摘要:随着現(xian)代工業自動(dong)化生産工藝(yi)對管道流體(ti)測📐量穩定👈性(xìng)和精準性提(ti)出的的要求(qiú),一種新型多(duō)孔平衡流量(liang)計 應運而生(shēng),文章介紹多(duo)孔平衡流量(liang)計的工作原(yuán)理,通過對🧑🏽‍🤝‍🧑🏻流(liú)量🤟計在鹽行(hang)業使用過程(chéng)中發生的兩(liang)起案例深刻(kè)😘分析,闡明選(xuǎn)用平衡流量(liang)計需注意的(de)事項,爲同行(hang)業相同工藝(yì)制定運行指(zhǐ)導數據、開展(zhan)設備維修提(ti)供借鑒參考(kao)。
1引言
　　随着現(xian)代工業自動(dong)化生産工藝(yì)對管道流體(ti)測量㊙️穩定性(xing)和精準性提(tí)出的更高要(yao)求，一種新型(xíng)多孔平衡👅流(liú)量計應運而(er)生，它由美國(guo)航空航天局(jú)馬歇爾航空(kōng)飛行中心設(she)計。作爲第三(san)代節流裝置(zhì),多孔🌍平衡流(liu)量計簡稱平(píng)🤟衡流量計,它(ta)将流體測量(liàng)精度、重複性(xìng)、可靠✏️性推到(dào)了一🔞個前所(suo)未有的高度(dù),廣泛應用于(yú)石油、化工、冶(ye)金、電力、天然(ran)氣、水處理等(děng)行業。多孔平(píng)衡流量計設(she)備性能良好(hao),但在設計選(xuan)型及設備安(an)裝時需注意(yi)細節處理，否(fǒu)則影💰響性能(neng)發揮。
2多孔平(ping)衡流量計的(de)工作原理
　　多(duō)孔平衡流量(liang)計是一種差(chà)壓式測量儀(yí)表,其工作原(yuan)理與💋其他差(chà)壓流量計--樣(yang),都是基于密(mì)封管道中的(de)能量轉換原(yuán)🙇‍♀️理。在理想🤟流(liú)體的情況下(xià)管道中的流(liú)量與差壓的(de)平方根成正(zheng)比,再用測量(liàng)出的差壓🌈代(dài)人伯努利方(fāng)程即可計算(suàn)出管道中的(de)🔞流量,如圖1所(suo)示。
 
　　節流器原(yuán)理是在常規(gui)的孔闆節流(liu)闆中心一個(ge)圓孔的基礎(chu)❤️上結合多孔(kong)節流器的特(tè)點,組成對稱(chēng)分布擁有數(shù)量不等的函(hán)數孔，當介質(zhì)流過圓孔時(shi),流體被平✏️衡(heng)調整，渦流被(bei)最小化，形成(cheng)近似理想流(liu)體，通過取壓(ya)裝置和變🌐送(sòng)器,可獲得穩(wen)定的差壓信(xìn)号㊙️,如圖2所示(shì)。
 
　　将測得的差(cha)壓信号代人(ren)以下簡易公(gong)式,即可測算(suan)出理想🛀狀态(tai)下被測流體(ti)流量;
 
式中:
qm一(yī)介質流量(kg/h);
K一(yī)儀表常數;
Ɛ一(yī)流體流束膨(peng)脹系數;
△P一所(suo)測差壓值;
ρ一(yī)介質密度(kg/m3)。
　　多(duō)孔平衡流量(liang)計實現了流(liu)場平衡整流(liu)最佳效果✌️,将(jiang)測量常規中(zhōng)的死區效應(ying)降到最低，節(jiē)流件前後産(chan)生的渦流也(ye)有較大程度(du)降低。在測量(liàng)理想狀态下(xia)的流體時,對(duì)直管段的要(yao)求😍也大大降(jiang)低,雜物滞⭕留(liú)現象基本消(xiao)除。永久壓力(li)損失由于渦(wō)流減少降🌈低(dī)爲常規節流(liu)裝置的1/3,量㊙️程(cheng)比擴展到10:1。它(tā)采用的無銳(ruì)角設計，提高(gao)了産品使用(yòng)壽命。
　　多孔平(ping)衡流量計的(de)優異表現，獲(huò)得大家的一(yī)緻認💜可并🚩在(zai)🚶‍♀️工業💰領域得(de)到廣泛應用(yòng)。但是,在實際(jì)使用過程中(zhōng)，也🙇🏻會遇到一(yī)些問題造成(chéng)測量數據異(yi)常，影響工藝(yì)操作。下面就(jiù)實際應用中(zhong)的兩起多孔(kǒng)平衡流量計(jì)運行異常情(qing)況進行分析(xi)。
3多孔平衡流(liu)量計應用中(zhōng)測量異常的(de)案例分析
3.1案(àn)例一
　　新建鹽(yan)鈣聯産項目(mu)2020年投人試生(sheng)産，鹽鈣生産(chǎn)工藝分爲NaCl與(yu)2H2O.CaCl2兩個産品生(sheng)産系統,均沿(yan)用傳統的蒸(zheng)發制鹽工藝(yi)。該套工藝裝(zhuāng)置采用多孔(kong)平衡流量計(jì)(3台)測量低壓(yā)⛱️蒸汽進❓汽量(liàng),正常運行時(shi),理論.上蒸汽(qi)流量應滿足(zú)A=B+C。其中A流量計(jì)爲總管進汽(qì)流量計;B流量(liàng)計與✍️圖中控(kòng)制閥之間有(yǒu)一套🐇自動控(kong)制調節氣量(liàng)閉環程序,定(ding)量控制☁️調節(jiē)系統進汽量(liang)用以實現供(gong)氣的💋穩定性(xìng);C流量計出口(kou)設計有一台(tai)開關閥,閥門(mén)設有中㊙️停功(gong)能,運行時固(gù)定開度使用(yong)。A、B流量計🏃‍♂️口徑(jìng)與現場低壓(ya)主🙇‍♀️蒸汽管道(dao)口徑同爲DN800,流(liú)量計型号爲(wei)MBF4(非貿易型)。
由(yóu)于試生産階(jie)段2H2O.CaCl2生産系統(tong)暫未開啓,C流(liu)量計狀态爲(wei)0,理🈚論.上流經(jing)A、B的蒸汽流量(liang)數據應保持(chi)一緻。但實際(jì)上A與B兩🧑🏾‍🤝‍🧑🏼台流(liú)量計所測量(liang)數據并不一(yī)緻,流量無規(gui)律性💛波動,極(jí)不穩定,B流量(liang)計的閉環程(cheng)序由于數據(jù)波動過📞大無(wú)法投入運行(háng)。由于鹽鈣項(xiang)目屬全國首(shǒu)套(石膏晶種(zhǒng))2H2O.CaCl2生産裝置,在(zài)國内還沒有(you)可以借鑒💔的(de)經驗,能源✂️消(xiāo)耗的準确度(dù)對指導運行(háng)生産💋就顯得(de)十分重要，盡(jin)快解決問題(tí)已迫在眉睫(jie)。
3.1.1設備現場及(jí)故障現象.
　　 多(duō)孔平衡流量(liang)計的管道介(jiè)質蒸汽來自(zi)動力車間分(fen)氣🏃🏻‍♂️缸♊(如圖3所(suo)示),主管道經(jing)過沿路8m高的(de)支架爬升至(zhi)車間廠房30m高(gāo)㊙️的樓頂,再由(you)樓頂直管段(duàn)引入NaCl與2H2O.CaCl2各系(xi)統。經查驗流(liú)量計安裝嚴(yán)格按照設計(ji)院的設計要(yao)求，滿足直管(guan)段前3DN後1DN的距(ju)離♊要求。
 
　　 流體(ti)檢測是采用(yong)一體式非貿(mào)易型多孔平(píng)衡流量計,通(tōng)過差壓信号(hào)進人DCS系統程(chéng)序搭建的數(shù)學公式💛中計(jì)算,原✌️則上A與(yǔ)B兩台流量計(ji)的測量結果(guo)應完全相等(deng)。而實際系統(tong)試運行中,随(suí)着流量計管(guǎn)路上調節閥(fá)的開關動作(zuò),兩台流量計(ji)測量數據會(hui)出現不規律(lǜ)的變化。檢測(cè)記錄所顯示(shì)的流量與動(dong)力車間分氣(qi)缸出口流✌️量(liang)數據也存在(zài)較大差異。
3.1.2産(chǎn)生異常的原(yuán)因分析及解(jie)決方案
　　 鹽鈣(gài)項目DCS控制系(xì)統采用和利(lì)時的MACS6.5系統，蒸(zheng)汽流量🌈采📧用(yong)qm=Kε√AP/ρ計算。經過分(fèn)析,溫壓補償(cháng)不足是導緻(zhi)測量不穩定(dìng)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼的原因之一(yi)。現🔞場工況壓(yā)力爲0.5MPa,介質溫(wen)度爲150℃左右。設(shè)計時未考慮(lü)采集溫度和(he)壓力信✍️号且(qie)管道上也未(wei)安裝溫度和(hé)壓力的采集(ji)裝置。現場在(zài)管道.上采用(yong)新增壓力變(biàn)送器和熱電(diàn)阻,安裝原則(zé)是前溫後壓(ya)，然後通過系(xi)統内所配備(bèi)的計算模塊(kuài):(STEAMCOMP水蒸氣流量(liàng)補償、理想氣(qì)體流量❄️補償(chang))将采🤞集到的(de)新的壓力溫(wēn)度信号與流(liu)量計自身的(de)差壓信号一(yī)并引人,進行(háng)溫壓補償。結(jié)果顯示,測量(liàng)數據變化呈(cheng)現一-定的規(gui)律性,但不穩(wěn)定性依🏃🏻‍♂️然存(cún)在。調整未取(qu)得預想的效(xiào)果。通過DCS系統(tong)自帶計算模(mo)塊同時引人(rén)溫壓補🚩償信(xin)号所搭建的(de)數學模型也(ye)無法正确測(ce)量流量;
 
式中(zhōng):
qm一質量流量(liàng),kg/h;
C一流出系數(shù);
β一-管徑比;
Ɛ一(yī)被測介質可(kě)膨脹系數;
d-孔(kong)闆開孔直徑(jing),m;
△P一差壓，Pa;
ρ一工(gong)作狀态下介(jiè)質密度，kg/m3。
　　将式(shì)(2)中所有系數(shù)當作常數後(hòu)的簡化得(1)式(shi)(Qm=Kε√AP/ρ),由于儀表系(xi)數K不一💋定是(shì)一個不變常(chang)數,積算儀通(tōng)過将K值💜設置(zhì)🌏最多分成8段(duan)進行分斷計(ji)算，用來提高(gāo)測量數🚶‍♀️據的(de)精度。
　　待設備(bei)安裝到位投(tou)人使用後，所(suǒ)測蒸汽流量(liàng)開始♻️出現💜以(yǐ)下三種比較(jiào)有規律性的(de)波動。
3.1.2.1當閥門(mén)開度在14%左右(you)時，管道流量(liàng)約在90t/h時，上述(shu)兩台流量計(ji)的流量能達(da)到一-緻,此時(shí)管道内介質(zhi)流通量似乎(hu)達到相對的(de)🌍平衡狀态。
3.1.2.2當(dang)調節閥開度(dù)從14%開始增加(jiā)時,理論上兩(liǎng)台流量計的(de)流量應♈同比(bi)例增大流量(liàng)數據，但是現(xian)場卻出現A流(liú)量計流量增(zeng)加量要略低(dī)于B流量計。
3.1.2.3當(dang)調節閥開度(dù)從14%開始減少(shao)時，理論上兩(liang)台流量計♍的(de)流量因同步(bu)降低,但是此(ci)時A流量計的(de)流量明顯增(zeng)高較大,隻有(you)B流量🙇🏻計的流(liú)量減少。
3.1.3原因(yīn)剖析及技術(shu)改造
現象一(yī):由于調節閥(fa)安裝在兩台(tai)流量計中間(jiān)，當調節閥在(zai)14%的時候,A流量(liang)計的工作壓(ya)力在正常工(gong)況範圍的0.4MPa,通(tōng)過新增🏃‍♀️的壓(yā)力變送器所(suǒ)測數據顯示(shì)，此時流量計(jì)B的工作壓力(li)由于閥[]變徑(jìng)的阻礙作用(yòng),實際工作壓(yā)力隻有0.16MPa。但是(shì)B流量計的設(she)計額定🈲工況(kuàng)壓力也是0.4MPa。此(ci)時實際上B一(yī)直未能達到(dào)自身額定工(gong)況，雖然測量(liang)出一個數據(ju)剛好和A達💰到(dào)一緻,通過經(jing)驗判斷可能(néng)是巧合。
現象(xiang)二:當閥門]從(cong)14%開至17~19%時,由于(yu)閥廣開度的(de)增加,閥門]後(hou)端📞B流量計的(de)蒸汽總管壓(yā)力升高較爲(wei)明顯,達到了(le)0.25MPa。由于B流量計(jì)此時的工況(kuàng)壓力變化很(hen)大，幾乎翻倍(bei),所以此時B流(liu)量計✉️測量數(shù)據增幅也很(hěn)大。而A流量計(ji)由于一直處(chù)在額定工況(kuàng),且壓力變化(hua)不大，所👌以A流(liú)量計增幅不(bú)大。
現象三:當(dāng)閥門從14%關至(zhì)9%時,由于閥門(mén)開度減少,閥(fa)廣]後蒸汽總(zong)管壓力下降(jiang)至0.09MPa左右，B流量(liàng)計此時工況(kuàng)已🛀經低至根(gēn)本無🔴法正常(cháng)測量數據的(de)地步,反而A流(liú)量計由于受(shou)到閥✊[]關閉影(yǐng)響,A流量計蒸(zhēng)汽總管壓力(lì)上升較爲明(ming)顯，已經升✨至(zhì)0.458MPa。此時蒸汽流(liu)通平衡被打(da)破，原本可通(tong)過的蒸汽受(shòu)到閥門開度(du)減小的影響(xiang)受阻,在閥門(men)與A流量計之(zhī)間形成🐕渦流(liú)，受渦流影📧響(xiang),已計量過的(de)蒸汽在流量(liàng)計上反複流(liu)👄通再次計量(liang),造成了A流量(liang)計流量數據(jù)大幅增加。
通(tong)過三種現象(xiàng)的分析,問題(ti)根源均與流(liú)量計中間安(an)裝的調節閥(fá)有關。工程技(ji)術部門]提出(chu)技改意見:重(zhòng)新定位調節(jie)閥本體和流(liu)量計的安裝(zhuāng)位置,同時增(zeng)加流量測量(liàng)點的壓力與(yǔ)溫度檢測。
　　通(tong)過現場踏勘(kān)确定,将調節(jiē)閥從30m高的樓(lóu)頂移至21m高，與(yu)✔️溫🙇🏻度、壓力、流(liu)量表計重新(xīn)定位安裝(如(ru)圖4所示),消除(chú)調節閥開啓(qǐ)對管道壓力(li)的影響。改造(zao)後試運行生(sheng)産,觀察新裝(zhuang)壓力變送器(qì)的數據顯示(shi)，可确定兩台(tái)流量計所處(chù)的管道内的(de)壓力均爲額(e)定工作壓力(lì),無論調節閥(fa)如何調節,兩(liang)台流量計🔴的(de)管道壓力🌏都(dōu)在同步變化(huà)中。多孔平衡(heng)流量計投人(ren)試使用後,流(liu)量數據不受(shòu)閥廣]調節♊影(yǐng)響,A和B流量計(ji)測量保持✏️一(yī)緻,工藝穩定(ding),問題得到徹(che)底解決。
 
3.2案例(lì)二
　　二次冷凝(ning)水回收工程(cheng)屬鹽鈣項目(mu)輔助工程，用(yòng)以回🔅收鹽系(xì)統一次、二次(ci)蒸汽冷凝水(shui)循環利用。在(zai)該工藝系統(tong)🏃🏻‍♂️管道上安裝(zhuāng)的多孔平衡(héng)流量計，與案(àn)例一出現了(le)相似的故障(zhang)，測量數據無(wu)規律變化且(qiě)不準确。
3.2.1設備(bèi)現場及故障(zhàng)現象
　　如圖5所(suo)示，在冷凝水(shuǐ)U型管低點設(she)計安裝了一(yi)台多孔平衡(héng)流量🐆計，用于(yú)測量管道回(hui)收的冷凝水(shui)量。安裝至U型(xing)管的低點，理(li)論上是最佳(jia)測量位置，原(yuan)則上🔱也滿足(zú)多孔平衡流(liú)量計所要🎯求(qiu)的安裝直管(guǎn)尺寸。但在使(shi)用過程中頻(pin)👄繁出現數據(jù)測量不準，數(shù)據時❌有時無(wú)現象🏃。
 
3.2.2産生異(yì)常原因分析(xi)及解決方案(àn)
　　此工程按照(zhao)設計要求，鹽(yan)鈣系統蒸汽(qi)用量爲120t/h，滿負(fu)荷生産時冷(leng)凝水出水率(lü)應爲70%左右，回(hui)收流量約爲(wei)80t/h。此冷⛱️凝水回(hui)收管管徑爲(wei)DN250，當水從高處(chù)管流向U型管(guǎn)段時，理㊙️論上(shàng)水流經U型管(guǎn)低點管段應(ying)該是滿管狀(zhuàng)态，故流量計(jì)安裝位🍉置符(fú)合要求。
　　因系(xi)統處于試生(sheng)産期間，鹽鈣(gai)蒸汽使用量(liang)僅爲40t/h左‼️右，産(chan)生的冷凝水(shuǐ)量也不穩定(dìng)，冷凝水泵經(jīng)常出現泵不(bú)上水的情況(kuang)。從🈚泵到🏃🏻‍♂️流量(liàng)計之間有300m左(zuǒ)右的管🏃道，且(qiě)大部分管道(dao)在6m高🙇‍♀️管架上(shàng)🌈，泵水輸送存(cun)在間歇，會在(zai)管道💯内形成(cheng)較大的沖擊(jī)👈震蕩。由于♍水(shuǐ)流量不足導(dǎo)緻從6m的管架(jià)高處向低處(chu)流時的自由(yóu)落體速💘度大(da)于此時🔞管道(dao)内水的流速(su)，在U型管内形(xíng)成氣泡，當氣(qì)泡流經垂直(zhi)📧安裝的流量(liang)計差壓取壓(yā)孔處，導緻所(suo)測差壓連續(xu)被中斷。參考(kao)公式；Qm=Kɛ√ΔP/ρ，由于‼️K、ρ、ɛ都(dōu)是常數，差壓(ya)ΔP成爲了流量(liàng)測量的重要(yao)決定性參數(shù)。
　　通過對工藝(yi)現場認真分(fen)析得出，理論(lùn)上該U型管的(de)最低🥵段都是(shì)滿管狀态，但(dan)是當工藝生(sheng)産在非滿負(fu)荷或更低的(de)生産狀态時(shí)，氣泡現象就(jiu)在所難免。爲(wei)了将氣泡因(yin)素影響降⁉️至(zhi)最低，工程技(jì)🌈術部門提出(chu)改變多孔平(píng)衡流量計的(de)安裝方式，安(ān)裝位置不變(biàn)📧，但取壓口及(ji)冷凝水罐從(cóng)水平安裝調(diao)🈲整爲斜向下(xià)45°安裝。改造後(hòu)使用效果顯(xian)示，流⭕量測量(liàng)數據穩定且(qiě)有規律的變(bian)化，運行數月(yuè)未見異常✨狀(zhuàng)況發生。
4應用(yong)案例分析總(zong)結
　　結合以上(shang)兩個案例的(de)分析技改，可(kě)以看出多孔(kǒng)平衡流量計(ji)設備性能的(de)良好發揮與(yu)諸多因素相(xiàng)關，在實際應(yīng)用中，我們要(yao)綜合考慮、全(quan)面衡量，将影(ying)響因素降至(zhi)最低。
4.1充分考(kǎo)慮安裝位置(zhì)選擇對流量(liang)測量的影響(xiang)
　　當測量介質(zhi)爲蒸汽或水(shui)時，要考慮管(guan)道長度、管道(dào)👈壓力及管道(dào)内流體雜質(zhi)的影響，安裝(zhuāng)方式首選斜(xié)向下45°角度。在(zai)測量蒸汽介(jie)❤️質流量時，溫(wen)壓補償的投(tóu)用、管道額定(dìng)壓力的确保(bao)、疏水閥的安(an)裝均有助于(yu)流量測量的(de)穩定精準。同(tóng)時，U型管的氣(qì)泡🔴渦流需充(chōng)分考慮，從使(shi)用經驗來看(kàn)👅，U型管中的垂(chui)直下降管和(hé)低點位直管(guǎn)均不是安裝(zhuang)位置，而上升(sheng)管段或者斜(xie)管段在管壓(yā)作用下，可産(chǎn)生更好的測(ce)量穩定效果(guo)。
4.2充分考慮設(shè)計工藝與實(shí)際工況的差(cha)異影響
　　案例(li)一多孔平衡(heng)流量計所測(cè)數據異常是(shì)由多重因素(sù)導☎️緻，筆者通(tōng)過長時間現(xian)場觀察、比對(duì)實測數據，提(ti)出了解決🛀問(wèn)題的辦法。考(kǎo)慮到算式2中(zhōng)的大部分常(chang)數都是廠家(jiā)特定的，設備(bei)出廠都進行(háng)過數據校驗(yàn)，而實際工況(kuàng)中大多數被(bei)🎯測流體并不(bú)是理想狀态(tai)中的流體，應(yīng)用在測☎️量蒸(zhēng)汽流量時受(shòu)外界幹㊙️擾影(ying)響的因素比(bǐ)較大。所以，筆(bǐ)者認爲，設計(ji)此類流量計(jì)時，應🍉充分考(kao)慮工藝📞管道(dào)的應❄️用狀況(kuàng)、管道介質特(te)性對設計進(jìn)行☁️優化。如案(àn)例一中設計(ji)提供的非貿(mao)易型流量計(jì)、進汽💘調節閥(fa)♍的安裝位置(zhì)、溫壓補💋償的(de)缺項均不利(li)于實際生産(chǎn)，需對比實🈲際(jì)運行進行調(diao)整。
5結束語
　　多(duo)孔平衡流量(liang)計相較于傳(chuán)統節流裝置(zhi)有着無可🥰比(bǐ)拟的優點，多(duo)個函數孔徑(jing)的設計能最(zui)大限度地将(jiāng)流場平衡整(zheng)流成理想流(liu)體，從而充分(fen)發揮差壓式(shi)流量計的優(yōu)🙇‍♀️勢。多孔平衡(héng)流量計因其(qi)獨特的性🍓能(neng)、較高的穩定(ding)性和測量精(jing)度❤️，以及較強(qiáng)的适應性，廣(guǎng)泛适用于📞多(duo)種工藝場合(hé)。

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