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流量测量应用技术的进展

作者: 时间:2013-09-30 来源:网络 收藏


2. 非满管电磁流量计[6]

非满管电磁流量计的问世,使非满管圆形管的测量误差从传统槽式流量仪表的3%~5%FS降低到1%~2%FS。自1992年Fischer+Porter公司首家向人们展示非满管电磁流量计以来,迄今共有4家制造厂的4种型号仪表推向市场。口径范围为150~1000mm。

非满管电磁流量计仍以法拉弟电磁感应定律测量流速,再利用某种方法测量流通截面液位高度从而求得流通面积,两者相乘获得流量。上述4种型号仪表中有两种型号产品是利用上下两组激磁线圈串接激磁和单线圈激磁(或正向和反向串接激磁),产生两种磁场分布和强度,测得两个流量信号,两者之间的比与液位高度有一定函数关系,间接求得液位高度。第3种型号的两激磁线圆轴线处于水平线,磁力线与地平线平行,一个电极置于测量管底部,流量信号取其与测量管端部接地环间电位差,该电位差与液位高度、流速两者均成比例,不需作液位高度与流速演算就可得流量,第4种型号液位高度的测量原理与电容式液位计相同。

由于国内尚无非满管电磁流量计生产,国外厂商及其代理要价甚高,为传统仪表的二三倍以上。

除上述流量传感器外形与传统结构相似的非满管电磁流量计外,还有以电磁流速检测元件和固态液位检测元件组成一体的扁平型传感器,置于安装环的底部,安装环放进待测流量的非满管管道内。上海苏州河污水治理工程曾尝试用于测量污水流量。

3. 低电导率电磁流量计

低电导率电磁流量计的电极不与被测液体接触,大面积电极紧贴衬里外壁,以电容耦合方式检测流量信号,可测量比传统仪表低2~3个数量级,即可测电导率≥5×10-8S/cm的液体,例如纯水、液氨(不是氨水)、甘油、乙二醇等,以前不能测量或测量困难的液体,国外产品也有称之为无电极电磁流量计者。

这种仪表在衬里有绝缘层生成的情况下仍能工作,若用传统接触电极电磁流量计,电极表面将被绝缘层覆盖使电路断路而无法工作,这一优点在扩大应用范围所起的作用,更大于降低电导率所起作用。

四、 流量传感器多参数测量

所谓多参数测量,即利用传感元件从被测对象按不同物理现象感受到一个以上变量,使流量传感(变送)器功能扩展。例如科里奥利质量流量计测量振动管频率相位差,得到质量流量;测振动管谐振频率得密度。或者在流量传感器加另一传感元件(或传感器)测量另一个变量,扩展功能或补偿另一个变量受其他量的影响,提高测量精度等性能。

1. 差压变送器

新颖的差压变送器可同时测量差压、静压和温度,并经计算单元作气体压力、温度修正,或测气体质量流量。这已为人们所熟悉,减少了独立的传感器数量,简化管线工程,降低安装费用;减少管线开孔,降低潜在泄露点,提高整体可靠性。

2. 科里奥利质量流量计

科里奥利质量流量计利用测量管二半部分振动频率相位差正比于质量流量以测流量,利用测量管谐振频率与管中被测介质密度间的函数关系求取密度。科里奥利质量流量计还从两个基本参数质量流量qm和密度ρ衍生得出体积流量qv;若被测液体是两种有一定密度差的混合液体,还可经密度演算得出一种液体在混合液中的浓度。

例如江苏油田用科里奥利质量流量计测量井口出油经气液分离后的油水混合液的质量流量,在测量的同时测出油含量浓度,经演算获得原油质量流量,已有5年以上的使用经验。又如在给水工业测量凝聚剂硫酸铝(明矾)浓度,求取硫酸铝贸易交接总量,防止仅测溶液质量流量时供方有意稀释的渗假行为。

在流程工业中还可利用密度测量控制容器内混合配比或反应过程是否达到期所需浓度;也可以判断管道中所流液体类别,指令分流到下游各自管系[10 22]。

3. 超声流量计

超声流量计利用超声波在不同液体中传播速度之间有差别的物性(例如石油声速为1295m/s,水为1388m/s),在测量流量的同时鉴别管道中液体类别。例如:欧洲在船舶卸油入库常用超声流量计测量入库流量,同时判断输送的液体是石油还是油船的仓底水。

英国Cranfield大学研究试图用于航空业的超声质量流量计,它是在传播时间法超声体积流量计的基础上,再利用超声测得第二参量液体阻抗和密度,演算得质量流量。原型样机水油实验表明,流量1800kg/h范围度50:1时可获±1%的精度。

4. 涡街流量计

涡街流量计利用旋涡发生体产生的卡门旋涡频率f和流速v成正比的原理求得体积流量qv=k1VA(其中k1为系数,A为流通面积),再利用旋涡发生体受到的与ρv2成正比的振荡升力F=K2ρv2(其中k1为系数,ρ为密度),两者相除得质量流量qm=(k2ρv2/k1v)A=k3ρv(其中k3为系数)。日本横河电机已推出这类涡街式质量流量计。

我国重庆工业自动化仪表研究所则利用旋涡发生体形成差压(ΔP)与ρv2的关系,配以差压变送器取得第二参数,作上述相似演算,求取质量流量。该研究所已有LUHG型涡街差压质量流量计推向市场。

五、重视经济效益

流过流量仪表的能源和物料都是昂贵的资源,人们重视应用流量仪表后的整体经济效益,选用流量仪表经济因素常处下主导地位。流量仪表的经济效益分为三个层次:第一层次是仪表测量误差引起多付或少收的损失;第二层次是运行费用,包括泵送能耗费,定期校准费和维修费;第三层次是初装费用,包括仪表购置费、管线配件费和工程调试费等。

1. 减少仪表测量误差引起的损失

对储存交接、贸易结算等使用的仪表,用户总是选择测量精度最高的仪表。关键测量工作所使用的仪表即使其价格昂贵至数十万元仍愿采用,因为与所减少的损失相比,还是一个小数。

30年前相对高精度流量仪表的基本误差普遍为(1%~1.5%)FS,最高为0.5%R,到当代则普遍为(0.5%~1%)R,最高为(0.1%~0.5%)R。但实际上应综合考虑测量系统各环节的精度,例如非实流校准的标准孔板的不确定度为1%~1.5%,若选用0.1%差压变送器的实际意义不大,配用0.5%者足矣!

输送交接管线物料除选用高精度仪表外,还非常普遍实行发送方和接收方各装一台仪表的双表制,相互核对。即使测量废污水也常如此,因为污水治理单位收取的污水处理费常数倍甚至十余倍洁净生活和工业用水的价格。

2. 降低运行费用

为降低流量传感器因测量产生压力损失的泵送能耗费,有采有无压损或低压损仪表的趋势,特别是大管径水量输送,无论水厂出厂水还是进厂江河原水的财务结算交接计量,无不用无压损的电磁流量计和超声流量计;流程控制的则用低压损的插入式仪表。笔者曾试算1m管径文丘利管差压流量计一年泵送能耗费足够购置一台中等价格的电磁流量计。


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