摘要:針(zhen)對
靶式(shi)流量計(ji)
和
渦街(jie)式流量(liang)計
在測(ce)量硬水(shui)流量的(de)過程中(zhong)經常出(chu)現測量(liang)值不準(zhun)确的現(xian)象進行(hang)研究。根(gen)據硬水(shui)在流動(dong)過程中(zhong)結垢的(de)特點,從(cong)流量計(ji)
的取壓(ya)方式和(he)測量方(fang)式兩方(fang)面進行(hang)綜合分(fen)析,查🔞找(zhao)問題⁉️出(chu)現的原(yuan)因,通過(guo)分析讨(tao)論最終(zhong)選擇了(le)彎管式(shi)取壓方(fang)式💰,采用(yong)了彎管(guan)流量計(ji)。在生産(chan)過程中(zhong),彎管流(liu)量計有(you)效地解(jie)決了靶(ba)式流量(liang)計和渦(wo)街式流(liu)量計在(zai)測量硬(ying)水流量(liang)過程中(zhong)出現的(de)🌐問題。
流(liu)量計廣(guang)泛應用(yong)于石油(you)化工生(sheng)産中，貫(guan)穿于全(quan)過程🛀🏻中(zhong),任🌏何一(yi)個環節(jie)都離不(bu)開流量(liang)計量。流(liu)量計測(ce)量不準(zhun)确影響(xiang)各個生(sheng)産環節(jie)的産品(pin)質量,嚴(yan)重的還(hai)會發生(sheng)生産安(an)全事故(gu)。流量計(ji)測量的(de)是否準(zhun)确與流(liu)量計🔞的(de)測量方(fang)㊙️式和被(bei)測介質(zhi)的特點(dian)有很大(da)的關系(xi)。電脫鹽(yan)一級注(zhu)水流量(liang)計測量(liang)範圍爲(wei)0~5T/h。使用介(jie)質爲生(sheng)産循環(huan)水，水的(de)溫度在(zai)60~80℃,硬度8~13,屬(shu)于硬水(shui)。由于生(sheng)産循環(huan)水,水質(zhi)差,硬度(du)大,在生(sheng)産過程(cheng)中易結(jie)垢。在采(cai)用靶式(shi)流量計(ji)時，經常(chang)出現測(ce)量🔴值不(bu)準确☁️和(he)不變化(hua)的問題(ti)，需要經(jing)常維🤞修(xiu)，清理靶(ba)片和❄️靶(ba)杆上的(de)水垢。後(hou)來對改(gai)變了❄️測(ce)量方式(shi),在采用(yong)渦街流(liu)量計時(shi),經常出(chu)現測量(liang)值波動(dong)大和回(hui)零問題(ti)，需要☔每(mei)周維修(xiu)多次。根(gen)據在生(sheng)✍️産中🔴出(chu)🏃♀️現的問(wen)題,結合(he)硬水特(te)點和流(liu)量計的(de)測量方(fang)式和取(qu)壓方❗式(shi)進行一(yi)一分析(xi)和讨論(lun)。
靶式流(liu)量計
1.1現(xian)象
在生(sheng)産測量(liang)過程中(zhong),采用了(le)靶式流(liu)量計。工(gong)藝反映(ying)其測量(liang)值不🎯準(zhun)确,出現(xian)偏高或(huo)偏低以(yi)及不動(dong)彈的現(xian)象。對的(de)電路模(mo)塊、FIV1101的開(kai)度和泵(beng)的出口(kou)壓力進(jin)行檢查(cha),均屬正(zheng)常。拆卸(xie),發現靶(ba)片㊙️和反(fan)饋💔杆上(shang),結有一(yi)層水垢(gou),并且反(fan)饋杆的(de)彈性較(jiao)差。這些(xie)水垢對(dui)靶式流(liu)量計有(you)那♊些影(ying)響呢?首(shou)🌈先看其(qi)測量原(yuan)理和結(jie)構，
1.2測量(liang)原理和(he)結構
當(dang)介質在(zai)測量管(guan)道中流(liu)動時,因(yin)其自身(shen)的動能(neng)通過阻(zu)流元件(jian)(靶片和(he)杠杆3)時(shi)而産生(sheng)的壓差(cha),并對阻(zu)流元件(jian)有一作(zuo)用力F1如(ru)圖1所示(shi)凹，其作(zuo)用力的(de)大小與(yu)介質流(liu)速的平(ping)方成正(zheng)比,其數(shu)學公式(shi)表達如(ru)下:
式中(zhong):F1爲阻流(liu)元件所(suo)受的作(zuo)用力(Kg);Cj爲(wei)物體阻(zu)力.系數(shu);A爲阻🔅流(liu)元件的(de)軸向投(tou)影面積(ji)(mm2);p爲工況(kuang)下介質(zhi).密度(Kg/m3);V爲(wei)介質在(zai)測量管(guan)中的平(ping)均流速(su)(m/s)。
阻流件(jian)(靶片)接(jie)受的作(zuo)用力F作(zuo)用在杠(gang)杆3(反饋(kui)杆)上,杠(gang)杆3在F的(de)🌈作用下(xia),以軸封(feng)膜片爲(wei)支點(軸(zhou)封膜片(pian)一㊙️方面(mian)作爲杠(gang)杆的支(zhi)點,另一(yi)方面起(qi)密封作(zuo)用)将力(li)F1傳給副(fu)杆1,形成(cheng)力F2副杆(gan)🥵1的另一(yi)端與電(dian)容力傳(chuan)感器相(xiang)連,電容(rong)力傳感(gan)器把副(fu)杆1傳遞(di)的力F2轉(zhuan)換成毫(hao)伏👄電壓(ya)信号輸(shu)♊出:
式中(zhong):U爲電容(rong)力傳感(gan)器輸出(chu)的電壓(ya)(mV);K爲比例(li)常數;F爲(wei)阻🌂流元(yuan)件(靶片(pian))所受的(de)作用力(li)(Kg)。
由此,電(dian)壓信号(hao)經前置(zhi)放大、A/D轉(zhuan)換、微處(chu)理器、D/A轉(zhuan)換器等(deng)🐉電路,輸(shu)出4~20mA開方(fang)電流模(mo)拟信号(hao)及HART數字(zi)信号,即(ji)可得到(dao)相應的(de)瞬時流(liu)量和累(lei)積總量(liang)。
1.3分析故(gu)障産生(sheng)的原因(yin)
1)當水垢(gou)結在靶(ba)片上,使(shi)靶片面(mian)積A增加(jia),由公式(shi)(1)可知，作(zuo)用在☂️靶(ba)💛片上的(de)沖量也(ye)随之增(zeng)加。在杠(gang)杆1和杠(gang)杆3的傳(chuan)🍉遞下,作(zuo)用在電(dian)👣容力💰傳(chuan)感器上(shang)的力F2增(zeng)加,由公(gong)式(2)可知(zhi),電容力(li)傳感器(qi)輸出的(de)電壓信(xin)号增加(jia),造成測(ce)量值比(bi)真實.值(zhi)偏高。
2)當(dang)水垢結(jie)在杠杆(gan)3上,使杠(gang)杆3的直(zhi)徑增加(jia),造成杠(gang)杆⭐3與軸(zhou)封😄膜片(pian)之間産(chan)生應力(li)F3。F經過杠(gang)杆1傳遞(di)給電容(rong).力傳感(gan)器上,因(yin)此,F=F1+F3。随着(zhe)F的方向(xiang)變化,造(zao)成F2增大(da)或減小(xiao)，使電容(rong)力傳感(gan)器輸🐉出(chu)的電🈲壓(ya)信号增(zeng)大或減(jian)小,導緻(zhi)測量值(zhi)比真實(shi)♈值偏高(gao)或偏低(di)。
3)随着水(shui)垢結在(zai)杠杆3上(shang)的厚度(du)達到一(yi)定程度(du)後,使杠(gang)杆3與☔軸(zhou)㊙️封膜片(pian)之間包(bao)死,杠杆(gan)3失去了(le)彈性,軸(zhou)封膜片(pian)失去了(le)支💛點作(zuo)🌈用,F的大(da)小已不(bu)能通過(guo)杠杆1和(he)🤟3傳遞給(gei)電容.力(li)傳感器(qi),而F2的大(da)💃小保持(chi)不變,因(yin)此,電🌏容(rong)力傳感(gan)器輸出(chu)的電壓(ya)信号不(bu)變,造成(cheng)測量值(zhi)不🈚動彈(dan)的假現(xian)象。
2渦街(jie)流量計(ji)
2.1現象
在(zai)采用靶(ba)式流量(liang)計測量(liang)硬水流(liu)量的過(guo)程中,因(yin)硬🥰水結(jie)垢影響(xiang)了力的(de)傳遞,導(dao)緻測量(liang)不正确(que),所以需(xu)要改變(bian)流☁️量計(ji)🌈的測量(liang)方式,選(xuan)擇了測(ce)量流體(ti)頻率📱的(de)流量計(ji)一渦街(jie)流量計(ji)。采用了(le)渦街式(shi)流量計(ji),在🈲投入(ru)使用🧡的(de)一個月(yue)内,其運(yun)行穩定(ding),反映靈(ling)敏,測量(liang)正确。随(sui)後，出現(xian)測量指(zhi)示值不(bu)正确,閃(shan)動頻率(lü)大,并且(qie)跳動的(de)指示植(zhi)越來越(yue)小，直至(zhi)爲零。檢(jian)查電路(lu)模塊、FIV1101的(de)開度和(he)泵的出(chu)口壓力(li)，均屬正(zheng)常。推測(ce)的傳感(gan)器出現(xian)了問題(ti)，拆卸🈲,發(fa)現滞流(liu)元件上(shang)結有一(yi)層水垢(gou),滞流元(yuan)件與底(di)座之間(jian)包死。
2.2測(ce)量原理(li)和結構(gou)
渦街流(liu)量計是(shi)應用流(liu)體振蕩(dang)原理來(lai)測量流(liu)量的流(liu)體💔在管(guan)道中經(jing)過渦街(jie)流量變(bian)送器時(shi),在三角(jiao)柱的旋(xuan)渦發生(sheng)體㊙️後上(shang)下交🐆替(ti)産生正(zheng)比于流(liu)速的兩(liang)列旋渦(wo),如圖2所(suo)示囚，旋(xuan)渦的釋(shi)放頻率(lü)與流過(guo)旋渦發(fa)生體的(de)💞流體平(ping)均速度(du)及旋渦(wo)發生體(ti)✌️特征寬(kuan)度🔴有關(guan),可用數(shu)學公式(shi)四表示(shi):
式中:爲(wei)旋渦的(de)釋放頻(pin)率(Hz);爲流(liu)過旋渦(wo)發生體(ti)的.流體(ti)平✊均速(su)🐪度(m/s);d爲旋(xuan)渦發生(sheng)體特征(zheng)寬度(m);S,爲(wei)斯特羅(luo)哈數,無(wu)量綱,它(ta)的數值(zhi)範圍爲(wei)0.14~0.27。S,是雷諾(nuo)數的函(han)數,s1=(IRe)。
當雷(lei)諾數R。在(zai)102~105範圍内(nei),S,值約爲(wei)0.2，因此,在(zai)測量中(zhong),要盡量(liang)🔅滿足流(liu)體的雷(lei)諾數在(zai)102~105,旋渦頻(pin)率=0.2V/d。
由此(ci)可知,通(tong)過測量(liang)旋渦頻(pin)率就可(ke)以計算(suan)出流過(guo)旋渦發(fa)生體的(de)流體平(ping)均速度(du)v,再由式(shi)q=A可以求(qiu)出流量(liang)q,其中A爲(wei)流體流(liu)過旋渦(wo)🙇🏻發生體(ti)的截面(mian)積。
當旋(xuan)渦在滞(zhi)流元件(jian)兩側産(chan)生時,利(li)用壓電(dian)傳感器(qi)✏️測出🌐與(yu)流☂️體流(liu)向垂直(zhi)的交變(bian)升力變(bian)化,将升(sheng)力的變(bian)化轉換(huan)爲電的(de)頻率信(xin)号,再将(jiang)頻率信(xin)号進行(hang)放大和(he)整形，輸(shu)出到二(er)次儀表(biao),進.行累(lei)積❗、顯示(shi)團。
2.3分析(xi)故障産(chan)生的原(yuan)因
由于(yu)檢測元(yuan)件一壓(ya)電傳感(gan)器安裝(zhuang)在滞流(liu)元件中(zhong),當水垢(gou)結在滞(zhi)流元件(jian)上會造(zao)成以下(xia)後果:
1)造(zao)成滞流(liu)元件的(de)寬度d增(zeng)大,由公(gong)式(3)可知(zhi)，檢測元(yuan)件接收(shou)到渦旋(xuan)列産生(sheng)的頻率(lü)減小,輸(shu)出電壓(ya)信号減(jian)🛀小，因此(ci)測量指(zhi)示值比(bi)真實值(zhi)偏低。
2)使(shi)檢測元(yuan)件接收(shou)到渦旋(xuan)列産生(sheng)的頻率(lü)信号減(jian)弱,影響(xiang)了測量(liang)信号的(de)穩定性(xing)和連續(xu)性,因此(ci)出現了(le)測量值(zhi)不穩定(ding)的現象(xiang)。
3)随着水(shui)垢厚度(du)的不斷(duan)增加，當(dang)達到一(yi)定程度(du)後,使檢(jian)㊙️測元😘件(jian)接🈚受不(bu)到渦旋(xuan)列産生(sheng)的頻率(lü)信号,導(dao)緻📱測量(liang)🥵值爲零(ling)。
3探讨和(he)選型
在(zai)采用靶(ba)式和渦(wo)街式流(liu)量計測(ce)量硬水(shui)流量的(de)過程中(zhong),出現測(ce)量不正(zheng)确的現(xian)象,從以(yi)上分析(xi)故障原(yuan)因可知(zhi),是由水(shui)質結垢(gou)引👅起的(de),所以要(yao)提高在(zai)測量過(guo)程中的(de)穩定性(xing)和正🌈确(que)率,有以(yi)下兩😘種(zhong)選擇:
1)更(geng)換流量(liang)計的類(lei)型,選擇(ze)适合測(ce)量硬水(shui)流量的(de)流量計(ji);
2)更換被(bei)測介質(zhi),電脫鹽(yan)注水由(you)硬水改(gai)爲純淨(jing)水。
因節(jie)能減排(pai)和生産(chan)實際,隻(zhi)能考慮(lü)流量計(ji)的選型(xing)✔️,什麽樣(yang)的流量(liang)計在測(ce)量硬水(shui)流量時(shi),不受結(jie)垢的影(ying)響或受(shou)🈲其的影(ying)響較小(xiao)呢?要從(cong)以下3方(fang)面分析(xi):
1)硬水在(zai)流量計(ji)中不結(jie)垢;
2)硬水(shui)與測量(liang)元件之(zhi)間隔離(li);
3)硬水結(jie)垢對流(liu)量計在(zai)測量的(de)過程中(zhong)影響較(jiao)小。
根據(ju)各種類(lei)型流量(liang)計的結(jie)構、測量(liang)方式和(he)特點,符(fu)合條🤟件(jian)1)和2)件的(de)有:差壓(ya)孔闆流(liu)量計、超(chao)聲波流(liu)量計和(he)電磁流(liu)👌量計。如(ru)果采用(yong)差壓孔(kong)闆流量(liang)計,差壓(ya)變送器(qi)的測壓(ya)室⚽與被(bei)介質被(bei)引💯壓管(guan)内的引(yin)壓液隔(ge)離9,符合(he)條件2)。但(dan)是孔❌闆(pan)的表面(mian)要求光(guang)潔度極(ji)高,當水(shui)垢結在(zai)孔闆上(shang),将影響(xiang)到孔闆(pan)兩側的(de)壓差,造(zao)成🔞測量(liang)不準确(que);另外,距(ju)地面.50em,不(bu)利于鋪(pu)設引壓(ya)管。所以(yi)🔴,采用差(cha)壓孔闆(pan)流🔴量計(ji)測量硬(ying)水流🧑🏾🤝🧑🏼量(liang)的效果(guo)不佳。因(yin)超聲波(bo)流量計(ji)和電磁(ci)流量計(ji).的價格(ge)昂貴,投(tou)資費用(yong)高,不易(yi)采用。從(cong)條件3)考(kao)慮,采用(yong)了國内(nei)近階段(duan)㊙️出現測(ce)量流量(liang)的一個(ge)新品種(zhong)一-彎管(guan)式流量(liang)計。
4彎管(guan)式流量(liang)計
4.1測量(liang)原理和(he)結構
彎(wan)管式流(liu)量計與(yu)傳統的(de)孔闆流(liu)量計一(yi)樣同屬(shu)于🛀差壓(ya)式流量(liang)計的範(fan)疇,隻是(shi)它們産(chan)生差壓(ya)的方式(shi)✔️不同,孔(kong)闆是利(li)用流體(ti)的縮放(fang)原理産(chan)生的差(cha)壓,而彎(wan)管傳感(gan)器是🛀利(li)用流體(ti)的慣性(xing)原理産(chan)生的差(cha)壓。當流(liu)體通過(guo)彎管時(shi),受到彎(wan)管的約(yue)束,流🌈體(ti)被迫作(zuo)類似的(de)圓周🏃🏻♂️運(yun)動。當流(liu)體🆚在作(zuo)圓周運(yun)動時,産(chan)生的離(li)心力F作(zuo)用在彎(wan)管的内(nei)外兩☔側(ce),使彎管(guan)傳感器(qi)内外兩(liang)側之間(jian)産生一(yi)個壓力(li)差,此壓(ya)力差(也(ye)就是壓(ya)差值)的(de)大小與(yu)流體的(de)密度有(you)關,與流(liu)體的平(ping)均流速(su)有關,與(yu)🈚流體作(zuo)圓周運(yun)動的曲(qu)率半徑(jing)有關。它(ta)們之間(jian)遵循作(zuo)圓周運(yun)動物體(ti)都必須(xu)遵循的(de)牛頓運(yun)⛱️動定律(lü)網:
其中(zhong):F爲流體(ti)對彎管(guan)的離心(xin)力;?爲流(liu)體在彎(wan)管中的(de)平均流(liu)速;R爲彎(wan)管中心(xin)曲率半(ban)徑
通過(guo)對上述(shu)公式進(jin)行整合(he)、積分處(chu)理之後(hou),可得公(gong)式:
其中(zhong):?爲介質(zhi)中彎管(guan)傳感器(qi)中的平(ping)均流速(su);R/d爲彎管(guan)傳感器(qi)的彎徑(jing)比;ΔP爲流(liu)體通過(guo)彎管傳(chuan)感器的(de)差壓💋值(zhi);ρ爲介質(zhi)的密度(du)。
這個公(gong)式描述(shu)了介質(zhi)在彎管(guan)傳感器(qi)中流動(dong)時,介質(zhi)對彎管(guan)施加的(de)離心力(li)與介質(zhi)的密度(du),介質的(de)平均流(liu)🙇♀️速以及(ji)彎管的(de)彎徑比(bi)之間的(de)關系。另(ling)外,隻要(yao)介質在(zai)彎管傳(chuan)感器中(zhong)📐流動的(de)最小雷(lei)諾數達(da)到一♊個(ge)極低值(zhi)🌂以上，彎(wan)管流量(liang)計的流(liu)量系數(shu)ax就是一(yi)個♍定值(zhi)。用引壓(ya)管把彎(wan)管内外(wai)兩側的(de)壓差△P引(yin)出,傳遞(di)給
差壓(ya)變送器(qi)
,如圖3所(suo)示問,再(zai)通過公(gong)式(5),即可(ke)得到流(liu)經彎管(guan)内的流(liu)體速度(du)?。
4.2分析運(yun)行效果(guo)良好的(de)原因
1)測(ce)壓室與(yu)被測介(jie)質被引(yin)壓管内(nei)的介質(zhi)隔離,使(shi)測壓🈲室(shi)内💃不易(yi)結垢;
2)引(yin)壓管内(nei)的介質(zhi)水相對(dui)穩定,并(bing)與管道(dao)内的被(bei)測介質(zhi)進行鈣(gai)離子交(jiao)換的速(su)度慢,并(bing)且交換(huan)量極小(xiao),所以在(zai)引壓管(guan)和測壓(ya)室内結(jie)垢的速(su)度極小(xiao)，不會㊙️影(ying)響引壓(ya)和測❓壓(ya)效果;
3)引(yin)壓管在(zai)測壓室(shi)與取壓(ya)口之間(jian)有一段(duan)距離,易(yi)于散熱(re),降低🏃♀️了(le)引壓管(guan)内鈣離(li)子的熱(re)運動和(he)結垢的(de)速度🏃。
5結(jie)束語
在(zai)采用彎(wan)管式流(liu)量計測(ce)量電脫(tuo)鹽注水(shui)的過程(cheng)中,表現(xian)出運行(hang)穩定,測(ce)量正确(que),反映靈(ling)敏的效(xiao)果。的維(wei)修次數(shu)由過去(qu)🐉每周🤟的(de)二三次(ci),變爲每(mei)年維修(xiu)一次,主(zhu)要是清(qing)理取壓(ya)彎管㊙️和(he)測壓💃🏻室(shi)内的水(shui)垢，并且(qie)投用後(hou)偏移量(liang)小,運行(hang)正常。
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