常見問題

電磁流量計的意義及應(yīng)用介紹說明

自古以來，流量測量就是人類文明的標(biāo)志之一。公元前1000年左右古埃及人已用堰法測量尼羅河的流量，用于預(yù)報年成；古羅馬人修渠引水，已采用孔板測量流量；我國古代的都江堰水利工程應(yīng)用寶瓶口的水位觀測水量大小等。但是由于經(jīng)濟和科技發(fā)展不快，流量測量的方法僅有有限的幾種，直至20世紀(jì)，由于過程工業(yè)、能源計量和城市公用事業(yè)對流量測量的需求急劇增長，才促使流量測量方法和儀表迅速發(fā)展。 1.1 流量測量的意義流量測量是研究物質(zhì)量變的科學(xué)，質(zhì)與量的互變規(guī)律是事物聯(lián)系與發(fā)展的基本規(guī)律，因此，其測量對象已不限于傳統(tǒng)意義上的管道流體，凡是需要掌握流體流動的地方都有流量測量的問題。工業(yè)生產(chǎn)過程是流量測量與儀表應(yīng)用的一大領(lǐng)域，流量與溫度、壓力和物位一起統(tǒng)稱為過程控制中的四大參數(shù)，人們通過這些參數(shù)對生產(chǎn)過程進行監(jiān)視與控制。對流體流量進行正確測量和調(diào)節(jié)是保證生產(chǎn)過程安全經(jīng)濟運行、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低物質(zhì)消耗、提高經(jīng)濟效益、實現(xiàn)科學(xué)管理的基礎(chǔ)。在整個過程檢測儀表中，流量儀表的產(chǎn)值約占1／5～1／4。在能源計量中，使用了大量的電磁流量計，例如石油工業(yè)，從石油開采、儲運、煉制直到貿(mào) 易銷售，任何一個環(huán)節(jié)都離不開流量計。在天煞氣工業(yè)蓬勃發(fā)展的現(xiàn)在，天然氣的計量引起了人們的特別關(guān)注，因為在天然氣的采集、處理、儲存、運輸和分配過程中，需要數(shù)以百萬計的流量計，其中有些流量計涉及到的結(jié)算金額數(shù)字巨大，對測量準(zhǔn)確度和可靠性要求特別高。除此之外，在煤氣、成品油、液化石油氣、蒸汽、壓縮空氣、氧氣、氮氣、水的計量中，也要使用大量的流量計，其中很大一部分用于貿(mào)易結(jié)算，計量準(zhǔn)確度需滿足國家的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，這對流量測量提出了很高的要求。能源計量用流量計往往跟企業(yè)的效益有直接的聯(lián)系，是進行貿(mào)易結(jié)算的依據(jù)，進行能源的科學(xué)管理、提高經(jīng)濟效益的重要手段。在環(huán)境保護領(lǐng)域，流量測量儀表也扮演著重要角色。人們?yōu)榱丝刂拼髿馕廴荆仨殞ξ?染大氣的煙氣以及其他溫室氣體排放量進行監(jiān)測；廢液和污水的排放，使地表水源和地下水源受到污染，人們必須對廢液和污水進行處理，對排放量進行控制。于是數(shù)以百萬計的煙氣排放點和污水排放口都成了流量測量對象。廢氣和污水流量的測量具有較高的難度。其中煙氣的難度在于臟污，含塵，有腐蝕性，流速范圍寬廣，流通截面不規(guī)則，直管段長度難以保證；而污水的難度在于介質(zhì)臟污、壓頭低、口徑大、流通截面特殊和非滿管。在科學(xué)實驗領(lǐng)域，種類繁多的流量訐提供了大量的實驗數(shù)據(jù)。這一領(lǐng)域中使用的流量計特殊性更多，其中流體的高溫、高壓、高黏度以及變組分、脈動流和微小流量等都是經(jīng)常要面對的測量對象。除了上述的應(yīng)用領(lǐng)域之外，流量計在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)、水利建設(shè)、生物工程、管道輸送、航天。航空、軍事領(lǐng)域等也都有廣泛的應(yīng)用。流量測量是一門迅速發(fā)展的技術(shù)，為了滿足各行各業(yè)、各種工況的各種流體的流量測量需要，儀表研究機構(gòu)研究開發(fā)了各種原理的流量計，制造廠每年都有新型流量計供應(yīng)市場。過去難以解決的流量測量問題，如今有的獲得了解決。尤其是近30年以來，微電子技術(shù)、計算機技術(shù)和通信技術(shù)進入流量測量儀表，使流量儀表出現(xiàn)一次飛躍，儀表的功能更加豐富，可靠性得到顯著提高，測量精確度獲得大幅度的提升，于是0.1級科氏力質(zhì)量流量計、精確度優(yōu)于±0. 3%R的電磁流量計等相繼問世。據(jù)統(tǒng)計，目前市場上能買到的流量計種類已達百種以上，各種不同類型的流量計相互競爭，并以各自特有的優(yōu)勢占據(jù)著一定的市場份額。直至今日，凡是被人們應(yīng)用的類型，都是因為它們在某些方面有相對優(yōu)勢，而在競爭中取勝的后起之秀也并非十全十美，不能期望用一種流量計覆蓋所有的應(yīng)用領(lǐng)域。然而，盡管流量測量技術(shù)和儀表的類型已經(jīng)很多，用戶卻仍有許多流量測量問題難以解決，這些問題也就成為今后研究新的測量方法、開發(fā)新型儀表的動力。流量測量是一門復(fù)雜、多樣的技術(shù)，這不僅由于測量精確度的要求越來越高，而且測量對象復(fù)雜多樣。如流體種類有氣體、液體、混相沆體，流體工況有從高溫到極低溫的溫度范圍，從高壓到低壓的壓力范圍，既有低黏度的液體，也有黏度非常高的液體，而流量范圍更是懸殊，微小流量只有每小時數(shù)毫升，而大流量可能每秒就達數(shù)萬立方米。而脈動流、多相流更增加了流量測量的復(fù)雜性。另一方面，這種復(fù)雜性和多樣性促進了人們對流量測量儀表的應(yīng)用研究。 1.2 流量測量儀表應(yīng)用研究的意義流量測量技術(shù)和儀表類型繁多，測量對象復(fù)雜多樣，決定了流量測量儀表在應(yīng)用技術(shù)上的復(fù)雜性。它與傳統(tǒng)意義上度量衡計量器具的應(yīng)用有很大差別，它不是簡單地將流量計安裝好，開表投運就一定能達到測量目的。有兩位專家對現(xiàn)場裝用著的千余臺流量儀表進行調(diào) 查，發(fā)現(xiàn)約有60%所選擇的測量方法不是最合適或不正確，其余的40%中，約有一半雖然測量方法合適，卻存在現(xiàn)場布置和安裝的不合理現(xiàn)象，這些不合適、不正確和不合理，帶來了相應(yīng)的測量誤差。因此流量測量是一種強烈依賴于使用條件的測量，在實驗室，流量計可以得到極高的精確度，但是在使用現(xiàn)場，一旦流體條件或環(huán)境條件有大的變化，不僅精確度無法保證，甚至無法進行正常測量。一臺流量計出廠校驗其誤差優(yōu)于土0. 5%，但是新的儀表安裝到現(xiàn)場開表后誤差可能增至土5%～±10%井不罕見。造成這種情況的原因多種多樣，如選型不合理，量程不合適，上下游直管段長度不足，安裝不正確，流體物性偏離設(shè)計狀態(tài)太大，工況條件超過允許值，脈動流影響，振動等環(huán)境條件太嚴(yán)酷等，還可以舉出很多。因此流量測量是一個系統(tǒng)問題，包括檢測裝置、顯示裝置、前后直管段、輔助設(shè)備。而應(yīng)用技術(shù)的研究，還包括測量對象本身，僅僅流量計本體性能好并不能保證獲得要求的測量效果。流量測量儀表應(yīng)用技術(shù)研究的目標(biāo)是正確的使用，主要有下面幾個具體內(nèi)容。 (1)提高開表率在儀表設(shè)備管理中，開表率的定義是：（儀表總臺數(shù)一未正常使用的儀表臺數(shù)）／儀表總臺數(shù)。因此，提高開表率就是要減少無法投入正常使用的儀表。在設(shè)計院中，自控專業(yè)所設(shè)計的測量系統(tǒng)，開表率是反映設(shè)計人員工作質(zhì)量和技術(shù)熟練程度的重要指標(biāo)之一，經(jīng)驗豐富和認(rèn)真負(fù)責(zé)的設(shè)計人員，能使開表率達到95%以上，或通過整改達到 95%以上。但是在市場經(jīng)濟的條件下，工程公司往往對業(yè)主實行交鑰匙承包做法，要求做到的開表率就不是95%，而是100%，所設(shè)計的儀表系統(tǒng)如果不能正常投入使用，若為工程公司責(zé)任，那就得進行整改或更換儀表，這就意味著經(jīng)濟損失。因此，儀表應(yīng)用技術(shù)的研究具有現(xiàn)實的經(jīng)濟意義。開表率是儀表應(yīng)用技術(shù)水平和儀表本身品質(zhì)的綜合表現(xiàn)。測量方法和儀表對測量對象、使用環(huán)境的匹配、協(xié)調(diào)、優(yōu)化，以及在此之前的設(shè)計選型和安裝調(diào)試等環(huán)節(jié)都是影響開表率的重要因素。近些年來，我國的流量測量儀表應(yīng)用技術(shù)水平獲得了長足的進步，流量測量儀表的開表率有了很大提高，這一方面是由于儀表人員整體技術(shù)水平有了明顯提高，責(zé)任意識有所增強，更重要的是儀表的品質(zhì)比以前計劃經(jīng)濟年代有了大幅度提高，進口儀表和引進國外先進技術(shù)組裝的儀表比重在上升，尤其是儀表普遍實現(xiàn)智能化后，測量范圍可調(diào)比大大擴展，以前由于測量范圍選擇不合適而無法投入正常使用的儀表，通過變更量程一般都能投入使用。 (2)保證測量精確度流量測量精確度指的是流量測量系統(tǒng)所獲得的精確度，它同流量計本身的精確度是有區(qū)別的。僅僅流量計本身性能好，精確度高，并不一定能獲得較高的測量精確度。要保證流量測量系統(tǒng)的精確度，除了合理的選型，正確安裝與調(diào)試，及時的維護和保養(yǎng) 之外，應(yīng)用智毹化技術(shù)對測量部分可能引入的誤差進行恰到好處的補償和校正也是一項有效的方法。例如對液體的溫度膨脹系數(shù)進行補償，對氣體的溫度、壓力和壓縮系數(shù)進行補償，對差壓式流量計的雷諾數(shù)影響和流束膨脹系數(shù)進行補償，對各種流量計流量系數(shù)的非線性進行補償，對容積式流量計、渦街流量計的溫度影響進行補償，對超聲流量計的速度分布進行補償?shù)?。這種補償和校正是用系統(tǒng)的方法將檢測部分所固有的、依靠其本身無法得到克服的誤差進行處理，使之消除或得到基本消除。實踐表明，這一方法簡單有效，很有發(fā)展前途。這一方法將在本書第8章作詳細(xì)介紹。在保證測量精確度諸多的方法中，在線實流校準(zhǔn)占有重要地位。以前大多采用離線方法校準(zhǔn)流量計，使用該方法檢定的流量計經(jīng)誤差修正后雖然精確度較高，但因其檢定時管路的參比條件與實際使用時不同，檢定時流體性質(zhì)與實際使用的流體有差異，檢定時的環(huán)境條件與儀表使用場所的實際環(huán)境不相同，從而造成附加的使用誤差，降低了測量精確度。在線實流校準(zhǔn)法是解決這一問題的有效方法。例如，油品計量站在建設(shè)階段就預(yù)留標(biāo)準(zhǔn)體積管連接口，接入標(biāo)準(zhǔn)體積管后，通過閥門切換可以實現(xiàn)對計量站中各臺流量計實現(xiàn)在線實流校準(zhǔn)。現(xiàn)在，在天然氣的分配站乜要求采用在線實流校準(zhǔn)的方法。 (3)提高流量測量系統(tǒng)的可靠性用于安全聯(lián)鎖報警的流量儀表如果不可靠，應(yīng)該聯(lián)鎖動作時不動作，容易釀成事故，不該動作時亂動作，容易導(dǎo)致不應(yīng)有的停車，造成損失。工業(yè)爐窯中的燃料流量計如果不可靠，造成流路堵塞，容易導(dǎo)致爐子熄火，釀成事故。用于過程控制的流量儀表如果不可靠，容易為調(diào)節(jié)系統(tǒng)發(fā)出錯誤信息，導(dǎo)致調(diào)節(jié)系統(tǒng)失調(diào)，破壞生產(chǎn)過程的穩(wěn)定，影響產(chǎn)品的質(zhì)量、產(chǎn)量和物耗，造成損失。用于財務(wù)結(jié)算計量的流量計如果不可靠，容易引起計量失準(zhǔn)，引發(fā)計量糾紛和為企業(yè)帶來損失。可以看出，流量儀表的可靠性是極為重要的。提高流量測量可靠性的途徑主要是提高儀表本身的可靠性，選用可靠性高的儀表和進行可靠性設(shè)計。近年來，流量測量儀表的可靠性獲得了顯著的提高，主要表現(xiàn)在以下幾方面。 ①儀表本身的可靠性有了顯著提高。 ②通過改進儀表的結(jié)構(gòu)設(shè)計，使系統(tǒng)可靠性獲得提高。例如采用不斷流插入式結(jié)構(gòu)，可在不影響工藝操作的情況下更換流量計。超聲流量傳感器的夾裝式結(jié)構(gòu)，電磁流量傳感器電極的帶壓更換結(jié)構(gòu)，渦街流量傳感器采用管外安裝超聲探頭的結(jié)構(gòu)等，都能在儀表損壞后的修理過程中大大縮短修復(fù)時間。 ③引入冗余技術(shù)。如采用雙傳感器，并對傳感器的正常與否進行自動判斷，將發(fā)生故障的那路信號予以剔除。 ④引入自診斷技術(shù)，并通過現(xiàn)場總線將診斷結(jié)果送到操作站或?qū)Ｓ玫脑O(shè)備管理系統(tǒng) (AMS)予以顯示報警，以及時發(fā)現(xiàn)故障，及早采取措施。 (4)節(jié)省費用這里所說的費用除了儀表購置費之外，還應(yīng)計入附件購置費、安裝調(diào)試費、運行費、備品備件費、維護和定期校準(zhǔn)（檢定）費，而儀表的平均壽命攤?cè)氲恼叟f費也是不可忽視的。有些類型的流量計雖然購置費較低，但必須增設(shè)上下游切斷閥和旁通閥等輔助設(shè)備，有時輔助設(shè)備的費用大大超過流量計本身的購置費。在儀表選型中應(yīng)避免片面追求高性能，高精確度，因為這樣做不僅增加了購置費，而且往往備品備件費也相應(yīng)增加。最優(yōu)的設(shè)計選型是在滿足使用要求的前提下，儀表的可靠性最高，維修方便，費用最省的那個方案。 (5)安全性有些被測流體屬易燃易爆介質(zhì)，有些儀表安裝場所屬易燃易爆場所，儀表的選型、系統(tǒng)設(shè)計和安裝都應(yīng)符合院爆規(guī)程。除了上述目標(biāo)之外，還應(yīng)滿足使用的其他要求，如壓損要求、衛(wèi)生要求、防護要求等，還應(yīng)注意維修方便，有的還應(yīng)考慮便于實施強制檢定。

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