大口径流量计在线检测技术探讨 (2).ppt
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1、1,大口径流量计在线检测技术探讨,张洪军 2014年9月杭州,报告内容,一、大口径流量测量特点和流量仪表 二、液体流量标准装置 三、大口径流量计在线检测,关于大流量的测量 随着工业发展,管道尺寸不断增大,同时带来大口径流量仪表测量问题,电磁流量计口径最大已经达3m,超声流量计已经能用到5-10m管道。 大口径流量计检测校准是一个难题。,一、大口径流量测量特点和流量仪表,电磁流量计 超声波流量计 节流式流量计 插入式流量计,1、大口径液体管路流量测量的特点和要求 管路口径大要求压损越小越好。一般不允许用局部缩径的方法提高流速。 流速一般都不高。新设计安装的管路,一般均选择经济流速。因为流速太低,
2、势必增加管路的投资,流速太高,会造成功力损耗大幅度增加,导致运行成本上升,都是不经济的。但有些老管路,由于增产的需要而提高了流速。 由于流速较低,流体中的污垢、淤泥等极易在管道内壁沉积。作系统设计时应考虑仪表与流体接触部分的清洗。,(一)大口径管路流量计-液体,测量范围度要求大。有些水管夜间和日间、冬季和夏季流量相差悬殊,多达1O-20倍,因此,这些水的流量计就要求范围度特别大。 防护等级要求高。大口径管路大多埋地敷设,为的是节省空间,在北方,也是防冻的需要。因此流量传感器大多被安装在仪表井内的管段上。由于雨水、井壁渗漏和管路外漏等原因常常引起井内水位上升而淹没流量传感器,所以设计时就应估计到
3、这种情况,选用防持续浸水影响的流量传感器,例如IP68的防护等级(由IEC(INTERNATIONAL ELECTROTECHNICAL COMMISSION)所起草。将电器依其防尘防湿气之特性加以分级。)。,2、仪表选型,(1)电磁流量计,工作原理:当导电的流体在磁场中以垂直方向流动而切割磁力线时,就会在管道两边的电极上产生感应电势,感应电势的大小与磁场的强度、流体的速度和流体垂直切割磁力线的有效长度成正比:,式中:E为感应电势;k为系数;B为磁场强度; D为管道直径;v为垂直于磁力线的流体流动速度;为仪表常数,电磁流量计设计示意图,电磁流量计在大口径水流量测量中占有极其重要的地位,这是因为
4、该种仪表具有下列特点。 a.无可动部件,可靠性高,长期稳定性好。 b.无附加阻力。这一点对大口径流量计有特别重要的意义 c.测量精确度高。典型产品在u1m/s时,精确度可达到0.3%R甚至0.2%R。 d.范围度大。保证精确度的范围度一般可达40:1,可测范围可达200:1,例如IFM系列产品,在v=0.06m/s时,基本误差仍可小于2%R。,e.直管段要求相对较低。对于大口径管路,这一点也很重要。有多种流量计要求前后直管达到30D,对于管径1m以上的管路,就意味着须具备30m以上的直管段,这在多数情况下难以满足。 f.有大口径产品。国内最大可提供DN3000的产品,从而能满足大口径水流量测量
5、的需要。 g.品种齐全。有防浸水型IP67及防持续浸水型IP68产品。 h.其不足之处是大口径产品价格高,而且口径越大价格增长得越快。尽管如此,像水厂、成品水和源水等计量,因牵涉到贸易结算,对计量精确度要求高,还是愿意花较多的钱选用电磁流量计。,电磁流量计选型、安装注意事项:,被测流体必须是导电的,不能小于水的电导率; 不能测量气体、蒸汽和石油制品等的流量; 由于衬里材料的限制,一般使用温度为0200; 因电极嵌装在测量导管上的,使工作压力限制。,使用地点不应有强磁场干扰; 管道充满流体; 前5D、后3D直管段。 衬里的确定:主要考虑耐腐蚀性、耐磨性和流体温度; 电极的选定:考虑腐蚀性,压力状
6、况等; 使用非金属管道应使用接地环。,西门子,ABB,罗斯蒙特,日本横河,主要品牌,(2)超声波流量计,工作原理:,当超声波在流体中传播时,会载带流体流速的信息。因此,根据对接收到的超声波信号进行分析计算,可以检测到流体的流速,进而可以得到流量值。超声波流量测量方法有很多:,按测量原理分为:,多普勒式,相关法,传播速度差 (时差法、频差法、相差法),时差法测量原理 超声换能器(超声探头)压电陶瓷片 接收超声波:压电效应; 发射超声波:逆压电效应;,流速u 声速c,探头一般均具有双功能,声路角,频差法测量原理 通过测量脉冲超声波顺流声循环和逆流声循环的频率差来测流量。一个声循环周期为:,顺流时,
7、逆流时,一对超声换能器,在一定的时间间隔内交替作为发射和接收器。,当45时,实际上:,本质与时差法相同,讨 论 a. 频差法测得的是直径上的平均流速uD,求流量需要的是整个管道截面的平均流速uA, uA=f(uD) 函数关系随流型而变;,速度分布畸形,单弯管加装蜂窝整流器几何模型图,蜂窝整流器几何模型图,b. 脉冲超声波接收-门限电平法 与介质对超声波衰减程度相关介质洁净; c. 管壁内外干净,否则衰减太大。,门限电平,超声波周期,当超声波束打在一粒子上,发射超声波f1,粒子接收f2,存在散射粒子 (介质非洁净,污水测量),连续超声波,工作条件,粒子又以f2的频率反射出去,接收器接到的频率为f
8、s,多普勒法测量原理,接收与发射超声波频率之差为,流体流速,上式中含有声速c,它的变化直接影响流速的测量,在多普勒流量计中一般采用声楔处理这一问题。,根据折射定理 (Snall斯纳尔定律),声楔是固定材料,c1变化较小,而且尽量选择声速稳定的材料作为声楔材料。,讨 论 a. 测量的是粒子、气泡等散射体速度,而不是流体速度; b. 测量的点速度与管道横截面速度是有区别的。,超声流量计在大口径管路的流量测量中 占有重要地位,原因如下。 a.超声流量计中的夹装式,其价格与口径无关,用来测量大口径管路流量,投资较省。 b.超声流量计能得到的测量精确度同管径有关,管径越大,有可能得到的精确度越高。有的供
9、应商能提供带测量管的多声道时差式超声流量计,精确度最高可达O.15级,但价格也相应升高。 c.既可测量导电液体,如水等,也可测量不导电液体。现在有很多单位添置数台携带式(时差法)超声流量计用于现场较大口径液体流量计比对,一般都收到较好的效果。在DN150mm、v0.3m/s时,精确度可达2%R。,超声流量计安装使用注意事项 管道内外壁干净,需足够长的直管段; 传播速度差法流量计需介质洁净,而多普勒流量计需有散射粒子,适于污水和含气泡的液体; 外贴式超声波流量计定期检查换能器是否松动,与管道之间的粘合剂是否良好; 插入式超声波流量计定期清理探头上沉积的杂质、水垢及检查有无漏水现象; 一体式超声波
10、流量计检查流量计与管道之间的法兰连接是否良好,并考虑现场温度和湿度对其电子部件的影响。,故障诊断 现象:示值不准;无示值;流量为负;流量波动大; 原因: 1.测量点位置选择如测量点非满管流,内部锈蚀,直管段长度不够或上游存在扰动源可导致 ; 2.换能器安装如换能器与管道间有锈斑、耦合剂涂不均匀或换能器安装偏离管线正侧面可导致 ; 3.电缆连接上下游换能器电缆若接反可导致; 4.数据设置管道参数如管径、安装角度需精确测量后置入仪表,否则导致。,国外主要厂商产品介绍 德国KROHNE 高精度; 低功耗1 W,可使用太阳能; DN80流速上限 57 m/s; DN400流速上限 30 m/s; 示值
11、误差 0.2%; 重复性 0.2;,ALTOSONIC IV,4声道气体超声流量计,独特的三声道截面设计; 传感器专利设计; 数字信号处理(DSP); 流速测量范围020 m/s; 当流速大于0.5 m/s时,示值误差 0.5%; 当流速小于0.5 m/s时,绝对误差为2.5 mm/s 重复性 0.2;,UFM 3030,KROHNE,3声道液体超声流量计,两声道通用型: 工艺流程的气体超声流量计 强化结构,保护罩; 全金属微型传感器; DN50流速上限57 m/s; DN600流速上限30 m/s; 低功耗1 W; 示值误差 1%; 重复性 0.2;,OPTISONIC 7060,KROHN
12、E,双声道便携式超声流量计 外贴式安装方便; 32位流量计算机 ; 宽脉冲时差式和多普勒两用 ; 基本精度 1%;,1010WP,美国康乐创CONTROLOTRON,英国MICRONICS 便携式液体超声流量计 带图表显示功能LCD; 覆膜触摸式按键16个; 管径范围:50-1000 mm ; 流速:0.12-12.39 m/s ; 重复性:0.5%; 读数误差:1-3% ; 长度:236 mm; 宽度:125 mm; 高度:41 mm; 重量:小于1.5 kg;,日本富士电机FUJI 新式脉冲多普勒法与 传播时间差法并用的 新一代混合型超声波流量计 脉冲多普勒方式 : 流速范围:00.3 m
13、/s4 m/s; 精度:0.51.0。 传播时间差方式: 流速范围: 00.3m/s32m/s; 精度:1.01.5。,FSH/FSW,国内主要厂商产品介绍 北京昌民 多声道气体超声流量计 具有国际专利的非实流 标定技术(干标) 流速范围:0.535 m/s; 准确度等级:0.5级; 重复性: 0.2; 功率:15W;,URG-1000,非满管型超声流量计,URG-1010,北京昌民,增加液位计测量液位,计算出实际流体的截面积,从而计算流量。,唐山汇中,浙江天信,TLU、TLU-A型超声水表,TLU-B型超声水表,技术参数(一),管径范围:DN50DN200; 准确度等级:1级、2级可选; 量
14、程比(Q3/Q1):TLU:100; 工业计量使用 TLU-A:400;直通 TLU-B:500;缩径,带整流器 测量介质:水及其他均质液体, 壳体材质: TLU为铸钢; TLU-A为球墨铸铁,表面处理工艺:水基环保漆; TLU-B为铸铝101A,热处理T6,表面防腐处理阳极氧化,技术参数(二),最大允许工作压力:1.6MPa; 温度等级:T50 (0.1 50 ); 气候环境等级:C 级 (室外安装); 电磁环境等级:E1 级; 防护等级:IP68(潜水型); 工作电源:内电源和外部电源可单独或混合供电; 内电源:功耗 0.00072W,单节锂电池,可连续工作8年以上,可更换; 外电源:DC
15、 24V(10%),功耗0.8W。,三峡工程中水流量测量,三峡工程中水流量测量,它是目前工业生产过程中流量测量最成熟、最常用的方法之一。 节流流量计是基于流体流动的节流原理,即在管道中安装一个比管道截面小比并带孔的阻件,当流体流过该阻件的孔时,由于流体流束的收缩而使流速加快、静压力降低,其结果是在阻件前后产生一个较大的压差。 标准节流件包括标准孔板、标准喷嘴和标准文丘里管。,(3)节流流量计,节流式流量计特点,测量对象:流体方面,单相、混相、洁净、脏污; 工作状态:常压、高压、真空、常温、高温、低温; 管径方面:从几毫米到几米;,节流式特点: 结构简单、使用寿命长,适应能力强, 几乎能测量各种
16、工况下的流量。,节流式流量计,孔板,引压管,差压计,应用非常广泛。,节流式流量计的使用特点和要求,标准孔板应用广泛,它具有结构简单、安装方便的特点,适用于大流量的测量。 孔板测量的压损大,当不允许有较大的管道压损时,便不宜采用。在一般场合下,仍采用孔板为多。 标准喷嘴和标准文丘里管的压力损失较孔板为小,但结构比较复杂,不易加工。 标准节流装置仅适用于测量管道直径大于50mm,雷诺数在104105以上的流体; 流体应当清洁,充满全部管道,不发生相变;,上述电磁、超声和节流式流量计用在大口径管道上,固然很好,但价格较贵、装置笨重,因此,在测量精确度要求不高的场合,插入式流量计就成为受欢迎的方法。
17、插入式流量计的价格只及满管流量计的几分之一到十几分之一,是流量计的一种补充。另外,重量轻,压损小,易于安装和维修,是这种流量计的另一优点。 在大口径管路流量计中,由于流速普遍较低,泥沙、污垢等容易在仪表表面沉积,因此,插入式流量计常常带配套球阀,实现在不断流情况下拆下仪表维护和检查,从而提高测量系统的可靠性。,(4)插入式流量计,插入式仪表有点流速计型和径流速计型。其中插入式涡街、 涡轮、电磁流量传感器以及皮托管等属点流速计型。差压式均速管流量传感器、热式均速管流量传感器等为径流速型。,插入式涡轮流量计。 价格较低,适合测量洁净液体的流量。流体中含固体颗粒或黏稠物时,极易导致涡轮卡滞。流体中夹
18、带的纤维、四氟生料带之类的异物,极易绕在涡轮叶片上,导致流量系数改变,而大口径管路上要加装网目数满足要求的过滤器又不大现实,因而影响了人们对该种仪表的选用。,均速管流量计,均速管可以测取管道截面几个等面积圆环的速度平均值,即平均动压头。,将平均总压头和静压头接到差压计或差压变送器,测出二者之压差便是平均动压头,根据平均动压头可求出流体的流量。,均速管流量探头主要有阿牛巴(Annubar)、威力巴(Vrabar)、威尔巴(Wellbar)、德尔塔巴(Deltaflow)、托巴(Torbar)、双D巴等几种。 结构简单,插入式探头,测量气体、蒸汽和液体的流量, 管道内径: 从十几毫米到几米, 测量
19、准确度通常为13。 均速管尚未标准化,应经过标定后才能使用。,常见的阿牛巴流量计,阿牛巴流量计,威尔巴(Wellbar)流量计,威尔流量计采用截面形状如子弹头形的探头,威尔巴流量计作为一种差压式流量测量仪表,流体流过的流量与差压的平方根成比例关系,与节流式流量计类似。,均速管流量计优缺点 这种流量计在大口径水流量测量中用得较多。主要原因是结构简单,价格便宜,维修方便。 这种仪表的不足之处如下。 a.水中泥沙易将取样孔堵死而引起故障,因此应视流体中泥沙含量多少决定引压管排污扫线周期。并在选阀和配管时,考虑拆卸和疏通的方便。 b.相对流量较小时,误差增大。因此只适合一般检测和过程控制。 c.标定困
20、难。JJG 640检定规程规定,差压式均速管流量计必须经过流量系数的逐台检定。,在水平管上的安装位置。对于埋地敷设的大口径管道,均速管要安装在仪表井中,而配套的差压计为了避免浸入水中,一般均安装在地面上方。仪表投运时,分别打开差压变送器的高低压室上排气口,排尽引压管中的气体,均速管测量到的信号就能准确地传递到变送器。,涡街流量计,卡曼涡街原理,涡街发生体,压电传感器,d,V,f,线性区,斯特劳哈尔数St,雷诺数Re,在一定雷诺数Re范围内, 斯特劳哈尔数St为常数,f = 旋涡频率 St = 斯特劳哈尔数 v = 流体流速 d = 涡街发生体特征宽度,f = St . v d,Re = 雷诺数
21、 D = 仪表口径 v = 运动黏度,D,Re =,v D,v,.,涡街流量计TRIO-WIRL V_ VT4000 一体型,技术参数: 适于测量液体,气体及蒸汽 口径: DN 15, 25, 40, 50, 80, 100, 150, 200, 250, 300 材质: CrNi 1.4571 (可选Hast. C) 连接方式:法兰,夹持 耐压等级:PN10-PN40,可选PN160 ANSI150/300,可选600lbs 温度范围:- 55400 防护等级:IP67 防爆证书:EEx ib IIC T4或 EEx d ib IIC T 电流输出:4-20mA 自带接点输出 电源: 14-
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