与被测流体的实际流量成线性,零点无漂移,性能提升可靠性一个档次。
  现场显示涡街流量计采用智能软件中文操作,气体液体都可以使用,使用方便简易,适用于多个方面,并可对仪表系数非线性进行修正,有效增加计量的可信度。

涡街流量计原理

在流动体中放置三角体涡体产生装置,当流过涡体产生体两边非规则涡,这涡称为卡门旋涡,如此图所显,漩涡为非规则性。

LUG涡街流量计是根据卡门,涡街原理计量气体和液体的体积流量、标况体积流量还有质量流量的体积流量计

LUG涡街流量计是根据流动体振动原理来计算流量的,流动体在封闭管道中流过至涡街流量变送器的时候,在三角体的旋涡产生装置以后上下非规则产生正比于流速的两排旋涡,旋涡的产生频率和流过旋涡产生体的流体均速以及旋涡产生体特征体积有关系。


 

      3 结束语

      涡街流量计在使用后克服了孔板流量计的诸多不足,对饱和蒸汽的测量更准确、更稳定,维护方便。但值得注意的是,测量饱和蒸汽的流体流速不得低于5m/s,否则,流量计量值偏低。

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