流量測(cè)量?jī)x表選型須知

　　通過(guò)分析流量測(cè)量原理、現(xiàn)場(chǎng)條件及測(cè)量要求,正確地選用流量?jī)x表,使選購(gòu)的儀表性能滿足實(shí)際運(yùn)行參數(shù)要求,達(dá)到準(zhǔn)確計(jì)量的目的。本文結(jié)合筆者幾年的工作實(shí)踐,談一下流量測(cè)量?jī)x表的選用。

　　1　首先確定是否需要安裝流量?jī)x表

　　如果僅希望知道管道中流體是否在輸送流動(dòng),觀測(cè)其大體流量,那么選用流動(dòng)窺視窗或流動(dòng)指示器就能以較低費(fèi)用達(dá)到這一目的。由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,國(guó)內(nèi)流量?jī)x表制造業(yè)對(duì)窺視窗和流動(dòng)指示器重視宣傳不夠,僅有幾個(gè)企業(yè)提供產(chǎn)品,反觀從國(guó)外引進(jìn)石化、汽輪機(jī)等成套設(shè)備中,在較多的工位上裝有流動(dòng)窺視窗或指示器。

　　如果測(cè)量要求高,則需要安裝一臺(tái)流量?jī)x表。應(yīng)充分利用現(xiàn)場(chǎng)條件,不一定要專門安裝流量傳感器,可利用管道系統(tǒng)中彎管,也可測(cè)量有其它阻流體管段(如T型管)的壓力降,通常也可達(dá)到同樣目的。流量和差壓間的關(guān)系,可通過(guò)作一些簡(jiǎn)化假設(shè)計(jì)算(如彎管),或用外夾裝便攜式超聲流量計(jì)在該阻力管段的上游(或下游)管系合適位置在線比較校驗(yàn)。

　　2　分析因素

　　收集各類儀表樣本、技術(shù)數(shù)據(jù)和選用手冊(cè)等,充分了解各類儀表規(guī)范性能;再分別按性能要求和儀表規(guī)范、流體特性、安裝場(chǎng)所、環(huán)境條件和經(jīng)濟(jì)適用五個(gè)方面因素,按后面所提出的問(wèn)題,逐一分析,列表比較。不同測(cè)量對(duì)象有各自測(cè)量目的,在儀表性能方面有其不同側(cè)重點(diǎn)。例如商貿(mào)核算和儲(chǔ)運(yùn)對(duì)精確度要求較高;連續(xù)測(cè)量過(guò)程控制通常要求良好的可靠性和重復(fù)性,有時(shí)還要求較寬的測(cè)量范圍,而將測(cè)量精確度要求放在次要地位;批量配比生產(chǎn)則希望有好的精確度等?？紤]順序一般先從“性能要求和儀表規(guī)范”開(kāi)始,適當(dāng)考慮其他因素。若認(rèn)為“經(jīng)濟(jì)因素”是主要因素(如大管徑輸送要求泵送費(fèi)用低、商貿(mào)核算要求測(cè)量誤差小),則其他因素為次要因素。

　　3　精確度

　　流體測(cè)量中如不是單純計(jì)量總量,而是應(yīng)用在流量控制系統(tǒng)中,則檢測(cè)儀表精確度的確定要在整個(gè)系統(tǒng)控制精確度要求下進(jìn)行,因?yàn)檎麄€(gè)系統(tǒng)不僅有流量檢測(cè)的誤差,還包含有信號(hào)傳輸、控制調(diào)節(jié)、操作執(zhí)行等環(huán)節(jié)的誤差和各種影響因素,如操作執(zhí)行環(huán)節(jié)往往有2%左右的回差,對(duì)測(cè)量?jī)x表確定過(guò)高的精確度(比如說(shuō)0·5級(jí))是不合理和不經(jīng)濟(jì)的。就流量?jī)x表本身而言,檢測(cè)元件(或傳感器)和轉(zhuǎn)換顯示儀表之間的精確度亦應(yīng)適當(dāng)確定,如未經(jīng)實(shí)流標(biāo)定均速管、楔形管、彎管等差壓裝置誤差在0·5%~5%之間,選用高精度差壓計(jì)與之相配也就沒(méi)有意義了(目前我廠所用的ROSEMOUNT3051標(biāo)示誤差在0·075%)。

　　流量?jī)x表規(guī)范所示的精確度等級(jí)是在某一較寬流量范圍內(nèi),如果使用條件在某一特定流量或很狹窄的流量范圍,此時(shí)使用的測(cè)量精確度可比規(guī)定值高;如能在此測(cè)量點(diǎn)專門標(biāo)定,可提高精確度,比如說(shuō)從0·5級(jí)提高到0·25級(jí)或更高。用于商貿(mào)核算、儲(chǔ)運(yùn)和物料平衡要求較高精確度時(shí),還應(yīng)考慮精確度的持久性,是否易于重新校驗(yàn)等關(guān)鍵因素,以及是否有在線校驗(yàn)的可能。

　　4　重復(fù)性

　　重復(fù)性在過(guò)程控制應(yīng)用中是很重要的指標(biāo),由儀器本身原理與制造質(zhì)量所決定,而精確度除取決于重復(fù)性外,尚與量值標(biāo)定系統(tǒng)有關(guān)。嚴(yán)格地說(shuō)重復(fù)性是指環(huán)境條件、介質(zhì)參量等不變情況下,對(duì)某一流量值一段時(shí)間內(nèi)同方向進(jìn)行多次測(cè)量的一致性。然而實(shí)際應(yīng)用中,儀表優(yōu)良的重復(fù)性受許多因素包括流體粘度、密度等變化影響,往往被誤認(rèn)為儀表重復(fù)性不好。因此有參量變化的場(chǎng)所,不要選擇對(duì)此參量變化敏感的儀表。例如浮子流量計(jì)易受流體密度影響,渦輪流量計(jì)用于高粘度測(cè)量時(shí)易受流體粘度影響等。若儀表輸出特性是非線性的,則影響更為突出。

　　5　線性度

　　流量?jī)x表輸出主要有線性和平方根非線性兩種。大部分流量?jī)x表的非線性誤差不列出單獨(dú)指標(biāo),而包含在基本誤差內(nèi)。然而對(duì)于寬流量范圍脈沖輸出用作總量積算的儀表,線性度是一個(gè)重要指標(biāo),在流量范圍內(nèi)使用同一個(gè)儀表常數(shù),線性度差可能就要降低儀表精確度。隨著微處理器技術(shù)的發(fā)展,可采用信號(hào)適配技術(shù)修正儀表系統(tǒng)非線性,從而提高儀表精確度和擴(kuò)展流量范圍。

　　6　上限流量和流量范圍

　　上限流量也稱滿度流量。選擇流量?jī)x表的口徑應(yīng)按被測(cè)管道使用的流量范圍和被選儀表的上限流量和下限流量來(lái)選配,而不是簡(jiǎn)單地按管道通徑配用。通常設(shè)計(jì)管道流體最大流速是按經(jīng)濟(jì)流速來(lái)確定的。因?yàn)榱魉龠x擇過(guò)低,管徑粗,投資大,流速過(guò)高則輸送功率大,增加運(yùn)行費(fèi)用。例如水等低粘度液體經(jīng)濟(jì)流速為1·5~3m/s,高粘度液體經(jīng)濟(jì)流速為0·2~1m/s。大部分流量?jī)x表上限流量的流速接近或略高于管道經(jīng)濟(jì)流速,因此儀表選擇口徑與管徑相同的機(jī)會(huì)較多,安裝就比較方便。如不相同也不會(huì)相差太多,一般相差一檔規(guī)格,采用異徑管連接。同一口徑不同類型的儀表上限流量受各自工作原理和結(jié)構(gòu)的約束,差別很大。有些儀表流量上限值訂購(gòu)后就不能改變,如容積式儀表和浮子式儀表等;差壓式儀表孔板等設(shè)計(jì)確定后下限流量不能改變,但流量上限變化可以調(diào)整差壓變送器量程來(lái)適應(yīng);有些儀表則不經(jīng)實(shí)流校驗(yàn)用戶可自行重新設(shè)定流量上限值,如某些型號(hào)的電磁流量計(jì)和超聲流量計(jì)。

　　7　范圍度

　　范圍度為上限流量和下限流量的比值,其值愈大流量范圍愈寬。線性儀表有較大范圍度,一般為10∶1;非線性儀表則較小,通常僅3∶1,能滿足一般過(guò)程控制用流量測(cè)量和商貿(mào)核算總量計(jì)量。但有些商貿(mào)核算用儀表要求較寬的范圍度,例如公用事業(yè)自來(lái)水量計(jì)量的晝夜和冬夏季節(jié)差很大,就要求很寬的范圍度。差壓式儀表范圍度拓寬近年有一些突破,主要在差壓變送器及微機(jī)技術(shù)應(yīng)用方面采取措施,亦可達(dá)10∶1,不過(guò)儀表價(jià)格要高出一倍多。某些型號(hào)的電磁流量計(jì)用戶可自行調(diào)整流量上限值,上限可調(diào)比(最大上限值和最小上限值之比)可達(dá)10,再乘上所設(shè)定上限20∶1的范圍度,一臺(tái)儀表擴(kuò)展意義的范圍度(即考慮上限可調(diào)比)可達(dá)(50~200)∶1,還有些型號(hào)儀表具有自動(dòng)切換上限流量值功能。有些制造廠為表示其范圍度寬,把最大上限流量的流速提得很高,液體7~10m/s,氣體50~75m/s,實(shí)際上這么高的流速一般是用不上的,關(guān)鍵是下限流速是否適應(yīng)測(cè)量要求,一般要求范圍度寬下限流速更低些才好。

　　8　壓力損失

　　除無(wú)阻礙流量傳感器(電磁式、超聲式等)外,大部分流量傳感器或要改變流動(dòng)方向,或在流通管道中設(shè)置靜止的或活動(dòng)的檢測(cè)元件,從而產(chǎn)生隨流量而變的不能恢復(fù)的壓力損失,其值有時(shí)高達(dá)數(shù)10kPa。而泵送能耗與壓損及流體密度、流量成正比,因選擇不當(dāng)而產(chǎn)生過(guò)大的壓力損失往往影響流程效率。管徑大于500mm輸水用流量?jī)x表,應(yīng)考慮壓損所造成能量損耗,勿使壓損過(guò)大而增加泵送費(fèi)用,壓力損失較大的儀表短短幾年為測(cè)量付出的泵送費(fèi)用往往超過(guò)低壓損價(jià)格較貴儀表的購(gòu)置運(yùn)行等費(fèi)用。

　　9　響應(yīng)時(shí)間

　　應(yīng)用于脈動(dòng)流動(dòng)場(chǎng)所應(yīng)注意儀表對(duì)流動(dòng)階躍變化的響應(yīng)。有些使用場(chǎng)所要求儀表輸出跟隨流動(dòng)變化,而另一些為獲得綜合平均只要求有較慢響應(yīng)的輸出。瞬態(tài)響應(yīng)常以時(shí)間常數(shù)或響應(yīng)頻率表示,其值前者從幾毫秒到幾秒,后者在數(shù)百赫茲以下,配用顯示儀表可能相當(dāng)大地延長(zhǎng)響應(yīng)時(shí)間,儀表的流量上升和下降動(dòng)態(tài)響應(yīng)不對(duì)稱會(huì)急劇增加測(cè)量誤差。

　　綜上所述,流量?jī)x表的選用是一項(xiàng)系統(tǒng)工程,對(duì)某一具體應(yīng)用場(chǎng)所可以采用的儀表可能有幾種方案,在選擇時(shí)只憑以往經(jīng)驗(yàn)和單純考慮初裝費(fèi)用貿(mào)然作出決定,可能會(huì)失去選擇最適合儀表的機(jī)會(huì)。因此,在流量測(cè)量設(shè)計(jì)中,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)狀況選購(gòu)的儀表性能正好能滿足實(shí)際運(yùn)行參數(shù)要求,才能使其充分發(fā)揮作用,達(dá)到準(zhǔn)確計(jì)量的目的。