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彎管流量計在各行業的工業應用


唐山天辰電器有限公司

唐山天辰電器有限公司致力于彎管流量計的研究,設計開發了彎管蒸汽流量計、氣體流量計、液體流量計、小口徑小流量一體式流量計。為使更多用戶及業內認識了結使用該產品我們推出系列有關彎管流量計在各行業的應用范例,解析彎管流量計的性能特點及優勢。
一、彎管流量計的原理
彎管流量計是一種差壓式的流量計,是利用流體流經彎管傳感器產生離心力的原理來測量流體流量的。
當流體流經彎管時,由于彎管的約束,迫使流體在彎管內作類似的圓周運動,根據流體強制旋流理論,流體作圓周運動遵循的規律與固體在空間狀態下作圓周運動相似。彎管內的流體由于作圓周運動而產生離心力,該離心力的大小與流體流速、流體的質量(密度)以及作圓周運動的曲率半徑等因素有關。離心力的作用使流體對彎管內、外側產生壓力差,測出此差壓值就可計算出管道內流體的流速,進而計算出流體的流量值,這就是彎管流量計的基本測量原理。
二、彎管流量計的基本特點及與其它流量計性能比較
1、結構簡單,性能價格比優越
彎管傳感器是用標準幾何90度彎管加工制作而成的,法蘭式取壓的孔板流量計是市場上價格最便宜的流量計,彎管流量計的價格完全可以和它相比。
2、免維護的流量傳感器
真正意義上的免維護流量測量裝置是沒有的,我們這里所謂的免維護流量測量裝置應該具備如下的基本品質:工作中不會磨損或者對磨損不敏感;在高速流體沖擊下不會變形、扭曲、震動;長期高低溫工作條件下敏感元件不會老化、變質而降低穩定性和靈敏度;對于環境中可能出現的震動、粉塵、潮濕、電磁場干擾不敏感;經過長周期運行它的穩定性、靈敏度、準確性不會發生明顯變化;能在最大程度上防止傳感器被粘污、結疤、堵塞等等。符合免維護傳感器的標準,保證了流量計長期高精度測量的工作狀態。而孔板流量計的節流口對微量磨損就十分敏感。規程規定,計量用孔板流量計的孔板每年必須進行一次或一次以上的強制性磨損檢查,這是保證孔板流量計準確計量的必要條件。對于那些大管徑的孔板和蒸汽孔板,其拆裝難度之大,維修費用之高,給使用者帶來了額外的負擔。 彎管傳感器因耐磨損、免維護、長周期高精度運行的特點,可滿足直接焊接安裝的技術條件,焊接法安裝解決了流量測量裝置現場跑、冒、滴、漏等令人頭痛的問題。
3、無任何附加節流件或插入件,無附加壓力損失,節約能源
這一特點給彎管流量計的工業化應用帶來了巨大的便利和經濟效益。
對孔扳流量計來說,流體在孔板上的壓力損失是不可恢復的,其損失可達孔板在該流量下產生的差壓值的60%~80%,為了提高其測量精度,設計人員在選定孔板流量計的工作差壓值時一般都取高值,使該壓力損失成為不可忽視的數值。
彎管流量計則不存在管道附加阻力損失的問題,孔板的節流損耗可簡單地看作是彎管流量計的節能效果,這對于那些大系統、大管徑、大流量、低壓力的測量對象好處更加明顯。
在蒸汽測量系統中,為維持一臺安裝在百噸/小時流量管道上的孔板流量計正常運行,年耗電數萬度,折合人民幣數萬元。這里僅考慮孔板流量計壓力損失為幾十千帕,為使這個問題有一個量的概念,我們做出了一些推算列在表中。
表一的數據為蒸汽流量測量中不同的壓力損失,孔板流量計引起的額外耗電量、電耗費用,其中運行天數按360天計算,電價按0.4元計算。

表一

孔板壓力損失
(KPa)
體積流量
(m3/h)
能耗
(KW)
年運行費用
(萬元)
10 5000 13.89 4.8
7000 19.44 6.7
10000 27.78 9.6
20 5000 27.78 9.6
7000 38.88 13.4
10000 55.56 19.2
30 5000 41.67 14.4
7000 58.32 20.1
10000 83.34 28.8
40 5000 55.56 19.2
7000 77.76 26.8
10000 111.12 38.4


由表一可見流量為5000m3/h的蒸汽,當孔板壓力損失為20KPa時,運行費用為9.6萬元。而彎管流量計沒有附加阻力損失,如用彎管流量計代替孔板流量計進行蒸汽流量測量,可大大地降低運行費用,獲得可觀的經濟效益。
4、可測量容易臟污、易堵塞介質的傳感器
煤氣(包括:高爐煤氣、焦爐煤氣、發生爐煤氣等)、煙氣。屬臟污介質,容易堵塞、粘連傳感器關鍵部位,直接影響測量。傳統孔板流量計及渦街流量計基本無法保證長期運行的準確性與穩定性。循環水水質較差,對流量測量裝置的污染影響較大?装辶髁坑嫷墓澚骷驕u街流量計的插入件極易被循環水玷污或堵塞,尤其是孔板節流口的直角部分,即使是輕微的玷污也會對測量精度造成極大的影響。彎管傳感器對于類似煤氣、循環水這樣的介質其適應性是不用懷疑的,即使是長期的運行也能保證彎管流量計的正常工作,保證其足夠的測量精度。
我們的措施是:
(1) 在允許的范圍內盡可能加大取壓孔的孔徑;
(2) 取壓孔連接的根部閥選擇三通旋塞閥,方便對取壓孔進行必要的疏通;
(3) 定期用低壓蒸汽對取壓閥以及取壓孔進行吹掃、清洗,對易結疤的介質可以在一定程度上改善彎管傳感器的工作狀態。
應用案例:冶金行業高爐煤氣(中國五礦中板廠、國豐鋼鐵、唐鋼集團等),發生爐煤氣(萬豐集團、科源環保、雷浩公司等)。不一一列舉。
5、適應性強,量程范圍寬、直管段要求不嚴格
只要是能用孔板、渦街,均速管等流量計進行測量的流體都可用彎管流量計來進行流量測量,且在耐高溫、耐高壓、耐沖擊、耐震動、耐潮濕、耐粉塵等方面,彎管流量計遠遠優于這些常用的流量計。
高溫、高壓、沖擊、震動使渦街流量計適用范圍十分有限,這與它的測量原理有關。震動、沖擊對彎管傳感器的正常工作幾乎沒有影響,而高溫、高壓對于彎管傳感器來說只要采用與工藝管道相同材質的標準彎頭,就可以得到解決。
量程范圍寬一方面是指彎管流量計對于其測量介質的流速適用范圍寬,蒸汽或其它氣體介質,流速范圍為0~7~70m/s;液體介質流速范圍為0~0.3~5m/s。以上所說的流速范圍也沒有嚴格的限制,如果被測介質沒有上限流速的限制,則流速范圍還可更大;有足夠精度的微差壓變送器相配合,則流體流速的低限可取得很小。高質量微差壓變送器的應用使彎管流量計能夠適應低流速、小信號測量的要求?傊,彎管流量計的量程范圍完全可以滿足不同對象的流量測量的要求。
量程范圍寬的另一方面是指彎管傳感器的幾何尺寸沒有限制,管徑可從十幾毫米到一米甚至兩米以上。直管段要求不嚴格也是彎管流量計在現場使用中十分重要的特點之一,許多流量測量裝置都因為現場直管段不能滿足要求而不能進行測量或不能保證其測量精度。彎管流量計在實際應用時只需保證前5D、后2D,遠遠低于其它流量測量裝置的要求。
6、測量精度高、重現性好
實驗證明,彎管流量計的測量準確度可達到1.0%。重現性精度高達0.2%。
7、測量數據可直接接入DCS系統
測量數據可直接輸入DCS系統。專用主機配有RSR-232、485通訊接口。
三、彎管流量計的應用
1.彎管蒸汽流量計
彎管流量計用于蒸汽流量的測量,使蒸汽流量測量裝置容易泄漏的難題得到根本性的解決,無阻力損失的優點,可獲得更好的經濟效益,耐磨損、長周期運行不需要進行復雜維護和修理,使運行維修費用降到最低點。
2.彎管液體流量計
處于地下或者半地下的輸水管道,對于流量計的要求更多的是耐用性,水系統管網縱橫交錯,希望水系統流量傳感器一次安裝之后能達到長周期、免維護、高精度可靠運行。彎管流量傳感器具備的堅固耐用抗磨損、可長周期保持足夠高的測量精度的特點,在這里可以發揮最大的作用。
在水系統中,特別提一下的是化學水處理含酸水的流量測量,化學水處理過程中,由于水呈現酸性,其管道都是襯膠的,對于這種特殊的被測介質(酸、堿性介質),只要選擇耐酸不銹鋼、防腐型彎管傳感器就可以方便地解決流量測量問題。至于諸如鍋爐上水,雖然壓力、和溫度相對比較高,只要解決焊接問題,用彎管流量計進行流量測量是完全沒有問題的。這一點在現場已得到充分驗證。
3.彎管氣體流量計
一般氣體的測量包括壓縮空氣、氧氣、氮氣、高爐煤氣、焦爐煤氣、窯氣等。在測量如壓縮空氣類似介質中有些用戶為了節能降耗,一般采用將鼓風機電動機都改為變頻調速,用來代替傳統的調節閥控制風量的節能手段,其節能效果當然是明顯的。如果彎管流量計替代孔板流量計進行流量測量,則可進一步降低管道壓力損失,達到更佳的節能降耗目的。
4.現場工業彎頭的改造
受種種條件的限制,許多用戶希望仍使用原有管道上的彎頭作為彎管傳感器,為此我們在現場作了大量的工作,在保證用戶要求的測量精度前提下完成了彎管流量計的這項擴展工作。為用戶降低了費用,同時也簡化了現場的安裝工作。例如與唐山鋼鐵公司、唐山國豐鋼鐵有限公司、河南安化集團、遷安大化合作,改造大管徑液體流量計(DN1200一套)、高爐煤氣流量計(DN600兩套)、空氣流量計(方管1800X2400等共七套)、水煤氣(DN1600一套)。運行準確、穩定。均獲得了用戶的認可和高度贊揚。
目前,我廠的彎管流量計已經成功應用在冶金、電廠、化工及其它行業,用于蒸汽、循環水,窯氣、助燃空氣、高爐煤氣計量等,并將彎管流量計成功地應用到了中溫中壓蒸汽流量測量中。
四、測量技術的完善
由于工業現場實際環境的限制,許多用戶的現場安裝條件十分苛刻,我們在現場安裝方法上進行了大量開創工作,使我們的測量技術得到進一步的完善,使彎管流量計的實際適用范圍有了更大的擴展。
1、彎管流量計在直管線上的安裝。
在傳感器安裝位置狹窄或沒有自然轉彎處,我們率先使用了彎管傳感器在直管段上的安裝技術,進一步開闊了彎管流量計的使用空間。
2、蒸汽的適用范圍突破了中溫、中壓禁區
利用彎管流量計測量蒸汽流量應該說是一種最佳選擇。通過與將彎管流量計成功地應用到了中溫(430℃左右)中壓(40kg左右)主蒸汽流量測量中,為彎管流量計應用領域獲得更大的發展空間,打破孔板流量計在中溫中壓領域一統天下的局面。
3、大彎徑比彎管傳感器的應用
突破了其它彎管流量計生產廠家固守的只能使用1.5D左右彎頭做傳感器的觀念。如與寧波熱電廠合作所使用的傳感器曲率半徑皆大于5D,擴大了彎管傳感器的應用,又為彎管流量計在中溫、中壓條件下使用提供了安全的保障。
4、介質密度溫壓補償對流量測量準確性的影響
為了保證氣體(包括蒸氣)介質流量測量的準確性,必須在測量介質流量的同時測量出介質的溫度和壓力值,利用二次儀表的運算補償功能在線對介質的密度進行計算和補償。在流量計算公式中,介質的密度與流量傳感器產生的差壓值是處于同樣重要的位置上,密度偏差造成的流量測量不準確與差壓變送器不準確造成的測量誤差是完全一樣的。
Q=α(△P/ρ)1/2 或者 G=α(△P/ρ)1/2
其中,△P是差壓變送器顯示的差壓值,而ρ就是介質的密度。過去使用的流量二次儀表一般不具備在線溫壓補償運算的功能,而不能對實際工作中密度的變化進行必要的在線補償和修正。隨著微電子技術的廣泛應用,尤其是智能型二次儀表的開發和應用,使它的實用功能大大地擴展和加強,現在我公司生產制造的儀表提供的流量測量裝置具備溫壓在線密度運算補償已經成為現場測量不可或缺的功能。
五、彎管流量計的應用及認可
通過我們十幾年的努力,國內部分企業已廣泛使用我廠生產的彎管流量計,各種介質的測量取得了良好的效果。彎管流量計是一種高新技術型、節能型計量儀表,是集現代彎管加工技術,現代差壓測量技術及現代計算機技術的綜合結晶,這些高新技術的綜合應用,使彎管流量計能滿足工業企業對各種介質流量測量的要求。

唐山天辰電器有限公司

                                                2006年6月

 
 

 

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