摘要(yao):針對
靶式(shi)流量計
和(he)
渦街式流(liu)量計
在測(ce)量硬水流(liu)量的過程(cheng)中經常出(chu)現測量值(zhi)不準确的(de)現象進行(hang)研究。根據(ju)硬水在流(liu)動過程中(zhong)結垢😄的特(te)☀️點,從流量(liang)計
的取壓(ya)方式和測(ce)量方式兩(liang)方面進行(hang)綜合分析(xi),查找問題(ti)出現的原(yuan)因,通過分(fen)析讨論最(zui)終選擇了(le)彎管式取(qu)壓⁉️方式,采(cai)用了彎管(guan)流量計。在(zai)生産過程(cheng)中,彎管流(liu)量計有效(xiao)地解⭐決了(le)靶式流量(liang)計和渦街(jie)式流量計(ji)在🌍測量硬(ying)水流量過(guo)程中出現(xian)的問題。
流(liu)量計廣泛(fan)應用于石(shi)油化工生(sheng)産中，貫穿(chuan)于全過程(cheng)中,任何一(yi)個環節都(dou)離不開流(liu)量計量。流(liu)量計測量(liang)不準确影(ying)響各個生(sheng)産環節的(de)産品質量(liang),嚴重的還(hai)會發生生(sheng)産安全事(shi)故。流量🔴計(ji)測量⚽的是(shi)否準确👌與(yu)流量計💘的(de)測量方☔式(shi)和被測介(jie)質的特☎️點(dian)有很大的(de)關系。電脫(tuo)鹽一級注(zhu)水流量計(ji)測量💃🏻範圍(wei)爲0~5T/h。使用介(jie)質爲生産(chan)循環水，水(shui)的溫度在(zai)60~80℃,硬度8~13,屬于(yu)硬水。由于(yu)生産循環(huan)水,水質差(cha),硬度大,在(zai)生産過程(cheng)中易結垢(gou)。在采用靶(ba)式流量計(ji)時，經常出(chu)現測🌈量值(zhi)不準确和(he)不變化的(de)問題，需要(yao)經常維修(xiu)，清理靶片(pian)和靶杆上(shang)的水垢。後(hou)來對改變(bian)了測量方(fang)式,在采用(yong)渦街流🔞量(liang)計時,經常(chang)出現測量(liang)值波🌐動大(da)和回零問(wen)題，需要🐆每(mei)周🈲維修多(duo)次。根據在(zai)生🏃♀️産中出(chu)現的問題(ti),結合硬水(shui)特點和流(liu)量計的測(ce)量方式和(he)取壓✂️方🍉式(shi)進行一🔴一(yi)分析和讨(tao)論。
靶式流(liu)量計
1.1現象(xiang)
在生産測(ce)量過程中(zhong),采用了靶(ba)式流量計(ji)。工藝反映(ying)🌈其測🏃♂️量值(zhi)不❗準确,出(chu)現偏高或(huo)偏低以及(ji)不動彈的(de)現象。對的(de)電路模塊(kuai)、FIV1101的開度和(he)泵的出口(kou)壓力進行(hang)檢查,均屬(shu)正常。拆卸(xie),發🧡現靶片(pian)和反饋👌杆(gan)上,結有一(yi)層水垢,并(bing)且反饋杆(gan)的彈性較(jiao)差。這些水(shui)垢對靶式(shi)👨❤️👨流量計有(you)那✨些影響(xiang)呢?首先看(kan)其測量⁉️原(yuan)理和結構(gou)❓，
1.2測量原理(li)和結構
當(dang)介質在測(ce)量管道中(zhong)流動時,因(yin)其自身的(de)動能通過(guo)阻流元件(jian)(靶片和杠(gang)杆3)時而産(chan)生的壓差(cha),并對阻流(liu)元🍓件有一(yi)作用力F1如(ru)圖1所示凹(ao)，其作用力(li)的大小與(yu)介質流速(su)的平方成(cheng)正比,其👨❤️👨數(shu)學公式表(biao)達如下:
式(shi)中:F1爲阻流(liu)元件所受(shou)的作用力(li)(Kg);Cj爲物體阻(zu)力.系數;A爲(wei)阻☁️流元件(jian)的軸向投(tou)影面積(mm2);p爲(wei)工況下介(jie)質.密度(Kg/m3);V爲(wei)介✌️質在測(ce)量管中的(de)平✨均流速(su)(m/s)。
阻流件(靶(ba)片)接受的(de)作用力F作(zuo)用在杠杆(gan)3(反饋杆)上(shang),杠杆3在F的(de)作用下,以(yi)軸封膜片(pian)爲支點(軸(zhou)封膜片一(yi)方面作爲(wei)♋杠杆的支(zhi)點,另一方(fang)面起密封(feng)作用)将力(li)F1傳給副杆(gan)1,形成力F2副(fu)杆1的另一(yi)端與電容(rong)力傳感器(qi)相連,電容(rong)力傳感器(qi)把副杆1傳(chuan)⭕遞的力F2轉(zhuan)換成毫伏(fu)電壓信号(hao)輸🏃出:
式中(zhong):U爲電容力(li)傳感器輸(shu)出的電壓(ya)(mV);K爲比例常(chang)數;F爲阻流(liu)🌐元件(靶片(pian))所受的作(zuo)用力(Kg)。
由此(ci),電壓信号(hao)經前置放(fang)大、A/D轉換、微(wei)處理器、D/A轉(zhuan)換器等🈲電(dian)⛱️路,輸出4~20mA開(kai)方電流模(mo)拟信号及(ji)HART數字信号(hao),即可🈲得到(dao)相應的瞬(shun)時流💚量和(he)累積總量(liang)。
1.3分析故障(zhang)産生的原(yuan)因
1)當水垢(gou)結在靶片(pian)上,使靶片(pian)面積A增加(jia),由公式(1)可(ke)知，作用在(zai)靶片上的(de)沖量也随(sui)之增加。在(zai)杠杆1和杠(gang)杆🔆3的傳遞(di)下,作用在(zai)電🏒容力傳(chuan)感器上的(de)力F2增加,由(you)公式(2)可知(zhi),電容力傳(chuan)感器輸出(chu)的電壓信(xin)🈚号增加,造(zao)成測量值(zhi)比🐅真實.值(zhi)偏🚶♀️高。
2)當水(shui)垢結在杠(gang)杆3上,使杠(gang)杆3的直徑(jing)增加,造成(cheng)杠杆3與軸(zhou)封👅膜片之(zhi)間産生應(ying)力F3。F經過杠(gang)杆1傳遞給(gei)電容.力傳(chuan)✨感器上,因(yin)此,F=F1+F3。随着F的(de)方向變化(hua),造成F2增大(da)或減小，使(shi)電💋容力傳(chuan)感器輸出(chu)的電壓信(xin)号♻️增大或(huo)減小✏️,導緻(zhi)測量值比(bi)真實🔞值偏(pian)高或偏低(di)。
3)随着水垢(gou)結在杠杆(gan)3上的厚度(du)達到一定(ding)程度後,使(shi)杠🥰杆🏃3與軸(zhou)🥰封膜片之(zhi)間包死,杠(gang)杆3失去了(le)彈性,軸封(feng)膜片失去(qu)了支點作(zuo)用,F的大小(xiao)已不能通(tong)過杠杆1和(he)3傳遞給㊙️電(dian)容.力傳感(gan)器,而F2的大(da)🎯小保持不(bu)變,因此,電(dian)容力傳感(gan)器輸出的(de)🐕電壓信号(hao)💁不變,造成(cheng)測量值不(bu)動彈的假(jia)現象。
2渦街(jie)流量計
2.1現(xian)象
在采用(yong)靶式流量(liang)計測量硬(ying)水流量的(de)過程中,因(yin)硬水結垢(gou)☔影響了力(li)的傳遞,導(dao)緻測量不(bu)正确,所以(yi)需要改變(bian)流量計的(de)測🐅量方式(shi),選擇了測(ce)量流體頻(pin)率的流量(liang)計一渦街(jie)流量計。采(cai)用了渦街(jie)⭐式流量計(ji),在投入使(shi)用的一個(ge)月👌内,其運(yun)行穩定,反(fan)映靈敏,測(ce)量正确。随(sui)後，出現測(ce)量指示📧值(zhi)不正确,閃(shan)動頻率大(da),并且跳動(dong)的指示植(zhi)越來越小(xiao)，直至爲零(ling)。檢查電路(lu)模塊、FIV1101的開(kai)度和泵的(de)❗出口壓力(li)，均屬正常(chang)。推測的傳(chuan)感器👄出現(xian)了問題，拆(chai)卸🐆,發現滞(zhi)流元件上(shang)結👨❤️👨有一層(ceng)水垢,滞流(liu)元👅件與底(di)座之間包(bao)死。
2.2測量原(yuan)理和結構(gou)
渦街流量(liang)計是應用(yong)流體振蕩(dang)原理來測(ce)量流量的(de)流體在管(guan)道中經過(guo)渦街流量(liang)變送器時(shi),在三角柱(zhu)🔞的旋渦發(fa)生體後上(shang)下交👅替産(chan)生正比于(yu)流速的兩(liang)👌列旋渦,如(ru)圖2所示囚(qiu)，旋渦的釋(shi)放頻率與(yu)流過旋渦(wo)發生體的(de)流體平均(jun)速度及旋(xuan)渦發生體(ti)特征寬度(du)有關,可用(yong)數學公式(shi)四表示:
式(shi)中:爲旋渦(wo)的釋放頻(pin)率(Hz);爲流過(guo)旋渦發生(sheng)體的.流體(ti)🆚平均㊙️速度(du)(m/s);d爲旋渦發(fa)生體特征(zheng)寬度(m);S,爲斯(si)特羅哈數(shu),無量綱,它(ta)的數值範(fan)圍爲0.14~0.27。S,是雷(lei)諾數的函(han)數,s1=(IRe)。
當雷諾(nuo)數R。在102~105範圍(wei)内,S,值約爲(wei)0.2，因此,在測(ce)量中,要盡(jin)量滿足流(liu)體🌍的雷諾(nuo)數在102~105,旋渦(wo)頻率=0.2V/d。
由此(ci)可知,通過(guo)測量旋渦(wo)頻率就可(ke)以計算出(chu)流過旋渦(wo)發生🌈體的(de)流體平均(jun)速度v,再由(you)式q=A可以求(qiu)出流量q,其(qi)中A爲流體(ti)流過旋渦(wo)發生體的(de)截面積。
當(dang)旋渦在滞(zhi)流元件兩(liang)側産生時(shi),利用壓電(dian)傳感器測(ce)🌈出與流體(ti)流向垂直(zhi)的交變升(sheng)力變化,将(jiang)升力的變(bian)化轉換爲(wei)電的頻🤩率(lü)信🐅号,再将(jiang)頻率信号(hao)進行放大(da)和整形，輸(shu)出到二次(ci)🔞儀表,進.行(hang)累積、顯示(shi)團。
2.3分析故(gu)障産生的(de)原因
由于(yu)檢測元件(jian)一壓電傳(chuan)感器安裝(zhuang)在滞流元(yuan)件中🐅,當水(shui)垢結在滞(zhi)流元件上(shang)會造成以(yi)下後果:
1)造(zao)成滞流元(yuan)件的寬度(du)d增大,由公(gong)式(3)可知，檢(jian)測元件接(jie)收到渦旋(xuan)列産生的(de)頻率減小(xiao),輸出電壓(ya)信号減小(xiao)，因此測量(liang)指示值比(bi)真實值偏(pian)低。
2)使檢測(ce)元件接收(shou)到渦旋列(lie)産生的頻(pin)率信号減(jian)弱,影響🤞了(le)測👌量信号(hao)的穩定性(xing)和連續性(xing),因此出現(xian)了測量值(zhi)不穩定的(de)現象。
3)随着(zhe)水垢厚度(du)的不斷增(zeng)加，當達到(dao)一定程度(du)後,使檢測(ce)元件接受(shou)不到渦旋(xuan)列産生的(de)頻率信号(hao),導緻測量(liang)值爲🏃♂️零。
3探(tan)讨和選型(xing)
在采用靶(ba)式和渦街(jie)式流量計(ji)測量硬水(shui)流量的過(guo)程中🔞,出現(xian)測量不正(zheng)确的現象(xiang),從以上分(fen)析故障原(yuan)因可知,是(shi)由水質結(jie)🍓垢引起的(de),所以要提(ti)高在測量(liang)過程中的(de)穩定性和(he)正确率,有(you)以下兩種(zhong)選擇:
1)更換(huan)流量計的(de)類型,選擇(ze)适合測量(liang)硬水流量(liang)的流量計(ji)🤞;
2)更換被測(ce)介質,電脫(tuo)鹽注水由(you)硬水改爲(wei)純淨水。
因(yin)節能減排(pai)和生産實(shi)際,隻能考(kao)慮流量計(ji)的選型♌,什(shi)✨麽♌樣的流(liu)量計在測(ce)量硬水流(liu)量時,不受(shou)結垢的影(ying)響🌂或受其(qi)的影響較(jiao)小呢?要從(cong)以下3方面(mian)分析:
1)硬水(shui)在流量計(ji)中不結垢(gou);
2)硬水與測(ce)量元件之(zhi)間隔離;
3)硬(ying)水結垢對(dui)流量計在(zai)測量的過(guo)程中影響(xiang)較小。
根據(ju)各種類型(xing)流量計的(de)結構、測量(liang)方式和特(te)點,符合🌈條(tiao)件1)和2)件的(de)有:差壓孔(kong)闆流量計(ji)、超聲波流(liu)量計和電(dian)磁流量計(ji)。如果采用(yong)差壓孔闆(pan)流量計,差(cha)壓變送器(qi)的測壓室(shi)與被介質(zhi)被引壓管(guan)内的引壓(ya)液隔離9,符(fu)合條件2)。但(dan)是孔闆的(de)表面要求(qiu)光潔度極(ji)高,當✌️水垢(gou)結在孔🚶♀️闆(pan)上,将影響(xiang)到孔闆兩(liang)側👅的壓差(cha),造成測量(liang)不準确;另(ling)外,距地面(mian).50em,不利于鋪(pu)設引壓管(guan)。所以,采用(yong)差壓孔闆(pan)流量計測(ce)量硬水流(liu)量的效果(guo)不佳。因♉超(chao)聲波流量(liang)計和🌈電磁(ci)流量計.的(de)價格昂貴(gui),投資費用(yong)高,不🏃♀️易采(cai)用。從條件(jian)3)考慮,采用(yong)了國内近(jin)階段㊙️出現(xian)測量流量(liang)的一個新(xin)品種一-彎(wan)管式流量(liang)計。
4彎管式(shi)流量計
4.1測(ce)量原理和(he)結構
彎管(guan)式流量計(ji)與傳統的(de)孔闆流量(liang)計一樣同(tong)屬于差壓(ya)式流量計(ji)的範疇,隻(zhi)是它們産(chan)生差壓的(de)方式🌈不同(tong)🐆,孔闆是利(li)用流體的(de)✂️縮放原理(li)産生的差(cha)壓,而彎管(guan)傳🈲感器是(shi)利用流體(ti)的慣性原(yuan)理✌️産生的(de)差壓。當流(liu)體通過彎(wan)管時,受到(dao)彎管🈲的約(yue)束,流體被(bei)迫作類似(si)的圓周運(yun)動。當流體(ti)在作圓周(zhou)運動時,産(chan)生的離心(xin)力F作用在(zai)⭐彎管的内(nei)外兩側,使(shi)彎管傳感(gan)器内外兩(liang)側之間産(chan)生一個壓(ya)力差,此壓(ya)力差(也就(jiu)是壓差值(zhi))的大小與(yu)流體的密(mi)度有關,與(yu)流體的平(ping)均流速有(you)關,與流體(ti)作圓周運(yun)動的曲率(lü)半徑有關(guan)。它們之間(jian)遵循作圓(yuan)周運動物(wu)🌈體都必須(xu)遵循🤩的牛(niu)頓運💋動定(ding)律網:
其中(zhong):F爲流體對(dui)彎管的離(li)心力;?爲流(liu)體在彎管(guan)中的平💞均(jun)㊙️流速;R爲彎(wan)管中心曲(qu)率半徑
通(tong)過對上述(shu)公式進行(hang)整合、積分(fen)處理之後(hou),可得公式(shi):
其中:?爲介(jie)質中彎管(guan)傳感器中(zhong)的平均流(liu)速;R/d爲彎管(guan)傳感器的(de)彎徑比;ΔP爲(wei)流體通過(guo)彎管傳感(gan)器的差壓(ya)🈲值;ρ爲介質(zhi)的密度。
這(zhe)個公式描(miao)述了介質(zhi)在彎管傳(chuan)感器中流(liu)動時,介🈲質(zhi)對彎管施(shi)💋加的離心(xin)力與介質(zhi)的密度,介(jie)質的平均(jun)流速以♋及(ji)彎管的彎(wan)徑比之間(jian)的關系。另(ling)外,隻要🔅介(jie)質在彎管(guan)傳感器中(zhong)🛀流動的最(zui)小雷🏃♂️諾數(shu)達到一個(ge)極低值以(yi)上，彎管流(liu)量計的流(liu)量系數ax就(jiu)是一個🧡定(ding)值。用引壓(ya)管把彎管(guan)内外兩側(ce)的壓差△P引(yin)出,傳遞給(gei)
差壓變送(song)器
,如圖3所(suo)示問,再通(tong)過公式(5),即(ji)可得到流(liu)經彎管内(nei)的流體速(su)度?。
4.2分析運(yun)行效果良(liang)好的原因(yin)
1)測壓室與(yu)被測介質(zhi)被引壓管(guan)内的介質(zhi)隔離,使測(ce)壓室内不(bu)易結垢;
2)引(yin)壓管内的(de)介質水相(xiang)對穩定,并(bing)與管道内(nei)的被測介(jie)質進行鈣(gai)離子交換(huan)的速度慢(man),并且交換(huan)量極小,所(suo)以在引壓(ya)管和測壓(ya)室内結垢(gou)的速度極(ji)小，不會🔆影(ying)響引壓和(he)測壓效果(guo);
3)引壓管在(zai)測壓室與(yu)取壓口之(zhi)間有一段(duan)距離,易于(yu)散熱,降低(di)了引壓管(guan)内鈣離子(zi)的熱運動(dong)和結垢的(de)速度。
5結束(shu)語
在采用(yong)彎管式流(liu)量計測量(liang)電脫鹽注(zhu)水的過程(cheng)中💞,表現出(chu)運行穩定(ding),測量正确(que),反映靈敏(min)的效果。的(de)維📧修次🐆數(shu)由過去每(mei)周的二三(san)次,變爲每(mei)年維修一(yi)次🐅,主要是(shi)清理取壓(ya)彎管和測(ce)壓室内的(de)水垢，并且(qie)投用後偏(pian)移量小,運(yun)行正常。
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