摘要(yao):随着現代(dai)工業自動(dong)化生産工(gong)藝對管道(dao)流體測量(liang)穩定性和(he)精準性提(ti)出的的要(yao)求,一種新(xin)型多孔平(ping)衡流量計(ji) 應運而生(sheng),文章介紹(shao)多孔平衡(heng)流量計的(de)工作原理(li),通過對流(liu)🍓量計在鹽(yan)行業使用(yong)過程中發(fa)生的兩起(qi)案例深刻(ke)分析,闡明(ming)選用🍓平衡(heng)流量計需(xu)注意的事(shi)項,爲同🛀行(hang)業相同工(gong)藝制定運(yun)行指導數(shu)據、開展設(she)⭐備維修提(ti)供借鑒參(can)考。
1引言
　　随(sui)着現代工(gong)業自動化(hua)生産工藝(yi)對管道流(liu)體測量穩(wen)定性和精(jing)準性提出(chu)的更高要(yao)求，一種新(xin)型多孔平(ping)衡流量🐕計(ji)應運而🌈生(sheng)，它由美國(guo)航空航天(tian)局馬歇爾(er)航空飛行(hang)中心設計(ji)。作爲第三(san)代節流裝(zhuang)置,多孔平(ping)衡流量計(ji)簡稱平衡(heng)流量計,它(ta)将流體測(ce)量精度、重(zhong)複性、可靠(kao)性推到了(le)一個前所(suo)未有的高(gao)度,廣泛應(ying)用于石油(you)🔞、化⛷️工、冶金(jin)、電力、天然(ran)氣、水處理(li)等行業。多(duo)孔平衡🚶‍♀️流(liu)量計設備(bei)性能良好(hao),但在設計(ji)選型及設(she)備安裝時(shi)需注意❄️細(xi)節處理，否(fou)則影響性(xing)能發揮。
2多(duo)孔平衡流(liu)量計的工(gong)作原理
　　多(duo)孔平衡流(liu)量計是一(yi)種差壓式(shi)測量儀表(biao),其工作原(yuan)理與其他(ta)差壓流量(liang)計--樣,都是(shi)基于密封(feng)管道中的(de)能量轉換(huan)原理。在👅理(li)想流體的(de)情況下管(guan)道中的流(liu)量與差壓(ya)的平方根(gen)成正比,再(zai)用測量出(chu)的差壓代(dai)人伯努利(li)方程即可(ke)計算出管(guan)道中的流(liu)量,如圖♋1所(suo)示。
 
　　節流器(qi)原理是在(zai)常規的孔(kong)闆節流闆(pan)中心一個(ge)圓孔的基(ji)礎上結合(he)多孔節流(liu)器的特點(dian),組成對稱(cheng)分布擁有(you)數量不等(deng)的函數孔(kong)，當介質流(liu)過圓孔時(shi),流體被平(ping)衡調整💛，渦(wo)流被最小(xiao)化☎️，形成近(jin)似理想流(liu)體，通過取(qu)壓裝置和(he)變送器,可(ke)獲得穩定(ding)的差壓信(xin)号,如圖2所(suo)示。
 
　　将測得(de)的差壓信(xin)号代人以(yi)下簡易公(gong)式,即可測(ce)算出理想(xiang)狀🏃🏻‍♂️态下被(bei)測流體流(liu)量;
 
式中:
qm一(yi)介質流量(liang)(kg/h);
K一儀表常(chang)數;
Ɛ一流體(ti)流束膨脹(zhang)系數;
△P一所(suo)測差壓值(zhi);
ρ一介質密(mi)度(kg/m3)。
　　多孔平(ping)衡流量計(ji)實現了流(liu)場平衡整(zheng)流最佳效(xiao)果,将測量(liang)常規中的(de)死區效應(ying)降到最低(di)，節流件前(qian)後産生的(de)渦流也㊙️有(you)較大程💜度(du)降低。在測(ce)量理想狀(zhuang)态🐇下的流(liu)體時,對✊直(zhi)管段的要(yao)求也大大(da)降低,雜物(wu)滞留現象(xiang)基本消除(chu)。永久壓力(li)損失由于(yu)渦流減少(shao)降低爲常(chang)規節流裝(zhuang)置的1/3,量程(cheng)比擴展到(dao)10:1。它采用的(de)無銳角設(she)計，提高了(le)産品使用(yong)壽☁️命。
　　多孔(kong)平衡流量(liang)計的優異(yi)表現，獲得(de)大家的一(yi)緻認可并(bing)🔱在工😍業領(ling)域得到廣(guang)泛應用。但(dan)是,在實際(ji)使用過程(cheng)中，也會遇(yu)🌈到一些問(wen)題造成測(ce)量數據異(yi)常，影響工(gong)藝操作。下(xia)面就實♍際(ji)應用中的(de)兩🔞起多孔(kong)平衡👉流量(liang)計運👣行異(yi)常情況進(jin)行分析。
3多(duo)孔平衡流(liu)量計應用(yong)中測量異(yi)常的案例(li)分析
3.1案例(li)一
　　新建鹽(yan)鈣聯産項(xiang)目2020年投人(ren)試生産，鹽(yan)鈣生産工(gong)藝分爲NaCl與(yu)👣2H2O.CaCl2兩個産品(pin)生産系統(tong),均沿用傳(chuan)統的蒸發(fa)制✂️鹽工藝(yi)。該套工藝(yi)裝置采用(yong)多孔平衡(heng)流量計(3台(tai))測量低壓(ya)蒸汽進🔆汽(qi)量,正✊常運(yun)行👈時,理論(lun).上蒸汽流(liu)量應滿足(zu)A=B+C。其🏃中A流量(liang)計爲總管(guan)進汽流量(liang)計;B流量計(ji)與👅圖中控(kong)制閥之間(jian)有一套自(zi)動控制調(diao)節氣量閉(bi)環💋程序,定(ding)量控制調(diao)節系統進(jin)汽🐅量用以(yi)實現供氣(qi)的穩定性(xing);C流♋量計出(chu)口設計有(you)一台開關(guan)閥,閥門設(she)有中停功(gong)能,運行時(shi)固定開度(du)使用。A、B流量(liang)計口徑與(yu)現場低壓(ya)主蒸汽管(guan)道口徑同(tong)爲DN800,流量計(ji)型号爲MBF4(非(fei)貿易型)。
由(you)于試生産(chan)階段2H2O.CaCl2生産(chan)系統暫未(wei)開啓,C流量(liang)計狀态爲(wei)0,理論.上💰流(liu)經A、B的蒸汽(qi)流量數據(ju)應保持一(yi)緻。但實際(ji)上A與B兩台(tai)流量計所(suo)測量數據(ju)并不一緻(zhi),流量無規(gui)律性波動(dong),極不穩定(ding),B流量計的(de)閉環程序(xu)由于數據(ju)波動過大(da)無法投☂️入(ru)運行。由于(yu)鹽鈣項目(mu)屬全國首(shou)套(石膏晶(jing)種)2H2O.CaCl2生産裝(zhuang)置,在國内(nei)還沒有可(ke)以借鑒😄的(de)經驗,能源(yuan)消耗的準(zhun)确度對⁉️指(zhi)導運行生(sheng)産👣就顯得(de)十分重要(yao)，盡快解決(jue)問🚶‍♀️題已迫(po)在眉睫。
3.1.1設(she)備現場及(ji)故障現象(xiang).
　　 多孔平衡(heng)流量計的(de)管道介質(zhi)蒸汽來自(zi)動力車間(jian)分氣缸🔱(如(ru)圖3所示),主(zhu)管道經過(guo)沿路8m高的(de)支架爬升(sheng)至車☁️間廠(chang)🈲房30m高的樓(lou)頂,再❄️由樓(lou)頂直管段(duan)引入NaCl與2H2O.CaCl2各(ge)系統。經查(cha)驗流量計(ji)安裝嚴格(ge)按照設🏃‍♀️計(ji)院的設計(ji)要求，滿足(zu)直管段前(qian)3DN後1DN的距離(li)要求。
 
　　 流體(ti)檢測是采(cai)用一體式(shi)非貿易型(xing)多孔平衡(heng)流量計👄,通(tong)過差壓信(xin)号進人DCS系(xi)統程序搭(da)建的數學(xue)公式中計(ji)算,原則上(shang)A與B兩台流(liu)量計的測(ce)量結果應(ying)完全相等(deng)。而實際系(xi)統試運行(hang)中,随✔️着流(liu)量計管路(lu)上調節閥(fa)的開關動(dong)作,兩台流(liu)量計測量(liang)數據會出(chu)現不規律(lü)的變化。檢(jian)測記錄所(suo)顯示的流(liu)量與動力(li)車間🏃🏻分氣(qi)缸出口💋流(liu)量數據也(ye)存在較大(da)差異。
3.1.2産生(sheng)異常的原(yuan)因分析及(ji)解決方案(an)
　　 鹽鈣項目(mu)DCS控制系統(tong)采用和利(li)時的MACS6.5系統(tong)，蒸汽流量(liang)采用qm=Kε√AP/ρ計算(suan)。經📐過分析(xi),溫壓補償(chang)不足是導(dao)緻測量不(bu)🔅穩定的原(yuan)⭐因之一。現(xian)場工況壓(ya)力爲0.5MPa,介質(zhi)溫度爲150℃左(zuo)右。設計時(shi)未考🏃‍♂️慮采(cai)集溫度和(he)壓力信号(hao)且管道上(shang)也未安裝(zhuang)溫度和壓(ya)🐕力的采集(ji)裝置。現場(chang)☎️在管道.上(shang)采用新增(zeng)壓力變送(song)器和熱電(dian)阻,安裝原(yuan)則是前溫(wen)✊後壓，然後(hou)通過系統(tong)内所配備(bei)的計算模(mo)塊:(STEAMCOMP水蒸氣(qi)流量補償(chang)、理想氣體(ti)流量🐉補償(chang))将采集到(dao)的新的壓(ya)力溫度信(xin)号與流量(liang)計自身的(de)差壓信号(hao)一并引人(ren),進行溫壓(ya)🌏補償。結果(guo)顯示,測量(liang)✊數據變化(hua)呈現✨一-定(ding)的規律性(xing),但不穩定(ding)性依然存(cun)在。調整未(wei)✏️取得預想(xiang)🚩的效果。通(tong)過💃🏻DCS系統自(zi)帶計算模(mo)塊同時引(yin)人溫壓補(bu)⁉️償信号所(suo)搭建的數(shu)學模㊙️型也(ye)無法正确(que)測量流量(liang);
 
式中:
qm一質(zhi)量流量,kg/h;
C一(yi)流出系數(shu);
β一-管徑比(bi);
Ɛ一被測介(jie)質可膨脹(zhang)系數;
d-孔闆(pan)開孔直徑(jing),m;
△P一差壓，Pa;
ρ一(yi)工作狀态(tai)下介質密(mi)度，kg/m3。
　　将式(2)中(zhong)所有系數(shu)當作常數(shu)後的簡化(hua)得(1)式(Qm=Kε√AP/ρ),由于(yu)儀表🔞系數(shu)K不一定是(shi)一個不變(bian)常數,積算(suan)儀通過将(jiang)K值設置最(zui)多分成8段(duan)進行分斷(duan)計算，用來(lai)提高測量(liang)數據的精(jing)👄度。
　　待設備(bei)安裝到位(wei)投人使用(yong)後，所測蒸(zheng)汽流量開(kai)始出現以(yi)下三種比(bi)較有規律(lü)性的波動(dong)。
3.1.2.1當閥門開(kai)度在14%左右(you)時，管道流(liu)量約在90t/h時(shi)，上述兩台(tai)流量計的(de)流量能達(da)到一-緻,此(ci)時管道内(nei)介質流通(tong)量似乎達(da)到相🐉對的(de)平衡狀态(tai)。
3.1.2.2當調節閥(fa)開度從14%開(kai)始增加時(shi),理論上兩(liang)台流量計(ji)的流量應(ying)同比例增(zeng)大流量數(shu)據，但是現(xian)場卻出現(xian)A流量計流(liu)量增加量(liang)要略低于(yu)B流量計。
3.1.2.3當(dang)調節閥開(kai)度從14%開始(shi)減少時，理(li)論上兩台(tai)流量計的(de)流量因同(tong)步降低,但(dan)是此時A流(liu)量計的流(liu)量明顯增(zeng)高較大,隻(zhi)有B流量計(ji)的流量減(jian)少。
3.1.3原因剖(pou)析及技術(shu)改造
現象(xiang)一:由于調(diao)節閥安裝(zhuang)在兩台流(liu)量計中間(jian)，當調😄節閥(fa)在14%的時㊙️候(hou),A流量計的(de)工作壓力(li)在正常工(gong)況範圍的(de)0.4MPa,通過新增(zeng)的壓力變(bian)送器所測(ce)數據顯示(shi)，此時流量(liang)計B的工作(zuo)壓力由于(yu)閥[]變☔徑的(de)阻🌈礙作用(yong),實際工作(zuo)壓力隻有(you)0.16MPa。但是B流量(liang)計的設計(ji)額定🍓工況(kuang)壓力💔也是(shi)0.4MPa。此時實際(ji)上B一直未(wei)能達到自(zi)身額定工(gong)況，雖然測(ce)量出一個(ge)數據剛好(hao)和A達❗到一(yi)緻,通過經(jing)驗判👌斷可(ke)能是巧合(he)。
現象二:當(dang)閥門]從14%開(kai)至17~19%時,由于(yu)閥廣開度(du)的增加,閥(fa)門]後端💜B流(liu)量計的蒸(zheng)汽總管壓(ya)力升高較(jiao)爲明顯,達(da)到了0.25MPa。由于(yu)B流量計此(ci)時的工況(kuang)壓力變化(hua)很大，幾乎(hu)翻倍,所以(yi)此時B流量(liang)計測量數(shu)據增幅也(ye)很大。而A流(liu)量計由于(yu)☎️一直處在(zai)額定工況(kuang),且壓力變(bian)🐇化不大，所(suo)以A流量計(ji)增幅不大(da)。
現象三:當(dang)閥門從14%關(guan)至9%時,由于(yu)閥門開度(du)減少,閥廣(guang)]後蒸汽總(zong)管⁉️壓力下(xia)降至0.09MPa左右(you)，B流量計此(ci)時工況已(yi)經低至根(gen)本無法正(zheng)常測量數(shu)據的地步(bu),反而A流量(liang)計由于受(shou)到閥❌[]關閉(bi)影響,A流量(liang)🌈計蒸汽總(zong)管壓力上(shang)升較爲明(ming)顯，已經升(sheng)💘至0.458MPa。此時蒸(zheng)汽流通平(ping)✊衡被打破(po)，原本可通(tong)過的蒸汽(qi)受到閥門(men)開度減小(xiao)的影響受(shou)♌阻,在閥門(men)與A流量計(ji)之間形成(cheng)渦流，受渦(wo)流影響,已(yi)計量過的(de)蒸汽在流(liu)量計上反(fan)複流📧通再(zai)次計量,造(zao)成了A流量(liang)計流量數(shu)據大幅增(zeng)加。
通過三(san)種現象的(de)分析,問題(ti)根源均與(yu)流量計中(zhong)間安裝💁的(de)調節閥有(you)關。工程技(ji)術部門]提(ti)出技改意(yi)見📞:重新定(ding)位🥰調節閥(fa)本體和流(liu)量計的安(an)裝位置,同(tong)時增加流(liu)量測量點(dian)的壓力與(yu)溫💃度檢測(ce)。
　　通過現場(chang)踏勘确定(ding),将調節閥(fa)從30m高的樓(lou)頂移至21m高(gao)，與溫度、壓(ya)力、流量表(biao)計重新定(ding)位安裝(如(ru)圖4所示),消(xiao)除調節閥(fa)開啓對管(guan)道壓力的(de)影響。改造(zao)後試運行(hang)🙇🏻生産,觀察(cha)新裝壓力(li)變✉️送器的(de)數據顯示(shi)，可确定兩(liang)😍台流量計(ji)📱所處的管(guan)道内的壓(ya)🐉力均爲額(e)定工作壓(ya)力,無論調(diao)節閥如何(he)調節,兩台(tai)流量計的(de)管道壓力(li)都在同步(bu)變💃🏻化中。多(duo)孔平衡流(liu)🍉量計投人(ren)試使用後(hou),流量數據(ju)不受閥🧑🏽‍🤝‍🧑🏻廣(guang)]調節影響(xiang),A和B流量計(ji)測量保持(chi)一緻,工藝(yi)穩定,問題(ti)得到徹底(di)解決。
 
3.2案例(li)二
　　二次冷(leng)凝水回收(shou)工程屬鹽(yan)鈣項目輔(fu)助工程，用(yong)以回收鹽(yan)系🏃統一次(ci)、二次蒸汽(qi)冷凝水循(xun)環利用。在(zai)該工藝系(xi)統管道上(shang)安裝的多(duo)孔平衡流(liu)量計，與案(an)例一出現(xian)了相似的(de)故障，測量(liang)數據無規(gui)📞律變化且(qie)不準确。
3.2.1設(she)備現場及(ji)故障現象(xiang)
　　如圖5所示(shi)，在冷凝水(shui)U型管低點(dian)設計安裝(zhuang)了一台多(duo)孔💋平衡流(liu)量計，用于(yu)測量管道(dao)回收的冷(leng)凝水量。安(an)裝至U型管(guan)的低點，理(li)論上🛀是最(zui)佳測量位(wei)置，原則上(shang)也滿足多(duo)孔平衡流(liu)量計所要(yao)求的安裝(zhuang)直管尺寸(cun)。但在使用(yong)過程中頻(pin)繁出現數(shu)💛據測量不(bu)🚶‍♀️準，數據時(shi)❄️有時無現(xian)象。
 
3.2.2産生異(yi)常原因分(fen)析及解決(jue)方案
　　此工(gong)程按照設(she)計要求，鹽(yan)鈣系統蒸(zheng)汽用量爲(wei)120t/h，滿負荷生(sheng)産時🌍冷凝(ning)水出水率(lü)應爲70%左右(you)，回收流量(liang)約爲80t/h。此冷(leng)凝水回收(shou)管管⭕徑爲(wei)🈲DN250，當水從高(gao)處管流向(xiang)U型管段時(shi)，理論上水(shui)流經U型管(guan)低點管段(duan)應💃該是滿(man)管狀态，故(gu)流量計安(an)裝位置符(fu)合要求。
　　因(yin)系統處于(yu)試生産期(qi)間，鹽鈣蒸(zheng)汽使用量(liang)僅爲40t/h左右(you)，産生的冷(leng)凝水量也(ye)不穩定，冷(leng)凝水泵經(jing)常出現🚶‍♀️泵(beng)不🔞上水的(de)情況。從泵(beng)到流量計(ji)之間有300m左(zuo)右的管道(dao)，且大部分(fen)管道在6m高(gao)管架上，泵(beng)水輸送存(cun)在間歇⛷️，會(hui)在管道内(nei)形成較大(da)的沖擊震(zhen)蕩。由于水(shui)流量不⛹🏻‍♀️足(zu)導緻從6m的(de)管架高處(chu)向低處流(liu)時的自由(you)落體速度(du)大于此時(shi)管⭐道内水(shui)的流速，在(zai)U型管内形(xing)成氣泡，當(dang)氣泡流♈經(jing)垂直安裝(zhuang)的流量計(ji)差壓取壓(ya)孔處，導緻(zhi)所測差壓(ya)連續被中(zhong)斷。參考公(gong)式；Qm=Kɛ√ΔP/ρ，由于K、ρ、ɛ都(dou)是常數✨，差(cha)壓ΔP成爲了(le)流量測量(liang)的重要決(jue)定性參數(shu)。
　　通過對工(gong)藝現場認(ren)真分析得(de)出，理論上(shang)該U型管的(de)🐅最低段都(dou)是滿管狀(zhuang)态，但是當(dang)工藝生産(chan)在非滿負(fu)荷或更低(di)的生産狀(zhuang)态時，氣泡(pao)現象就在(zai)所難免。爲(wei)了将氣泡(pao)因素影響(xiang)降至最低(di)🌍，工程技術(shu)部門提出(chu)改變多孔(kong)平衡流量(liang)🔞計的安裝(zhuang)方式，安裝(zhuang)位置不變(bian)💛，但取壓口(kou)及冷凝水(shui)罐從水平(ping)安裝調整(zheng)爲斜向下(xia)🏒45°安裝。改造(zao)後使用效(xiao)果顯示，流(liu)量測量數(shu)據穩定且(qie)🤞有規律的(de)變化，運行(hang)數月未見(jian)異常狀況(kuang)發生。
4應用(yong)案例分析(xi)總結
　　結合(he)以上兩個(ge)案例的分(fen)析技改，可(ke)以看出多(duo)孔平衡流(liu)量計設備(bei)性能的良(liang)好發揮與(yu)諸多因素(su)相關，在實(shi)際應用中(zhong)，我們😍要綜(zong)合考慮、全(quan)面衡量，将(jiang)影響因素(su)降至最低(di)。
4.1充分考慮(lü)安裝位置(zhi)選擇對流(liu)量測量的(de)影響
　　當測(ce)量介質爲(wei)蒸汽或水(shui)時，要考慮(lü)管道長度(du)、管道壓力(li)及管道内(nei)流體雜質(zhi)的影響，安(an)裝方式首(shou)選斜向下(xia)45°角度。在測(ce)量蒸汽介(jie)質流量時(shi)，溫壓補償(chang)的投用、管(guan)道額定壓(ya)力的确保(bao)、疏水閥的(de)安裝均有(you)助于流量(liang)測量的穩(wen)定精準。同(tong)時，U型管的(de)氣泡渦流(liu)需充🌈分考(kao)慮，從使用(yong)經驗來看(kan)，U型管中的(de)垂直下降(jiang)管和低點(dian)位直管💋均(jun)不是安裝(zhuang)位置，而上(shang)升管段或(huo)者斜管段(duan)在管壓作(zuo)用下，可産(chan)生更好的(de)測量穩定(ding)效果。
4.2充分(fen)考慮設計(ji)工藝與實(shi)際工況的(de)差異影響(xiang)
　　案例一多(duo)孔平衡流(liu)量計所測(ce)數據異常(chang)是由多重(zhong)因素導🌈緻(zhi)，筆者通過(guo)長時間現(xian)場觀察、比(bi)對實測數(shu)🈲據，提出了(le)解決問題(ti)的辦法。考(kao)慮到算式(shi)2中的大部(bu)分常數都(dou)是廠家特(te)定的，設備(bei)出廠都進(jin)行過數據(ju)校驗，而實(shi)🔞際工況中(zhong)大多數被(bei)🍓測流體并(bing)不是理想(xiang)✨狀态中的(de)流㊙️體，應用(yong)在測量蒸(zheng)汽流量時(shi)受外界幹(gan)擾影響的(de)因‼️素❤️比較(jiao)大。所以，筆(bi)者認爲，設(she)計此類流(liu)量計時，應(ying)充分考慮(lü)工藝管道(dao)的應㊙️用狀(zhuang)況、管道介(jie)🍓質特性對(dui)設計進行(hang)優化。如案(an)例一中設(she)計提供的(de)非貿易型(xing)流量計、進(jin)汽調節閥(fa)的安裝位(wei)置、溫壓補(bu)償的缺項(xiang)均不利于(yu)實際🍉生産(chan)，需對比實(shi)際運行進(jin)行調整。
5結(jie)束語
　　多孔(kong)平衡流量(liang)計相較于(yu)傳統節流(liu)裝置有着(zhe)無可比拟(ni)的優點，多(duo)個函數孔(kong)徑的設計(ji)能最大限(xian)度地将流(liu)場平❤️衡整(zheng)流成理想(xiang)流體，從而(er)充分發揮(hui)差壓🔞式流(liu)量👣計的優(you)勢。多孔平(ping)衡流量計(ji)因其獨特(te)的性能、較(jiao)高的穩定(ding)性和測量(liang)精度，以及(ji)較強的适(shi)應性🛀，廣泛(fan)适用于♈多(duo)種工藝場(chang)合。

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