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探针式流量计

简介:一、仪表概述: 探针式流量计将传感器插入管道中心,总压孔对正流体的来流方向,总压与静压之差即为管道中心的实测差压,再由风洞标定曲线拟合出该点的标准差压,根据标准差压
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一、仪表概述:
探针式流量计将传感器插入管道中心,总压孔对正流体的来流方向,总压与静压之差即为管道中心的实测差压,再由风洞标定曲线拟合出该点的标准差压,根据标准差压来计算流体的流量。同时还需用压力变送器测出流体压力,用热电阻温度计测出流体温度,把标准差压信号、压力信号、温度信号同时引入单片机构成的流量积算仪或直接接入DCS系统,一方面对流量计进行结算,在一方面对介质进行压力、温度补偿、以保证测量精度,并用数字显示出差压、压力、温度、瞬时流量、累积流量、热量、速度等参数。
二、测量原理:
 
探针式流量计的创新的削竹型取压探头的测点只集中于管道中心区,其中心区流速与管道各点流速的均值通过云标定数据修正后的竹孔系数形成标准的对称关系。削竹式卓越的防堵技术还表现在其先进的探头结构,由于取压孔仅置于削竹探头末端的管道中心,管内没有任何其他可移动电子组件及取压元器件,并以16mm的总压取压孔和14mm的静压取压孔完成理想的双通式防堵塞方案。在与管道壁和检测杆之间形成了极其稳定的差压信号提取过程,保证了精准的测量。
 
是根据动压转变静压工作原理,测头迎流面的测孔测出流体的总压,测头后流面的孔测出流体的静压。根据伯努力方程可以得到测头处流速与差压有以下关系:     
 
V:测头处流速,m/s
 
ΔΡ:流量计测出的差压,Pa
 
ρ:被测介质密度,kg/m3
 
Kv:流量计系数
 
流量计的差压,根据以下公式计算出流量:Q = αβγAV×3600
 
Q:流体以及流量,m3/h
 
α:流速分布系数
 
β:阻塞系数
 
γ:截面修正系数
 
A:管道公称截面积,m2
 
V:测头处流速,m/s
 
三、应用领域:
1、工业生产过程
是过程自动化仪表与装置中的大类仪表之一,它被广泛适用于冶金、电力、煤炭、化工、石油、交通、建筑、轻纺、食品、医药、农业、环境保护及人民日常生活等国民经济各个领域,是发展工农业生产,节约能源,改进产品质量,提高经济效益和管理水平的重要工具在国民经济中占有重要的地位。在过程自动化仪表与装置中,流量仪表有两大功用:作为过程自动化控制系统的检测仪表和测量物料数量的总量表。
2、能源计量
能源分为一次能源(煤炭、原油、煤层气、石油气和天然气)、二次能源(电力、焦炭、人工燃气、成品油、液化石油气、蒸汽)及载能工质(压缩空气、氧、氮、氢、水)等。能源计量是科学管理能源,实现节能降耗,提高经济效益的重要手段。流量仪表是能源计量仪表的重要组成部分,水、人工燃气、天然气、蒸汽和油品这些常用的能源都使用着数量极其庞大的流量计,它们是能源管理和经济核算不可缺少的工具。
3、环境保护工程
烟气,废液、污水等的排放严重污染大气和水资源,严重威胁人类生存环境。国家把可持续发展列为国策,环境保护将是21世纪的zui大课题。空气和水的污染要得到控制,必须加强管理,而管理的基础是污染量的定量控制。
我国是以煤为主要能源的国家,全国有上百万个烟囱不停地向大气排放烟气。烟气排放控制是根治污染的重要项目,每个烟囱必须是安装烟气分析仪表和流量计,组成连椟排放监视系统。烟气的流量沆量有很大因难,它的难度为烟囱尺寸大且形状不规则,气体组分变化不定,流速范围大,脏污,灰尘,腐蚀,高温,无直管段等。
4、交通运输
有五种方式:铁路公路、航空、水运、和管道运输。其中管道运输虽早已有之,但应用并不普遍。随着环保问题的突出,管道运输的特点引起人们的重视。管道运输必须装备流量计,它是控制、分配和调度的眼睛,亦是安全监没和经济核算的必备工具。
5、生物技术
21世纪将迎来生命科学的世纪,以生物技术为特征的产业将获得迅速发展。生物技术中需监测计量的物质很多,如血液,尿液等。仪表开发的难度极大,品种繁多。
6、科学实验
科学实验需要的流量计不但数量多,且品种极其繁杂。据统计流量计100多种中很大一部分是应科研之需用的,它们并不批量生产,在市面出售,许多科研机构和大企业皆设专门小组研制专用的流量计。
7、海洋气象,江河湖泊
这些领域为敞开流道,一般需检测流速,然后推算流量。流速计和流量计所依据的物理原理及流体力学基础是共通的但是仪表原理及结构以及使用条件有很大差别。
四、性能特点:
1、精度高。精度可达1%以上。由于其主要部件加工精度高,用万分之三的标准仪器进行台台*校准,避免了探针生产工艺误差带来的测量误差,并选用高精度差压变送器和压力变送器,保证了每台产品的高精度。清华大学这些高科技优势,特别是台台校准系统,是孔板、涡街等流量计所不能实现的。
在大量程范围内保持高精度,即在5%—100%额定流量范围内均保持1%的测量精度。而孔板流量计在30%额定流量以下基本不能使用。
长时间保持高精度。探针流量计基本原理是将总、静压力通过探针孔和导压管传导至差压、压力传感器内,只要探针孔不堵塞,即使有杂物、挂垢,仍能准确传导压力而不影响精度。因导压管内介质不流动,杂物不易进去堵塞,所以能保持长时间的高精度。
2、适用范围广。一是适用介质范围广:可测水蒸汽(饱和、过热)、空气、煤气、天然气、各种化工物料气、液、水、各种溶液、油等;介质温度zui高充许650摄氏度、压力zui高允许25Mpa。二是适用流量范围广:介质流量zui小可测量0.1吨/时,zui大可测量5000吨/时。三是适用介质管道截面形状范围广:该流量计对介质管道截面的几何形状无要求,如圆形、椭圆形、方形、长方形、菱形等均适用。
3、可靠性高。该流量计的所有电子元件均远离所测介质和管道,只有不锈钢探针在所测介质之中,可靠性很高。相比之下,涡街、电磁、超声波等流量计,电子测量元件必须置于蒸汽等所测介质内或紧贴所测介质管道,工作条件恶劣。如有外界振动或介质温度高、有杂质等,涡街流量计精度就会下降甚至无法工作。
4、无压损。一次测量元件是10—20毫米直径的探针,其截面积很小,几乎无阻力,无压力损失。而孔板流量计节流后压力损失很大。
5、结构简单、装拆方便。该流量计只需在介质管道上打一个直径30毫米小孔,在孔周焊一法兰底座,其探针即可方便的通过紧、松螺栓进行装、拆,检修十分方便。
6、智能化。由数字式仪表直接显示介质压力、温度、压差、瞬时流量、累计流量等,并可通过计算机进行储存、打印等处理。
五、技术指标:
1、规格:DN50-DN5000(mm);插入式:DN500-DN5000(mm);
2、测量准确度:±6.0%;重复性:±0.1%;
3、范围度:体积流量:10:1;质量流量:8:1;
4、工作压力:均速管无提出功能型:≤20MPa;均速管可提出型:≤10MPa;
5、流体温度:≤450℃;
6、介质粘度:≤30CP(相当于重油);
六、主要部件:
1、探针按管道直径定制,用法兰安装在管道上,由不锈钢精加工而成,根据用户提供的各种参数,在清华大学高精度风洞实验室模拟吹风,获得探针的特性曲线及数据库,供计算使用。
2、流量积算仪是显示测量结果的二次仪表。通过导线与各变送器及温度计相连,其主板装有高级CPU及计算程序软件,可利用其显示窗口和切换按钮进行设置、校准和各参数的显示。
3、差压变送器  将探针的差压信号转换成4-20mADC的模拟电流信号。
4、压力变送器  在气体流量的测量中提供压力补偿。
5、温度变送器  在气体流量的测量中提供温度补偿。
6、直流电源   为压力变送器、差压变送器和热电阻温度计供电。
七、投运和维护:
投运前的准备工作:
1、传感器安装正确:
完成传感器在管道上安装后,投运前必须认真检查,要求焊接牢固,方向正确,严格不泄漏,插入深度恰当等。
2、仪表调校:
传感器配套仪表有差压变送器和智能流量积算仪 ( 还可能有压力变送器和温度变送器)等。都必须经检验和调校后,方可投入使用。仪表的测量范围要符合传感器和被测介质的要求。例如被测空气zui大流量 Qmax=5000m3/h, 经计算算出传感器产生的差压zui大值
△Pmax=0.6Kpa,则差压变送器的测量范围应调校为 0~0.6KPa, 对应输出4~20mADC电流信号。对于通用型流量积算仪 , 应该按实时的流量范围、差压范围、介质密度、温度、压力、流量运算要求等,事先编程组态输入积算仪,务必使积算仪能正确运算和显示流量。
3、仪表接线正确:
传感器与差压变送器、流量积算仪等组成测量系统,配套仪表的电源线,仪表之间的信号输出与输入线,控制与报警联线等,在各个仪表的接线板 ( 又称端子板) 上都有明确的标记,必须正确认别和选择使用,投运前对仪表接线要反复检查无误。为了做好投运前的准备工作,除了认真阅读《使用说明书》外, 还应该阅读《差压变送器使用说明书》、《智能流量积算仪使用说明书》等资料,遵从说明书的指导进行工作。
流量计的投运工作:
1、测量系统关闭:
投运准备工作已完成,被测介质充满工艺管道流动,传感器测量系统暂时处于关闭状态,这时应使三阀组的平衡阀处于开启状态,高压阀 P l 和低压阀 P2处于关闭状态。配套仪表处于供电状态,预热约 15 分钟。
2、测量系统开启:
仪表预热后,开启测量系统。在三阀组上打开 Pl 阀和 P2 阀,平衡阀仍处于开启。这时,差压变送器己充入被测介质 ( 气体或液体 ),打开变送器上的排污阀,迅速排出脏液或气体后关闭。然后关闭三阀组上的平衡阀,变送器即进入差压测量状态。输出与差压△ P 对应的信号电流 I △P 从信号电流值 (m A) 可算出差压△P 值 (KP a ) 。流量积算仪也进入工作状态 , 显示出被测介质流量。
如果上述工作均顺利,流量计工作正常,投运工作便完成,交付生产使用。
 
八、传感器的堵塞设计:
 
探针流量探头的独特设计彻底的摆脱了阿牛巴以往几种均速探头易堵塞、精度不高的特点,使得一次源的测量精度、重复性和可靠性达到一个崭新高度。
 
刚开机时,流体在管道静压作用下, 进入弯管,很快形成了压力平衡的状态。当压力 平衡状态形成以后,流体在弯管进口处遇到高压, 绕道而行,不再进入弯管中。
 
探针式流量传感器的高,低取压孔实现本质防堵。
 
一般情况下,灰尘、沙子和颗粒在涡街力的作用下,集中在探头的后部。这就是为什么秋天的树叶总是在背风的房子后面的原因。探头的独特防堵设计,再加上重力作用的自然下落,阻止了颗粒的进入,这种设计从本质上防止了堵塞并且能产生一个非常稳定的低压信号。
 
连续工作的从根本上杜绝了堵的可能,但是在以下情况下,仍要注意防堵:
 
1.当引压管泄漏,探头高压平衡去遭到破坏,杂质中直径较小的颗粒就有可能进入取压孔。
 
2.当管道处于停产时,由于分子的布郎运动,颗粒小的杂质有可能进入取压孔。
 
3.系统频繁开停机,在高压区形成的瞬间,颗粒小的杂质有可能进入取压孔,日积月累,就有可能造成探头的堵塞。
 
4.介质中含有大量藻类生物,或者含有纤维状的物质,也有可能造成探头的堵塞。
 
九、产品维护说明:
 
探针流量传感器应在工艺管道大修时进行定期清洗,清洗的办法很多,例如用气源吹除检测管内积存污秽;用煤油和软丝刷洗净,使各取压孔保持通畅。可能产生故障的原因及清除办法 :序号 故障现象 产生的原因 清除办法。
1、无差压信号输出 :高低压阀未打开 ,打开高低压阀。
2、高低压平衡阀未旋紧:旋紧平衡阀。
3、差压信号输出过小:导压系统有泄漏现象;认真查找,排除泄露。
4、二次表量程选配不当:调小差压变送器上限值。
5、差压信号输出过大:二次表量程选配不当,调大差压变送器上限值,背压孔堵塞,清洗均速管,排除堵塞。
 
十、使用要求:
1、被测流体应充满管道且流动稳定。
2、被测的流体应当是单相的,其相态不变,对于成分复杂的流体须与单一成分的流体类似时方能使用。
3、被测流体在实际工况下的ReD应大于3×104。
4、应保证传感器前后直管段长度的要求。
5、管道内径大于100㎜为好。
6、在传感器前2D的管道内表面上,应清洁光滑。

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