1　前　言
　　某造紙廠(chǎng)年産1.5×105t本色商品(pin)木漿工程,其制(zhì)漿生産線現場(chang)流量測量儀表(biǎo)多數采用電磁(ci)流量計。
　　經過四(si)年的運行,在連(lián)蒸系統中,監測(ce)連續蒸煮轉送(sòng)循環流量的電(diàn)磁流量計,因工(gōng)作環境條件惡(e)劣(壓力1200kPa、溫度160℃、介(jie)質腐蝕等),引起(qi)電♈磁流量傳感(gan)器襯裏聚四氟(fú)乙烯的損壞,緻(zhì)使轉送循環儀(yi)表無法運行,工(gong)🐅藝人員隻能憑(ping)經驗操作。當流(liu)量低于一定值(zhi)時,容易引起轉(zhuan)送✔️管道的堵塞(sāi),導緻整條設備(bei)線停機。
2　解決思(sī)路
　　由于進口電(dian)磁流量計價格(gé)昂貴,到貨周期(qī)長,而國🧡内💞同口(kǒu)徑的電磁流量(liang)計的技術指标(biao)達不到特定工(gong)作環境的要求(qiú);據故障技術分(fèn)析,原先的進口(kou)電磁流量計(正(zhèng)常運行時間累(lèi)計不滿兩年)也(ye)是因無✔️法适應(ying)特定環境的檢(jiǎn)測工作📐而損壞(huài)的。爲了盡快解(jiě)決生産上的難(nán)題,采用了小口(kǒu)徑電🌈磁流量計(ji)測量分流支管(guan)🚶流量的辦法,目(mù)前國内電磁流(liu)量計無法同時(shí)滿足高溫、高壓(ya)、耐腐蝕、大通🤩徑(jìng)的技術要求。
　　電(diàn)磁流量計的測(ce)量原理是基于(yú)法拉第電磁感(gǎn)應定律。即:導電(dian)液體在磁場中(zhong)作切割磁力線(xian)運動時,導體👈中(zhōng)産生感應電🚶壓(yā),其感應電壓爲(wei):
U=kB`nD
式中:
k———儀表常數(shù);
B———磁感應強度;
`n———測(ce)量管截面内的(de)平均流速;
D———測量(liang)管的内直徑。
　　測(ce)量流量時(圖1),流(liu)體流過垂直于(yú)流動方向的磁(ci)場🐪,導電性⁉️流體(ti)的流動感應出(chu)一個與平均流(liu)速(亦即體積流(liu)量)成正比的電(diàn)壓(因此要求被(bei)測的流動液體(ti)具有☂️最低限度(dù)的電💃🏻導率),其感(gǎn)應電壓信号通(tong)過二個與液體(tǐ)直接接📱觸的電(diàn)極檢出,并通過(guò)電纜傳送至放(fàng)大器,然後轉換(huan)成統一輸出信(xìn)🌈号。

　　已(yi)知正常運行時(shí),原轉送循環的(de)設定流量範圍(wéi)爲0～QTL/s(下标1表示主(zhǔ)管,下标2表示支(zhī)管,下标T表示總(zǒng)管),這時對應🐪輸(shu)出㊙️的标準信号(hào)爲4～20mADC,該信号經送(sòng)往DCS(集散控制系(xì)統)運算後,顯示(shi)在操作監視器(qì)上爲0～QTL/s的流量。若(ruo)設計的分流支(zhī)管中的最大流(liu)量Q2和主管的流(liu)量Q1之和🏃🏻爲轉送(song)循環🤟總管最大(da)流量QTL/s,那麽可以(yǐ)通過設定支管(guan)電磁流量計的(de)量程爲0～QTL/s,則其對(dui)應的輸出标準(zhun)信号也爲4～20mADC,經DCS運(yùn)算後,顯示在✔️操(cao)作監視器上的(de)流量範圍還是(shì)0～QTL/s,不影響工藝人(rén)員的正常操作(zuò)(圖♉2)。
3　管路設計及(ji)儀表選型

　　雖然(rán)流量控制閥不(bu)是安裝在并聯(lián)管路的主管上(shang)㊙️,但可參考并聯(lián)管路中的工作(zuò)流量特性:
X=Q全開(kāi)/Qmax
式中:
Q全開———主管(guǎn)控制閥全開時(shí)通過的流量;
Qmax———工(gōng)藝總管流體通(tong)過的最大流量(liang)。
　　假設主管上裝(zhuāng)有一個常全開(kāi)的流量控制閥(fá)。系數X值主要反(fan)映理想流量特(te)性畸變的嚴重(zhong)程度。理想流量(liang)📱特性❓主要是指(zhǐ)閥的前、後壓差(chà)恒定時,流體通(tōng)過閥門的流量(liàng)與開度之間的(de)關系,理想流量(liang)特性主要取決(jué)于閥芯的形狀(zhuang),分爲線性、對數(shu)、快開、抛物💯線四(si)種。目前,該工藝(yì)總管所用流量(liang)控制閥的理想(xiǎng)流量特性是對(duì)🔴數型,因爲這與(yu)轉換器輸出信(xìn)号欲與被控變(bian)量(流量)Q成正比(bǐ)及負荷(産☎️量)變(bian)化有關。當X=1時,即(jí)旁路閥全關,控(kòng)制閥的工作流(liú)量🔞特性與理想(xiǎng)流量特性🤟相同(tóng)。随X值的減小,雖(suī)然控制閥本身(shēn)的流量特性曲(qu)線沒有變化,但(dan)管路系統的可(ke)控比将大大降(jiang)低,洩漏量增大(da);另外,實際系統(tong)總是同時存在(zai)串聯管路阻力(li)的影響,其閥上(shang)壓差随流量的(de)增加而降低,使(shǐ)⭐得系統的可控(kong)比進一步下降(jiàng)🥰。導緻控制閥實(shi)際可調的變化(hua)流量範圍更小(xiǎo)🐉,甚至不起控制(zhì)⭐作用。所以,控制(zhì)閥并聯于管路(lu)🏃‍♀️這種工🧑🏽‍🤝‍🧑🏻作方式(shi)不好(注意:我這(zhè)裏僅是假設,實(shí)際的流量控制(zhì)🐪閥安裝在工藝(yi)總管上)。設計中(zhōng),一般要求😘X值不(bu)應低于0.8,即旁路(lù)流量最多隻能(neng)占總流量的百(bai)分之十✊幾。
　　已知(zhi)工藝總管内徑(jìng)dT爲300mm,正常運行時(shí),轉送循環設定(dìng)的最大㊙️流量QT爲(wèi)260L/s,可求得正常流(liu)速VT。
總管流速:

  考(kao)慮到目前工藝(yì)生産能力才達(da)到80%左右,還有預(yù)期擴大生産等(děng)因素,故假設今(jin)後正常運行時(shí),分流支管最大(dà)流🏃🏻‍♂️量Q2爲5L/s,流速V2爲(wei)3m/s,那麽支管管路(lu)設計尺寸爲:

　　選(xuǎn)用直徑爲58×4.0mm的無(wu)縫鋼管作爲支(zhī)管管路。參考有(yǒu)關電磁流量計(ji)選型設計資料(liào),最後選用分體(ti)式電磁流量計(ji),傳感器型号爲(wei)AE205G-CS2-ESJ/ECG(DN50PN25Tmax=180℃陶瓷襯裏),采用(yòng)如圖3的分流支(zhī)管測🌈量流量。
4　核(hé)定量程
　　由于電(diàn)磁流量轉換器(qi)的量程适應範(fàn)圍廣,新工程剛(gang)上馬,流速處于(yu)較低的狀态,當(dāng)後期工程上去(qu)後🏒,管内流速㊙️就(jiu)處于較🤞高狀态(tài),隻要在現場更(geng)改儀表的滿量(liàng)程就能适應,不(bú)💃需要更換儀表(biǎo)。因此,要設定支(zhī)管電磁流量計(jì)的量程,必須知(zhī)道經過支管的(de)流📧速V2,而V2爲未知(zhi),但我們知道,并(bìng)聯管路除遵循(xún)質量守衡、能量(liàng)守衡的原則外(wài),還受各支管的(de)流動阻力(内摩(mó)擦力)必🈲相等這(zhè)一條件的約束(shu),即:
∑hf1=∑hf2=…=∑hfn=∑hf (1)
　　因此,主管及(ji)支管中的摩擦(cā)阻力必須服從(cong)式(1)的規🐪律,即:
∑hf1=∑hf2或(huò)

式中:
hf———1kg流體流動(dong)時爲克服摩擦(cā)阻力而損失的(de)能量,J/kg;
L、Le———直管的長(zhǎng)度及管件的當(dang)量長度,m;
V———速度,m/s;
d———圓(yuán)管内徑,m;
λ———摩擦系(xì)數,無因次。
　　已知(zhi)主管内徑d1爲300mm的(de)鋼管輸送156℃的蒸(zheng)煮液,在3000mm長的一(yi)段♉主管🌈路☁️上并(bìng)聯了一根内徑(jing)d2爲50mm的鋼管,其上(shang)裝有電磁流量(liàng)計,45°彎頭2個(選用(yòng)45°彎頭的目的是(shì)避免主管流速(su)太高時,支管産(chan)生逆向環⭐流;或(huo)主管流速太低(dī)時,支管可能沒(méi)有流量),切斷閥(fa)2個(設置手動旁(pang)路切⭕斷閥的主(zhǔ)要目的在于當(dang)電磁流量計發(fa)生故障時切斷(duàn)旁路,便于檢修(xiū),保證工藝♉過程(cheng)繼續進行)。管道(dào)中輸送的蒸煮(zhǔ)液(大部分☀️爲循(xun)環利用的稀黑(hei)液),經化驗得知(zhi),其密度ρ爲1088kg/m3,粘度(du)μ爲0.003Pa·s。
根據質量守(shǒu)衡定律QT=Q1+Q2,則
總流(liu)量:QT=(π/4)d12v1+(π/4)d22v2
260×10-3=(3.14/4)×0.32v1+(3.14/4)×0.052v
支管内流速(su):v2=132.48-36v1(3)

　　取管壁(bì)粗糙度ε1=0.3mm(舊管),ε2=0.1mm(新(xīn)管),故由相對粗(cu)糙度ε/d及雷諾準(zhǔn)數Re即可🎯查出λ,但(dàn)查λ時又要有v的(de)數值,故無法查(cha)λ值,此時可以采(cǎi)用試差計算法(fǎ):根據實踐經驗(yan),在管道常用的(de)🧡速度範圍,假設(she)一個合适的流(liú)速,從而可以算(suàn)出Re值,然後從摩(mo)擦❌系數與Re數💞及(jí)相對粗糙度間(jian)的關系圖中查(chá)出λ,用式(2)計算∑hf,先(xian)算出∑hf2作爲參照(zhao)值,最後根據式(shi)(3)及式(2)求算∑hf1,若算(suan)出∑hf1=∑hf2,則說明所設(shè)的v值合适,否則(ze)再另設v值,重複(fú)上述計算,直至(zhi)算出的∑hf1=∑hf2爲止。
假(jiǎ)設v2=0.32m/s,由式(3)算出
v1=(132.48-v2)/36=3.67(m/s)
根(gēn)據Re=dvρ/μ,求得:
Re1=(0.3×3.67×1088)÷0.003=399296
Re2=(0.05×0.32×1088)÷0.003=5803
主管、支(zhi)管的相對粗糙(cāo)度爲:
ε1/d1=0.3/300=0.001
ε2/d2=0.1/50=0.002
由此,查得(de)λ1=0.0206,λ2=0.0386。
　　下步計算閥門(mén)、管件的當量長(zhǎng)度。因主管、支管(guǎn)的Re值均大于4000,流(liu)型均屬于湍流(liú),可從管件與閥(fa)門的阻力系數(shu)💔與當量長度數(shu)據表🐆中查得:
45°彎(wan)頭　　0.85m
全開截止閥(fa)　15m
總當量長度　∑Lei=0.85×2+15×2=31.7(m)
直(zhi)管長度　3m
傳感器(qì)測量管阻力系(xi)數　ξ2=0.02(廠家提供),因(yin)此:

=1.39(J/kg)
　　由計算結果(guo)知,∑hf1≈∑hf2,所以選用支(zhi)管流速v2=0.32m/s是合适(shì)的。
根據Q=(π÷4)d2v,求得:支(zhi)管流量:
Q2=(3.14÷4)×0.052×0.32×1000=0.628(L/s)
所以,支(zhī)管流量的量程(cheng)應設爲0～0.628L/s。
　　最後,通(tōng)過對不同産量(liàng)下流量控制的(de)比對,監視器🚩顯(xian)示的流量與實(shí)際流量變化趨(qū)勢一緻,這說明(míng)了對支管流量(liang)量程的核定是(shì)比較理想的。
5　保(bǎo)護措施
　　爲了延(yan)長電磁流量計(jì)的使用壽命,把(bǎ)分流支管中流(liú)體的溫度降低(dī)20～30℃,這雖然會引起(qǐ)流體粘度和密(mì)度的一定變化(huà),對流速産生影(yǐng)響,但這個影響(xiang)很小,在實際流(liú)量測量中可以(yǐ)忽略。降溫後的(de)流體彙入總管(guǎn)時,對工藝參數(shu)的影響也可✔️以(yǐ)忽略。支管中流(liu)體♍溫度降低20～30℃,這(zhe)對電磁流量🐉計(ji)來說,其工作環(huan)境大大改善。在(zài)安裝電磁流量(liang)計時,在前直管(guǎn)段上套上一✌️根(gen)直徑100mm的管子,制(zhi)成單程📱套管式(shi)換熱器(圖3),使電(dian)磁流量計的使(shi)用壽命⛷️得到延(yán)長。
6　結束語
　　由于(yú)進口設備、表計(ji)價格昂貴,到貨(huò)周期長。從價格(gé)上考慮對于大(dà)口徑電磁流量(liàng)計,口徑越大,價(jia)格越高。而采用(yong)小口徑、陶瓷襯(chen)裏的電磁流量(liàng)計,不僅可以使(shi)儀表運行在較(jiào)好的工作狀态(tài)下,還可降低儀(yi)🏃🏻表的投資費用(yong)。

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