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超声bo流量jiyu孔板流量jidebi较

2012-3-5

在我国changshu和jishuguan道de工程实践中,孔板流量jite别是高级孔板阀chang期占据tong治di位。而随着我国石youtianran气shi业de大规mo发展,在高ya、大流量ji量方面,孔板流量ji越来越受到自shen结构祅an拗贫允境銎渚窒辺ing。近年来一些新型de流量ji在国外取得理lun和实践成功de基础上,也积极投shen国内shi场,取得一系列成功经验。te别是超声bo流量ji在高ya、大流量场he具you明蟴a攀疲髖ou取dai高级孔板阀zhi势。由于认识de误区很duo人认为超声bo流量jixing能好dan价格ang贵,蔿v凳遣皇莚uci呢?我们通过一系列bi较ke以得到更正确de结lun。

1 孔板流量jide使用要求

孔板流量ji(流量yu差yadeping方成正bi)de使用条jian、使用范围和对guan道de要求:

(1) 流体:应是单相、均质de牛顿流体,在通过jie流装置时不发sheng相bian和xi出za质,在jie流装置中不得youren何形式dewu质nian附huo聚ji。

(2) guan道:仅适用于圆guan,guan径大小you一定限制,上下游you很changde直guan段,而且jie流jian上游10D、下游4D直guan段de内表面粗糙du、圆du要严格符he具体规定。

(3) 流态:流动应是lianxu、稳定de,不是脉动流;在受到jie流元jian影xiangqian已形成典型de、充分发展de流速分布(紊流速du分布),流线yuguan轴线pingxing,不得为旋转流。

2 技术xing能debi较

表1 超声bo流量jiyu孔板流量ji技术xing能debi较

技术xing能

孔板流量ji

超声bo流量ji

量程bi

1:3-10

1:40-200

ya损

很大

精du

理lun上1%;现场一ban2%

一ban0.5%

测脉动流

不he适

适he

测双向流

不ke以

ke以

测湿气体

不ke以

ke以

qing洗guan路

不ke以

ke以

涡流影xiang

min感

不min感

流速分瞛ia皒iang

min感

不min感

重复xing

di

工yiguan路复za程du

di

weixiuweihulv

di

一cixing投资

di

安全xing

di

 

2.1 量程bi

由于结构te点,孔板流量ji是通过jie流元jian来完成测量de,所以其量程bi通常zhiyou1:3,最高ke达1:10,而超声bo流量ji没youren何阻流jian,其量程bike达1 :200。

这两个数据表明:ru果实现一种测量方案,假定其流量范围是从1m3/h ~ 40m3/h, 使用超声bo流量jizhi需要一路工yiji量回路就ke以实现,ru果采用孔板流量ji,需要duo路才能实现。

2.2 ya损

由于孔板流量jide结构you阻流jian,超声bo流量ji没you阻流jian,那么显而易见:孔板流量jideya损很大,超声bo流量jiya损实际ke以忽略不ji。jie流装置能haojisuanru下:

以下以1 个典型用户用气参数进xing能haojisuan:用气量160× 104m3/d,用气ya力0.6MPa。

jie流装置ya力损失jisuan式:(最大kedu差ya50kPa、β =0.68)

δP=(1-0.24 β -0.52 β2-0.16 β3)Δ P
=0.5486×50
=27.43kPa

jie流装置能haojisuan式:(ya缩机效lvη =0 .8 )

W= δ p ×QV/ η
= 27430×18.5185/0.8
=634953W

2.3 精du

孔板流量jideji量精du理lun上ke以达到1%,dan是通过大量de实践证明,由于孔板流量ji抗干扰能力较差,现场精du最高能达到2%,一ban情况下在3% 左you。超声bo流量jide精du则ke以达到0.5% 甚至更高。

2.4 测脉动流

由于孔板流量ji是靠孔板qian后de差ya信号来实现流量测量de,脉动流会使孔板qian后de差ya不准, 所以孔板流量ji不适he测脉动流, 而超声bo流量jike以测量脉动流de强dubing消除其干扰,所襶un蔴e测脉动流。

2.5 测双向流

孔板流量jiyi据一个jie流元jian来实现测量目de, 这个jie流元jian具you严格de方向xing,因ci孔板流量ji无法测双向流。超声bo流量jizhiyu超声信号在流体中dechuan播时jian觴ie兀騝ike以测双向流。

2.6 测湿气体

孔板流量ji不适he测量湿气体;若bei测气体为湿气体,那么在孔板流量jideqian端容易积液,使得上下游差ya产shengbian化,而孔板流量ji正是根据上下游deya差来测量流量de,ru果差ya产shengbian化,则孔板流量ji不ke能准确测量气体de流量。超声bo流量ji具you自检测功能,ru果所测量气体为湿气体,对超声bo流量ji产sheng影xiang时,yi表本shenke以xiu正,因ci超声bo流量ji适用于湿气体de测量(湿气体体积组分含量di于5%)。

2.7 qing洗ji量guan路

孔板流量ji本shenyou阻流jian, qing洗球无法通过,因ci孔板流量ji安装在guan线上时无法在线qing洗ji量guan路,zhiyou拆除孔板流量ji才能qing洗guan路。而对超声bo流量ji纁i担籧un在这样de问题。

2.8 涡流影xiang

孔板流量ji采用差ya法测量气体de流量,涡流直接影xiang孔板两端de差ya, 因ci孔板流量ji对涡流很min感, 要求you很changde直guan段才能man足测量精dude要求。 新de国际biao准ISO 5167已经对孔板流量ji上游直guan段dechangduzuo了更高de规定:孔板流量ji上游直guan段至少要you44D,若孔板流量ji上游you汇guancun在,则上游直guan段dechangdu至少要you145D。(详见《国际流量ji量xue术动态及发展趋势》(《謝ie鷍i量》2002 年)huoISO 5167-2)。英国烃源公si蟣v鬱enanmo克姆tianran气ji羕ong靖脑焓保 请英国国家工程实验室(NEL)做了详细de流体动力xue分xi, NEL经过大量试验得出结lun:原ISO5167规定de上游18D直guan段确实无法man足对ji量精dude要求,xiu改后deISO5167-2对直guan段dechangdu规定是必须de。

而大duoduo声道de超声bo流量ji本shen具you对涡流强dude分xi能力,ke以消除涡流对流量测量de影xiang,对涡流不min感。

2.9 流速分布de影xiang

孔板流量ji由于结构原理祅an拗疲蟛饬渴绷魉俜植季龋琩an是由于现场ji量guan路de复zaxing,气体在guan路de流速分布是不ke能均匀对chende,因ci孔板流量ji对流速分布不对硃in浅in感。

超声bo流量jike以xiu正流速分布不对硃innan窒蟆

2.10 重复xing

秡a诳装辶髁縥i而言,随着使用过程中孔板边缘de磨损,孔板流量jide精du和重复xing都会下jiang,而超声bo流量ji无ya损、无示值piao移现象,重复xing高。

2.11 工yiguan路复zaxingbi较

秡a诳装辶髁縥i,由于量程bi窄,ji量guan路duo,而且上、下游直guan段chang,现场工yiguan路复za。

超声bo流量ji量程bi宽,上、下游直guan段短,工yiguan路简单。

2.12 weixiuweihulvbi较

孔板流量jiyou阻流jian,上游易积液、对高含liudetianran气,其孔板磨损kuai,weixiuweihulv高。

超声bo流量ji无ke动部jian,te殊cai料de超声tan头ke以抗H2S de腐蚀,weihu简单。

2.13 一cixing投资bi较

孔板流量ji由于量程bi窄,秡a谙嗤琩e流量ji量要求,其ji量guan路duo,suiran直接deji量yi表投资少,dan是相关de阀门、温dubian送器、ya力bian送器、直guan段、汇guan等一cixing投资duo。

超声bo流量紁inケ砑鄹窀哂诳装辶髁縥i,dan是由于量程bi宽,整个ji量回路少,实际现场一cixing投资少。

3 现场安装使用debi较(见表2)

表2 现场安装使用bi较

 

孔板流量ji

超声流量ji

直guan段要求

要求直guan段changdu44D以上

qian10D,后5D

安装影xiang

对同心du要求严格,安装复za

要求不高,法兰lian接,安装简单

使用条jian

使用条jian必须符he设ji条jian

ke过载145%,适应xing强

(1) 直guan段dechangdu

孔板流量ji上you直guan段至少要you44D,若孔板流量ji上游you汇guancun在,则上游直guan段dechangdu至少要you145D。(详见《国际流量ji量xue术动态及发展趋势》(《謝ie鷍i量》2002 年)huoISO 5167-2)。

超声bo流量ji上、下游直guan段要求为10D、5D(《用气体超声bo流量ji测量tianran气de流量》— 国biaoGB/T 18604-2001)。

(2) 安装de影xiang

秡a诳装辶髁縥i,安装条jian直接影xiang其ji量精du,对现场安装de同心du要求很高。

(3) 使用条jian

由于孔板流量jide原理决定其现场使用条jian必须yu设ji条jian相符,ya力、流量de适应xing差。

超声bo流量ji对现场de适应xing极强,对ya力、流量debo动不min感,you较强de过载能力。

4 chang期使用debi较

(1) 精dubian化

孔板流量ji由于chang期使用,孔板入口边詃eニ穑装逋淝鷅ian形,都会使精dusang失。

超声bo流量ji由于无磨损、无示值piao移现象,ke以chang期保chi较高de精du。

(2) 脏wude影xiang

由于孔板流量ji由jie流jian,chang期使用时,脏wuwu将dui积在孔板de上游,造成差ya信号不准,直接影xiangji量精du。脏wu和孔板钝化ke造成ji量pian差2~10% 以上。

超声bo流量ji为中kongguan段,tan头在yi表上部,脏wu不易影xiangtan头工zuo,不会影xiangji量精du,而且流量jike以检测脏wu情况bingxiu正和报警提示、及时进xingqing洗。

(3) 故障排除

由于孔板流量jideyi表texing取决于jie流jiande几何形状簍ong叽纾枰<觳閖ie流jian,一旦jie流jian发shengbian化就必须更换,jie流jiande寿命取决于气体de组分、流量及ya力。

超声bo流量ji本shen具you很强de自诊断功能,一旦不在正常状况就会报警,bing自动记录报警期jiande数据,超声tan头de使用寿命至少为8年,bingke在线更换。

(4) beipinbeijian

孔板流量ji由于jie流jian经常磨损、bian形,因ci需要beiduo套jie流jian;超声bo流量jizhi需要bei一套tan头,ke替换使用。

(5) 日常weihu

孔板流量ji需要经常weihu,bing检查jie流jiande几何尺寸等参数。在线更换孔板后很难保证不xie漏,使ya差不准,难以保证ji量精du。超声bo流量ji则ke免weihu,自检功能强大。

(6) 强检周期

孔板流量ji一年一检,一ban采用几何检定法。超声bo流量ji3年一检,ke以实现在线biao定。

5 经济xingdebi较

5.1 一cixing投资

由于气体超声bo流量jiyou量程bi宽dete点,相秡a诳装辶髁縥ike以简化工yiguan路, 相关de调ya设bei、阀门、bian送器等都相应减少,大大jie省了投资。

另外,由于超声bo流量ji要求deqian后直guan段短,因ci大大减少了占di面积。

rutu1 所示,若孔板流量jide直guan段按44D jisuan,要完成Q=48000m3/h , T= 40°C,Pmin=30Bar 这样条jiande测量ren务,孔板流量ji需要四路24 英寸de工yiguan线,8 个阀门,占di面积为333 ping米,而使用超声bo流量jizhi需要2 路30 英寸de工yiguan线,4 个阀门,占di面积为94 ping米。英国烃源you限公si(HRL )蟣v鬱enanmo克姆(S o u t h Morecambe)日shu气量高达5000 wanN m3/h,该站采用6 路孔板流量ji最初1985 年投yun,1998改造时用3路超声替dai孔板,实践证明无lun从ji量精du、weihu费用还是日常操zuo上,超声bo流量jibi孔板流量ji秊ia泻艽笥攀啤

5.2 chang期yunxing费用

由于流量jichang期yunxing时,you以下几方面de费用:设beiweihu费,biao定费用,更换部jian费用以及操zuo人詁i斯し延玫取

(1) 设beiweihu费

由于超声bo流量ji为免weihuyi表,而孔板流量ji需要经常weihu,因ci后者deweihu费用大大高于qian者。

(2) biao定费用

孔板流量紁ing鑫猙iao定差yabian送器就花费很大de人力wu力,再jia上孔板流量ji需要配密duji, 每年一cibiao密duji也要增jiabiao定费用。ci外,孔板流量jisuiranke以采用几何检定de干biaomo式进xing检定,dan是检定完重新安装回qu时很难保证同心du。

(3) 孔板流量ji需要经常更换jie流jian,成本因而增jia;超声bo流量ji无需更换部jian,tan头ke以带ya更换bingqing洗,其它部jian基本不用更换。

(4) 由于孔板流量jiya损很大,增jia了ya缩机de负荷,经duo年实践证明,yunxing费用随ya损de增jia而上升。

(5) 操zuo人詁i斯し芽装辶髁縥i需要weihu、qie换等操zuo,人工费用很duo,而超声bo流量ji无人值守,基本不需要weihu,因ci用于超声bo流量jiyunxingweihude费用将远远di于孔板流量ji。

6 超声bo流量ji在石you化工ji量中de应用

6.1 时差法超声bo流量ji测量成pinyou

超声流量ji是一种蚿in际搅髁縥i,它de基本原理rutu2所示。高pin声脉冲从上游换能器Achuan送到下游换能器Bde时jian为

T1=L/(C+Vcosθ)

而从下游换能器Bchuan送到上游接收换能器Ade时jian为

T2=L/(C-Vcosθ)

式中,L—声道距li;C—液体中de声速;θ—声道和guan道轴向de夹角;V—guan道中deping均轴向流速。

由上式ke以蚿in汲

V=(L/2cosθ)*[(T2-T1)/(T1*T2)]

这种测量方法从理lun上讲,zhi能测得在声道上de流体速du。我们希望得到guan道bei测截面deping均流速,dan在实际guan道yunxing中总会cun在you汇guan、大小bian径guan、三通和弯头等,实际yunxing中不ke避免de会产sheng在bei测截面上de不对chen流、横向流和旋涡流,这将大大jiangdiping均流速de测量准确du。智能化de超声bo流量ji采用duo声道测量,bing通过智能检定软jiande诊断和报警功能监测流量jiyunxing状态;调jie各声道de自动增益;测量各声道de流速分布及每一个声道de声速jisuan,以便校正横向流、旋涡流和不对chen流;当bei测液体密du、粘dubian化时,ke以通过测羕e俜赐瞥霾煌瑈oupinde密du、粘du,这样就ke襷a贸鵥o流量jidai替密duji,解决处理混you段技术。

6.2 biao准体积guan实流biao定超声bo流量技术

双向biao准体积guan是一种biao准容积式机械设bei,在U型biao准guan段进出口上装you两个(huo四个)检测kai关,一个排液球huo者huosai。当触动第一个检测kai关时,排液球进入biao准段,当这个球触动U型guan另一端第二个检测kai关时,排液球likaibiao准段。

超声bo流量jide测量原理决定了脉冲和真实流速(流量)you一个固定延时。而guan道中de流体扰动是很复zade,它baokuoduoci扰动涡流和非轴向速du成分,超声bo流量jiyan着一个huoduo个采样声道,通过超声bo发射器和接收器上de正反向时差,检测bing蚿in糺isuan出流体流速。上shu原因,检定一台超声bo流量jixing能是否稳定,应该youru下te点需要设ji工程师注意:

(1)为了使bei检测超声bo流量jiyi表系数de不准确dukong制在±0.027%,建议设ji工程师在ji量系tong设ji中应该考虑超声bo流量jide公chen通径和biao定yunxingci数来选择双向biao准体积guandebiao准容积其关系ru表3所示:

双向体积guanbiao准容积和流量ji公chen通径

超声bo流量jide公chen通径(mm)

双向体积guanbiao准容积(L)

当biao定5ci重复xing为0.05%时

当biao定8ci重复xing为0.09%时

当biao定10ci重复xing为0.12%时

DN400(16``)

82832.227

38315.867

25119.946

DN350(14``)

63435.813

29253.608

19237.427

DN300(12``)

46583.161

21463.245

14149.843

DN250(10``)

32274.361

14944.778

9857.194

DN200(8``)

20668.310

9539.220

6359.480

DN150(6``)

11606.051

5405.558

3497.714

DN100(4``)

5246.571

2384.805

1589.870


(2) 在每cidebiao定过程中,排液球在触发第一个检测kai关zhiqian,kai始记录bei检超声bo流量紁in⒊鰀e脉冲信号,应该保chi介质流速稳定在bei检超声bo流量jide这个流量点上,否则youke能造成超声bo流量紁ing喜頳e重复xinghuo者流量ji增益祅an祎ong误差。

(3) 换向四通阀在换向介质进入U型guan段时应该处于流量和ya力稳定状态下。ru果驱动排液球进入biao准体积guan检测kai关时,排液球触发检测kai关zhiqian直接产sheng扰动流。这将大大jiang祎ong鵥o流量jideyi表系数和重复xing。

7 结lun

综上所shu,使用气体超声bo流量jibi使用孔板流量ji无lun从安全xing能、技术xing能还是磞ou籧ixing投资以及chang期yunxing费用上秊ia泻艽骴e优势。由于说明问题de需要,本wen中jisuan和实例均选用较大用气量进xingbi较,实际通过bi较jisuan一banDN200口径以上流量ji选用气体超声bo流量ji具you较大优势,DN150te别是以下流量jide选取由于气体超声bo流量ji本shen价格因su使用孔板流量ji更为经济,dan从保证ji量精du出发也推荐选用更精确deji量yi表。

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