弯管流量计工业应用2:

一、 弯管流量计的原理与研制

弯管流量计是一种差压式的流量计,其差压的产生与传统流量计(如孔板、喷嘴、文丘里管流量计等)有根本的区别。传统流量计是节流型差压流量计,是利用流体在通过节流装置时产生差压进行流量测量。而弯管流量计没有节流元件,是利用流体的惯性原理产生差压来测量流体流量。

流体流经弯管时,由于弯管的约束,迫使流体在弯管内作类似的圆周运动,根据流体强制旋流理论,流体在管道内作圆周运动遵循的规律与固体在空间状态下作圆周运动相似。弯管内的流体由于作圆周运动而产生惯性离心力,该离心力的大小与流体流速、流体的质量(密度)以及作圆周运动的曲率半径等因素有关。惯性离心力的作用使弯管内外测产生压力差,测出弯管内、外侧的差压值,就可以计算出管道内流体的流速,进而计算出管道内流体的流量值,这就是弯管流量计的基本测量原理。

二、 弯管流量计的基本特点及其与其它流量计性能比较

弯管流量计性能对比上,我们选定的对象为孔板流量计和涡街流量计,这是因为:一、孔板流量计目前仍然是使用最普遍的流量计,这不仅有其历史根源,同时也由于孔板流量计的性能、价格,以及在长期的使用实践中积累了大量的实用经验都为它的大量使用创造了条件。二、涡街流量计生产技术的大量引进,国内众多仪表厂大量上马,近年来在我国的应用发展较快,我们选定以上两种仪表作为弯管流量计性能分析的比照仪表是有代表性的。

1. 结构简单,价格低廉;

弯管传感器实质上就是一个九十度标准弯头,再没有比它结构还简单的流量传感器了。法兰式取压的孔板流量计是市场上价格最便宜的流量计,弯管流量计的价格完全可以和它相比,当管径超过200mm时,孔板的价格就比弯管传感器高,更不要说是环室取压的孔板流量计了。

2. 无任何附加节流件或插入件,可大大降低流体在管道内输送的动力消耗,节约能源;

由于弯管流量计独特的测量原理,它没有其它流量计一般必须具备的节流件或插入件,这一特点给弯管流量计的工业化应用带来了巨大的便利和好处。

对于节流型孔板流量计来说,流体在孔板上的压力损失是不可避免的,该节流压力损失(不可恢复压力损失)可达孔板在该流量下产生的差压值的70%~80%。为了提高孔板流量计的测量精度,设计人员在选定孔板流量计的工作差压值时一般都取高值,于是该压力损失就成为不可小视的数值。弯管流量计则不存在管道附加阻力损失的问题,孔板的节流损耗可简单地看作是弯管流量计的节能效果,这对于那些大系统、大管径、大流量、低压头的测量对象好处更加明显。

3. 可测量容易脏污、堵塞传感器的流体;

循环水其水质是比较差的,对流量测量装置的污染影响更大。孔板流量计的孔板、均速管流量计的笛型管、涡街流量计的发生体等节流件或插入件极易被循环水沾污或堵塞,尤其是孔板节流口的直角部分,即使是轻微的沾污也会对测量精度造成极大的影响。弯管传感器对于象循环水这样的介质其适应性是不用怀疑的,即使是长期的运行也能保证弯管流量计的正常工作,保证其足够的测量精度不受影响。

4. 弯管传感器耐磨损、且对微量磨损不敏感;

传感器对磨损不敏感是保证流量计长期高精度测量的重要条件之一,这方面弯管流量计有着不可比拟的优势。即使有轻微磨损(管径变大),对弯管传感器的工作性能和测量精度的影响也是极小的。因此,弯管流量计可以长期保持高精度的工作状态。而孔板流量计的节流口对微量磨损就十分敏感。规程规定,计量用孔板流量计的孔板每年必须进行一次或一次以上的强制性磨损检查,这是保证孔板流量计准确计量的必要条件。即便如此,在两个检修周期内也很难保证孔板流量计测量精度的一致性,这样频繁的拆装,维修工作不是一般使用单位可以作到的,对于那些大管径的孔板和蒸汽孔板,其拆装难度之大使维修者无不望而却步,同时大量的维修费用也给使用者带来了额外的负担。因此,多数孔板流量计使用单位以损失精度为代价来减少孔板流量计的检修次数,用直接焊接法进行安装;

流量测量装置现场跑、冒、滴、漏是十分令人头痛的问题,这里包含了诸如能源和物料浪费、环保、安全、计量准确等等方面的问题,是运行、管理部门十分重视又不易彻底解决的老大维问题。弯管传感器完全可满足直接焊接法安装的一切技术条件,它的耐磨损、免维护、长周期、高精度运行的特点使焊接法安装这一优势得到了充分的发挥。

5. 适应性强,量程范围宽、直管段要求不严格;

只要是可以用孔板、涡街,均速管等流量计进行测量的管道内流体流量都可以用弯这流量计来进行测量,而且在耐高温、耐高压、耐冲击、耐震动、耐潮湿、耐粉尘等方面,弯管流量计远远优于这些常用的流量计。

尤其是高温、高压、冲击、震动对于涡街流量计来说其适用性是十分有限的。这与它的测量原理有关,高速流体的冲击会使发生体的悬臂产生附加的震动;大管径会使发生体悬臂更长,刚度更小,测量精度更差。外来震动(如设备、管道在运行时的震动)也会使涡街流量计产生附加测量误差而不能正常地工作。所以,涡街用于高流速、大管径、有震动对象的流量测量就有些力不从心。至于高温对涡街发生体的影响也是很大的,埋装在发生体中的半导体元器件(如压电晶体)的耐温性能是相当有限的。

对于弯管流量计来说,震动、冲击对弯管传感器的正常工作几乎没有影响,而高温、高压对于弯管流量计来说只要采用与工艺管道相同材质的标准弯头作传感器,就可以方便地得到解决。

量程范围宽一方面是指弯管流量计的量程比可高达10:1,对于蒸汽或其它气体介质,它的适用范围为0~7~70m/s;对于液体介质其适用范围为0~0.5~5m/s。以上所说的流速范围也没有严格的限制,如果被测介质没有上限流速的限制,则流速范围还可加大。反之,如果有足够精度的低差压差压变送器和微差压变送器相配合,则流体流速的低限可取得更小。总之,弯管流量计的量程范围完全可以满足不同对象的流量测量的要求。

量程范围宽的另一方面是指弯管传感器的几何尺寸没有限制,管径可小到十几毫米,也可大到一米甚至两米以上,这一特点对于一般的流量传感器是不容易作到的。

直管段要求不严格也是弯管流量计在现场使用中十分重要的特点之一,许多流量测量装置都因为现场直管段不能满足要求而不能进行测量或不能保证其测量精度。弯管流量计在实际应用时对直管段的要求不严格,一般只需保证前5(D)、后2(D)即可,远远低于其它流量测量装置的要求。

6. 测量精度高、重现性好

实验证明,弯管流量计的测量准确度可达到1.0%。重现性精度高达0.2%。

三、 弯管流量计的推广应用

(1) 在制碱业的应用

近年来,ZWL2000系列弯管流量计已经成功的应用在碱行业,如唐山碱厂、青岛碱厂、连云港碱厂、潍坊碱厂、广东南方碱厂的热电车间蒸汽计量,循环水计量,窑气计量及助燃气计量等,并将弯管流量计成功地应用到了中温(430℃左右)中压(40Kg左右)主蒸汽流量测量,并收到了良好的经济效益。

(2) 在化工中的应用

在化工行业中如兰州石化、冀东化工计量乙炔气、饱和蒸汽、氮气、氨气、空气等也获得了圆满成功。

(3) 在热电厂的应用

受种种条件限制,许多用户希望仍使用原有管道上的弯头作为弯管传感器,为此我们在现场作了大量的工作,在保证用户要求的测量精度前提下完成了弯管流量计的这项扩展工作。为用户降低了费用,同时也简化现场的安装。例如与宁波热电厂合作,对其5台锅炉、3台汽机出口主蒸汽弯管进行改造工作,整个系统的测量精度达到了用户严格的要求(1.5级)。

大弯径比弯管传感器的应用

突破了其他弯管流量计生产厂家固守的只能使用1.5D左右弯头做传感器的观念。如与宁波热电厂合作所使用的传感器曲率半径皆大于5D,扩大了弯管传感器的应用,又为弯管流量计在中温、中压条件下使用提供了安全保障。

弯管流量计是一种高技术密集型、节能型计量仪表,是集现代弯管加工技术,现代差压测量技术及现代计算机技术的综合结晶,这些高新技术的综合应用,使弯管流量计能满足工业企业对各种介质流量测量的要求。

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