氬氣流量計(jì)在熱電廠蒸汽測量中的應(yīng)用
點(diǎn)擊次數(shù)：1802 發(fā)布時(shí)間：2021-01-08 05:31:34
一、氬氣流量計(jì)的工作原理：
渦街流量的工作原理可見圖1所示。旋渦列在旋渦發(fā)生體下游非對稱地排列。設(shè)旋渦的發(fā)生頻率為f,被測介質(zhì)來流的平均速度為U,旋渦發(fā)生體迎面寬度為d,表體通徑為D,根據(jù)卡門渦街原理,有如下關(guān)系式:
f=SrU1/d=SrU/md(1)
式中U1--旋渦發(fā)生體兩側(cè)平均流速,m/s;
Sr--斯特勞哈爾數(shù);
m--旋渦發(fā)生體兩側(cè)弓形面積與管道橫截面
面積之比:
管道內(nèi)體積流量q為:
q=πD2U/4=πD2mdf/4Sr(2)
K=f/q=[πD2md/4Sr]-1 (3)
q=f/K=f/[πD2md/4Sr]-1 (4)
在渦街流量表中,旋渦發(fā)生體、管道的幾何尺寸決定了儀表的K值,而斯特勞哈爾數(shù)與旋渦發(fā)生體形狀及雷諾數(shù)有關(guān),圓柱狀旋渦發(fā)生體的斯特勞哈爾數(shù)與管道雷諾數(shù)的關(guān)系如圖2所示。
顯然,在ReD=2×104～7×106范圍內(nèi)的雷諾數(shù)可視為常數(shù),這使得儀表在此范圍內(nèi)可以正常工作。因此,可以通過裝在柱體內(nèi)部的壓電探頭測量流體出的頻率,經(jīng)過放大后變成脈沖信號,從而計(jì)算出流體的流量。
二、 氬氣流量計(jì)在我廠的使用情況
氬氣流量計(jì)在我廠已有十幾年的使用歷史。由于具有結(jié)構(gòu)簡單、測量范圍寬、安裝方便、日常維護(hù)費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn),氬氣流量計(jì)的用戶中數(shù)量已從*初十幾戶發(fā)展到現(xiàn)在四十幾戶。熱用戶流量表型號的統(tǒng)一也有利于電廠人員日常維護(hù)及管理。隨著電子技術(shù)的發(fā)展,流量計(jì)由*初的分體式發(fā)展到現(xiàn)在的一體化智能式。而日常巡視制度的完善、儀表檢測手段的提升、遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的建立也為氬氣流量計(jì)的正常運(yùn)行提供了有力保障。
三、 氬氣流量計(jì)的選型
在熱網(wǎng)中,各類用戶的生產(chǎn)方式差異很大,有的用戶連續(xù)生產(chǎn),終年熱負(fù)荷都很穩(wěn)定;有的用戶負(fù)荷隨季節(jié)變化較明顯,如以采暖設(shè)備為主要負(fù)荷的用戶,夏季流量與冬季流量相差較大;而另一類用戶,僅單班生產(chǎn),多數(shù)時(shí)間熱負(fù)荷為零。但總的來說,范圍度是這種用途的儀表須考慮的重要問題。在熱網(wǎng)的測量應(yīng)用中,一般主要考慮測量飽和蒸汽的流量不得低于氬氣流量計(jì)的下限,以滿足流體流速不得低于5m/s。用戶端的管道一般在設(shè)計(jì)上可供幾個(gè)設(shè)備同時(shí)使用,但有時(shí)候由于生產(chǎn)需要部分設(shè)備不使用,使用汽流量減小,實(shí)際造成原設(shè)計(jì)選型口徑過大,相當(dāng)于提高了可測的流量下限,當(dāng)管道小流量時(shí)指示無法保證儀表的精度。因此,要盡量采用小點(diǎn)的口徑,以保證測量精度。
氬氣流量計(jì)的選型是用好流量計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。有些場所由于工藝由于管道沒有充滿介質(zhì),而用戶不愿意縮管,甚至超出了所選流量計(jì)的使用范圍而無法測量。因此流量計(jì)選型時(shí)應(yīng)先初步估算,結(jié)合溫度和壓力再計(jì)算出流量范圍,按照流量范圍再選擇流量計(jì)的口徑,避免處于測量的下限而導(dǎo)致測量精度的大大降低。氬氣流量計(jì)的儀表口徑及規(guī)格要遵循以下原則進(jìn)行選擇:
(1)明確流體的名稱、成分。(2)明確工作狀態(tài)的*大、常用、*小流量。(3)明確*高、常用、*低工作壓力和工作溫度。(4)工作狀態(tài)下介質(zhì)的黏度。(5)根據(jù)被測流體狀態(tài)的不同(液體、氣體、蒸汽)進(jìn)行儀表流量范圍、口徑大小的計(jì)算與選擇。
四、 氬氣流量計(jì)的安裝
氬氣流量計(jì)的安裝也是使用中的重要環(huán)節(jié),如果安裝不當(dāng),不僅影響測量的精度,而且會影響儀表的壽命,甚至損壞儀表。氬氣流量計(jì)的安裝一般遵守以下要求:
(1)安裝場所和環(huán)境的選擇:要避開大功率電器、高頻設(shè)備及高壓線及強(qiáng)電源開關(guān)設(shè)備;周圍不能有高溫高輻射設(shè)備,電源應(yīng)不能和大電機(jī)同路且應(yīng)有可靠接地;避開強(qiáng)烈震動場所。
(2)流量計(jì)前有彎頭、口徑變管、閥門時(shí),流量計(jì)的上下游必須有夠的直管段,其長度要求如圖3所示。
(3)在水平管道上,若被測氣體中含有少量的液體,傳感器應(yīng)安裝在管線的較高處;相反,則傳感器應(yīng)安裝在管線的較低處。
(4)在垂直管道上,若被測氣體中含有少量的液體,傳感器的流向應(yīng)由下向上;相反,傳感器的流向應(yīng)該由上往下,這樣不會將液體重量額外附加在探頭上。
(5)測量過熱蒸汽,飽和蒸汽和低溫液體時(shí),若條件允許*好采用側(cè)裝,這樣流體的溫度對放大器的影響較小。
(6)當(dāng)需要在傳感器附近測量壓力和溫度時(shí),測壓點(diǎn)應(yīng)在傳感器下游的3-5D處,測溫點(diǎn)應(yīng)在傳感器下游的6-8D處。
五、氬氣流量計(jì)使用中應(yīng)注意的幾個(gè)問題
5.1 震動和干擾
氬氣流量計(jì)是一種基于震動原理的儀表,對機(jī)械震動、流體流動的震動特別敏感,因此應(yīng)避免安裝在強(qiáng)烈振動的管道上,以免影響測量精度,特別是管道的橫向振動會導(dǎo)致管道內(nèi)的流體隨之振動,從而使儀表產(chǎn)生附加誤差。振動幅度大于0.2g應(yīng)安裝減振支架。
空間高頻率電磁干擾通過信號線和電源線的分布電容耦合到儀表的輸入端,對氬氣流量計(jì)信號構(gòu)成干擾,消除這種干擾的影響主要通過增加金屬防護(hù)罩解決。而低頻電磁干擾,特別是民用電源(AC220V,50Hz)是主要的干擾源,這種干擾與儀表信號線的敷設(shè)、安裝位置、安裝方式、工作環(huán)境、接地環(huán)境及方式有很大關(guān)系。電源的干擾降低流量測量效果,使輸出信號誤差增大。其檢查方法可以通過公式:f=q*K計(jì)算出結(jié)果,若f=50,則可以判定儀表受到電源干擾。避免電源干擾,主要通過合理選擇安裝地點(diǎn),增加信號線與電源線之間的間隔,流量計(jì)信號采用單獨(dú)接地等措施解決。
5.2 防雷、防雨
防雷、防雨在氬氣流量計(jì)的使用中是一項(xiàng)比較重要的工作,主要因?yàn)?儀表及儀表箱通常安裝在室外,風(fēng)吹雨淋,容易被銹蝕氧化,使接地效果越來越差;高空架設(shè)的電線也是雷擊的對象,GPRS無線抄表系統(tǒng)中的遠(yuǎn)傳通信特別容易受到雷擊波的沖擊引起儀表損壞;雷電對氬氣流量計(jì)的損壞主要通過以下方式:1、雷電經(jīng)過電源部分侵入燒壞儀表。2、雷電產(chǎn)生的同時(shí)伴隨強(qiáng)大磁場儀表電子元件產(chǎn)生磁感應(yīng),瞬間生成強(qiáng)電壓和電流,擊穿絕緣燒壞儀表。
5.3 雷電脈沖波經(jīng)過無線網(wǎng)絡(luò)侵入流量儀燒壞通訊芯片或儀表
基于以上原因,安裝在室外的流量計(jì)必須加裝防雨罩,以免流量變送器進(jìn)水,損壞電子元件。
通常采用的防雷方案:(1)外部防雷:包括避雷針、避雷帶、引下線、接地*等等。(2)內(nèi)部防雷:在需要保護(hù)設(shè)備的前端安裝合適的防雷器,使設(shè)備、線路與大地形成一個(gè)有條件的等電位體。
5.4 參數(shù)設(shè)置
雖然氬氣流量計(jì)的主要參數(shù)在出廠時(shí)已設(shè)置好,但使用中有時(shí)必須根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。其重要參數(shù)的正確性是儀表精度的保證。
(1)儀表系數(shù):是氬氣流量計(jì)中一個(gè)核心參數(shù),它只與儀表的尺寸及漩渦發(fā)生體的形狀有關(guān)。雖然使用一段時(shí)間后有微笑變化,但除非經(jīng)過質(zhì)量監(jiān)督部門校驗(yàn),一般不允許修改。
(2)小信號切除:一般工業(yè)用戶管道都會有一定的振動,因此會產(chǎn)生假的流量信號,特別停汽狀態(tài)下,會對氬氣流量計(jì)計(jì)量產(chǎn)生較大影響,而小信號切除功能正好可以去掉假的流量信號,避免產(chǎn)生結(jié)算誤差。
(3)儀表不靈敏區(qū):該參數(shù)用來檢出有用信號,克服無用噪聲。在用戶設(shè)置好系統(tǒng)增益參數(shù)后,再根據(jù)信號強(qiáng)度來設(shè)置系統(tǒng)閾值。一般情況下,系統(tǒng)閾值數(shù)設(shè)為信號強(qiáng)度*低值的1/3～1/4。
六、 結(jié)語
氬氣流量計(jì)以其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)在熱網(wǎng)蒸汽計(jì)量中廣泛應(yīng)用,但其安裝、使用條件比較復(fù)雜。隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展,氬氣流量計(jì)的性能必將得到更大的提升,比能更好地滿足各類用戶的需求。
渦街流量的工作原理可見圖1所示。旋渦列在旋渦發(fā)生體下游非對稱地排列。設(shè)旋渦的發(fā)生頻率為f,被測介質(zhì)來流的平均速度為U,旋渦發(fā)生體迎面寬度為d,表體通徑為D,根據(jù)卡門渦街原理,有如下關(guān)系式:
f=SrU1/d=SrU/md(1)
式中U1--旋渦發(fā)生體兩側(cè)平均流速,m/s;
Sr--斯特勞哈爾數(shù);
m--旋渦發(fā)生體兩側(cè)弓形面積與管道橫截面
面積之比:
管道內(nèi)體積流量q為:
q=πD2U/4=πD2mdf/4Sr(2)
K=f/q=[πD2md/4Sr]-1 (3)
q=f/K=f/[πD2md/4Sr]-1 (4)
在渦街流量表中,旋渦發(fā)生體、管道的幾何尺寸決定了儀表的K值,而斯特勞哈爾數(shù)與旋渦發(fā)生體形狀及雷諾數(shù)有關(guān),圓柱狀旋渦發(fā)生體的斯特勞哈爾數(shù)與管道雷諾數(shù)的關(guān)系如圖2所示。
顯然,在ReD=2×104～7×106范圍內(nèi)的雷諾數(shù)可視為常數(shù),這使得儀表在此范圍內(nèi)可以正常工作。因此,可以通過裝在柱體內(nèi)部的壓電探頭測量流體出的頻率,經(jīng)過放大后變成脈沖信號,從而計(jì)算出流體的流量。
二、 氬氣流量計(jì)在我廠的使用情況
氬氣流量計(jì)在我廠已有十幾年的使用歷史。由于具有結(jié)構(gòu)簡單、測量范圍寬、安裝方便、日常維護(hù)費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn),氬氣流量計(jì)的用戶中數(shù)量已從*初十幾戶發(fā)展到現(xiàn)在四十幾戶。熱用戶流量表型號的統(tǒng)一也有利于電廠人員日常維護(hù)及管理。隨著電子技術(shù)的發(fā)展,流量計(jì)由*初的分體式發(fā)展到現(xiàn)在的一體化智能式。而日常巡視制度的完善、儀表檢測手段的提升、遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的建立也為氬氣流量計(jì)的正常運(yùn)行提供了有力保障。
三、 氬氣流量計(jì)的選型
在熱網(wǎng)中,各類用戶的生產(chǎn)方式差異很大,有的用戶連續(xù)生產(chǎn),終年熱負(fù)荷都很穩(wěn)定;有的用戶負(fù)荷隨季節(jié)變化較明顯,如以采暖設(shè)備為主要負(fù)荷的用戶,夏季流量與冬季流量相差較大;而另一類用戶,僅單班生產(chǎn),多數(shù)時(shí)間熱負(fù)荷為零。但總的來說,范圍度是這種用途的儀表須考慮的重要問題。在熱網(wǎng)的測量應(yīng)用中,一般主要考慮測量飽和蒸汽的流量不得低于氬氣流量計(jì)的下限,以滿足流體流速不得低于5m/s。用戶端的管道一般在設(shè)計(jì)上可供幾個(gè)設(shè)備同時(shí)使用,但有時(shí)候由于生產(chǎn)需要部分設(shè)備不使用,使用汽流量減小,實(shí)際造成原設(shè)計(jì)選型口徑過大,相當(dāng)于提高了可測的流量下限,當(dāng)管道小流量時(shí)指示無法保證儀表的精度。因此,要盡量采用小點(diǎn)的口徑,以保證測量精度。
氬氣流量計(jì)的選型是用好流量計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。有些場所由于工藝由于管道沒有充滿介質(zhì),而用戶不愿意縮管,甚至超出了所選流量計(jì)的使用范圍而無法測量。因此流量計(jì)選型時(shí)應(yīng)先初步估算,結(jié)合溫度和壓力再計(jì)算出流量范圍,按照流量范圍再選擇流量計(jì)的口徑,避免處于測量的下限而導(dǎo)致測量精度的大大降低。氬氣流量計(jì)的儀表口徑及規(guī)格要遵循以下原則進(jìn)行選擇:
(1)明確流體的名稱、成分。(2)明確工作狀態(tài)的*大、常用、*小流量。(3)明確*高、常用、*低工作壓力和工作溫度。(4)工作狀態(tài)下介質(zhì)的黏度。(5)根據(jù)被測流體狀態(tài)的不同(液體、氣體、蒸汽)進(jìn)行儀表流量范圍、口徑大小的計(jì)算與選擇。
四、 氬氣流量計(jì)的安裝
氬氣流量計(jì)的安裝也是使用中的重要環(huán)節(jié),如果安裝不當(dāng),不僅影響測量的精度,而且會影響儀表的壽命,甚至損壞儀表。氬氣流量計(jì)的安裝一般遵守以下要求:
(1)安裝場所和環(huán)境的選擇:要避開大功率電器、高頻設(shè)備及高壓線及強(qiáng)電源開關(guān)設(shè)備;周圍不能有高溫高輻射設(shè)備,電源應(yīng)不能和大電機(jī)同路且應(yīng)有可靠接地;避開強(qiáng)烈震動場所。
(2)流量計(jì)前有彎頭、口徑變管、閥門時(shí),流量計(jì)的上下游必須有夠的直管段,其長度要求如圖3所示。
(3)在水平管道上,若被測氣體中含有少量的液體,傳感器應(yīng)安裝在管線的較高處;相反,則傳感器應(yīng)安裝在管線的較低處。
(4)在垂直管道上,若被測氣體中含有少量的液體,傳感器的流向應(yīng)由下向上;相反,傳感器的流向應(yīng)該由上往下,這樣不會將液體重量額外附加在探頭上。
(5)測量過熱蒸汽,飽和蒸汽和低溫液體時(shí),若條件允許*好采用側(cè)裝,這樣流體的溫度對放大器的影響較小。
(6)當(dāng)需要在傳感器附近測量壓力和溫度時(shí),測壓點(diǎn)應(yīng)在傳感器下游的3-5D處,測溫點(diǎn)應(yīng)在傳感器下游的6-8D處。
五、氬氣流量計(jì)使用中應(yīng)注意的幾個(gè)問題
5.1 震動和干擾
氬氣流量計(jì)是一種基于震動原理的儀表,對機(jī)械震動、流體流動的震動特別敏感,因此應(yīng)避免安裝在強(qiáng)烈振動的管道上,以免影響測量精度,特別是管道的橫向振動會導(dǎo)致管道內(nèi)的流體隨之振動,從而使儀表產(chǎn)生附加誤差。振動幅度大于0.2g應(yīng)安裝減振支架。
空間高頻率電磁干擾通過信號線和電源線的分布電容耦合到儀表的輸入端,對氬氣流量計(jì)信號構(gòu)成干擾,消除這種干擾的影響主要通過增加金屬防護(hù)罩解決。而低頻電磁干擾,特別是民用電源(AC220V,50Hz)是主要的干擾源,這種干擾與儀表信號線的敷設(shè)、安裝位置、安裝方式、工作環(huán)境、接地環(huán)境及方式有很大關(guān)系。電源的干擾降低流量測量效果,使輸出信號誤差增大。其檢查方法可以通過公式:f=q*K計(jì)算出結(jié)果,若f=50,則可以判定儀表受到電源干擾。避免電源干擾,主要通過合理選擇安裝地點(diǎn),增加信號線與電源線之間的間隔,流量計(jì)信號采用單獨(dú)接地等措施解決。
5.2 防雷、防雨
防雷、防雨在氬氣流量計(jì)的使用中是一項(xiàng)比較重要的工作,主要因?yàn)?儀表及儀表箱通常安裝在室外,風(fēng)吹雨淋,容易被銹蝕氧化,使接地效果越來越差;高空架設(shè)的電線也是雷擊的對象,GPRS無線抄表系統(tǒng)中的遠(yuǎn)傳通信特別容易受到雷擊波的沖擊引起儀表損壞;雷電對氬氣流量計(jì)的損壞主要通過以下方式:1、雷電經(jīng)過電源部分侵入燒壞儀表。2、雷電產(chǎn)生的同時(shí)伴隨強(qiáng)大磁場儀表電子元件產(chǎn)生磁感應(yīng),瞬間生成強(qiáng)電壓和電流,擊穿絕緣燒壞儀表。
5.3 雷電脈沖波經(jīng)過無線網(wǎng)絡(luò)侵入流量儀燒壞通訊芯片或儀表
基于以上原因,安裝在室外的流量計(jì)必須加裝防雨罩,以免流量變送器進(jìn)水,損壞電子元件。
通常采用的防雷方案:(1)外部防雷:包括避雷針、避雷帶、引下線、接地*等等。(2)內(nèi)部防雷:在需要保護(hù)設(shè)備的前端安裝合適的防雷器,使設(shè)備、線路與大地形成一個(gè)有條件的等電位體。
5.4 參數(shù)設(shè)置
雖然氬氣流量計(jì)的主要參數(shù)在出廠時(shí)已設(shè)置好,但使用中有時(shí)必須根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。其重要參數(shù)的正確性是儀表精度的保證。
(1)儀表系數(shù):是氬氣流量計(jì)中一個(gè)核心參數(shù),它只與儀表的尺寸及漩渦發(fā)生體的形狀有關(guān)。雖然使用一段時(shí)間后有微笑變化,但除非經(jīng)過質(zhì)量監(jiān)督部門校驗(yàn),一般不允許修改。
(2)小信號切除:一般工業(yè)用戶管道都會有一定的振動,因此會產(chǎn)生假的流量信號,特別停汽狀態(tài)下,會對氬氣流量計(jì)計(jì)量產(chǎn)生較大影響,而小信號切除功能正好可以去掉假的流量信號,避免產(chǎn)生結(jié)算誤差。
(3)儀表不靈敏區(qū):該參數(shù)用來檢出有用信號,克服無用噪聲。在用戶設(shè)置好系統(tǒng)增益參數(shù)后,再根據(jù)信號強(qiáng)度來設(shè)置系統(tǒng)閾值。一般情況下,系統(tǒng)閾值數(shù)設(shè)為信號強(qiáng)度*低值的1/3～1/4。
六、 結(jié)語
氬氣流量計(jì)以其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)在熱網(wǎng)蒸汽計(jì)量中廣泛應(yīng)用,但其安裝、使用條件比較復(fù)雜。隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展,氬氣流量計(jì)的性能必將得到更大的提升,比能更好地滿足各類用戶的需求。