氬氣流量計在熱電廠(chǎng)蒸汽測量中的應用
點(diǎn)擊次數：1707 發(fā)布時(shí)間：2021-01-08 05:31:34
一、氬氣流量計的工作原理：
渦街流量的工作原理可見(jiàn)圖1所示。旋渦列在旋渦發(fā)生體下游非對稱(chēng)地排列。設旋渦的發(fā)生頻率為f,被測介質(zhì)來(lái)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,根據卡門(mén)渦街原理,有如下關(guān)系式:
f=SrU1/d=SrU/md(1)
式中U1--旋渦發(fā)生體兩側平均流速,m/s;
Sr--斯特勞哈爾數;
m--旋渦發(fā)生體兩側弓形面積與管道橫截面
面積之比:
管道內體積流量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,而斯特勞哈爾數與旋渦發(fā)生體形狀及雷諾數有關(guān),圓柱狀旋渦發(fā)生體的斯特勞哈爾數與管道雷諾數的關(guān)系如圖2所示。
顯然,在ReD=2×104～7×106范圍內的雷諾數可視為常數,這使得儀表在此范圍內可以正常工作。因此,可以通過(guò)裝在柱體內部的壓電探頭測量流體出的頻率,經(jīng)過(guò)放大后變成脈沖信號,從而計算出流體的流量。
二、 氬氣流量計在我廠(chǎng)的使用情況
氬氣流量計在我廠(chǎng)已有十幾年的使用歷史。由于具有結構簡(jiǎn)單、測量范圍寬、安裝方便、日常維護費用低等優(yōu)點(diǎn),氬氣流量計的用戶(hù)中數量已從*初十幾戶(hù)發(fā)展到現在四十幾戶(hù)。熱用戶(hù)流量表型號的統一也有利于電廠(chǎng)人員日常維護及管理。隨著(zhù)電子技術(shù)的發(fā)展,流量計由*初的分體式發(fā)展到現在的一體化智能式。而日常巡視制度的完善、儀表檢測手段的提升、遠程抄表系統的建立也為氬氣流量計的正常運行提供了有力保障。
三、 氬氣流量計的選型
在熱網(wǎng)中,各類(lèi)用戶(hù)的生產(chǎn)方式差異很大,有的用戶(hù)連續生產(chǎn),終年熱負荷都很穩定;有的用戶(hù)負荷隨季節變化較明顯,如以采暖設備為主要負荷的用戶(hù),夏季流量與冬季流量相差較大;而另一類(lèi)用戶(hù),僅單班生產(chǎn),多數時(shí)間熱負荷為零。但總的來(lái)說(shuō),范圍度是這種用途的儀表須考慮的重要問(wèn)題。在熱網(wǎng)的測量應用中,一般主要考慮測量飽和蒸汽的流量不得低于氬氣流量計的下限,以滿(mǎn)足流體流速不得低于5m/s。用戶(hù)端的管道一般在設計上可供幾個(gè)設備同時(shí)使用,但有時(shí)候由于生產(chǎn)需要部分設備不使用,使用汽流量減小,實(shí)際造成原設計選型口徑過(guò)大,相當于提高了可測的流量下限,當管道小流量時(shí)指示無(wú)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。
氬氣流量計的選型是用好流量計的關(guān)鍵環(huán)節。有些場(chǎng)所由于工藝由于管道沒(méi)有充滿(mǎn)介質(zhì),而用戶(hù)不愿意縮管,甚至超出了所選流量計的使用范圍而無(wú)法測量。因此流量計選型時(shí)應先初步估算,結合溫度和壓力再計算出流量范圍,按照流量范圍再選擇流量計的口徑,避免處于測量的下限而導致測量精度的大大降低。氬氣流量計的儀表口徑及規格要遵循以下原則進(jìn)行選擇:
(1)明確流體的名稱(chēng)、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、口徑大小的計算與選擇。
四、 氬氣流量計的安裝
氬氣流量計的安裝也是使用中的重要環(huán)節,如果安裝不當,不僅影響測量的精度,而且會(huì )影響儀表的壽命,甚至損壞儀表。氬氣流量計的安裝一般遵守以下要求:
(1)安裝場(chǎng)所和環(huán)境的選擇:要避開(kāi)大功率電器、高頻設備及高壓線(xiàn)及強電源開(kāi)關(guān)設備;周?chē)荒苡懈邷馗咻椛湓O備,電源應不能和大電機同路且應有可靠接地;避開(kāi)強烈震動(dòng)場(chǎng)所。
(2)流量計前有彎頭、口徑變管、閥門(mén)時(shí),流量計的上下游必須有夠的直管段,其長(cháng)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,傳感器應安裝在管線(xiàn)的較高處;相反,則傳感器應安裝在管線(xiàn)的較低處。
(4)在垂直管道上,若被測氣體中含有少量的液體,傳感器的流向應由下向上;相反,傳感器的流向應該由上往下,這樣不會(huì )將液體重量額外附加在探頭上。
(5)測量過(guò)熱蒸汽,飽和蒸汽和低溫液體時(shí),若條件允許*好采用側裝,這樣流體的溫度對放大器的影響較小。
(6)當需要在傳感器附近測量壓力和溫度時(shí),測壓點(diǎn)應在傳感器下游的3-5D處,測溫點(diǎn)應在傳感器下游的6-8D處。
五、氬氣流量計使用中應注意的幾個(gè)問(wèn)題
5.1 震動(dòng)和干擾
氬氣流量計是一種基于震動(dòng)原理的儀表,對機械震動(dòng)、流體流動(dòng)的震動(dòng)特別敏感,因此應避免安裝在強烈振動(dòng)的管道上,以免影響測量精度,特別是管道的橫向振動(dòng)會(huì )導致管道內的流體隨之振動(dòng),從而使儀表產(chǎn)生附加誤差。振動(dòng)幅度大于0.2g應安裝減振支架。
空間高頻率電磁干擾通過(guò)信號線(xiàn)和電源線(xiàn)的分布電容耦合到儀表的輸入端,對氬氣流量計信號構成干擾,消除這種干擾的影響主要通過(guò)增加金屬防護罩解決。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(xiàn)的敷設、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(guò)公式:f=q*K計算出結果,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(guò)合理選擇安裝地點(diǎn),增加信號線(xiàn)與電源線(xiàn)之間的間隔,流量計信號采用單獨接地等措施解決。
5.2 防雷、防雨
防雷、防雨在氬氣流量計的使用中是一項比較重要的工作,主要因為: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(lái)越差;高空架設的電線(xiàn)也是雷擊的對象,GPRS無(wú)線(xiàn)抄表系統中的遠傳通信特別容易受到雷擊波的沖擊引起儀表?yè)p壞;雷電對氬氣流量計的損壞主要通過(guò)以下方式:1、雷電經(jīng)過(guò)電源部分侵入燒壞儀表。2、雷電產(chǎn)生的同時(shí)伴隨強大磁場(chǎng)儀表電子元件產(chǎn)生磁感應,瞬間生成強電壓和電流,擊穿絕緣燒壞儀表。
5.3 雷電脈沖波經(jīng)過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )侵入流量?jì)x燒壞通訊芯片或儀表
基于以上原因,安裝在室外的流量計必須加裝防雨罩,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(xiàn)、接地*等等。(2)內部防雷:在需要保護設備的前端安裝合適的防雷器,使設備、線(xiàn)路與大地形成一個(gè)有條件的等電位體。
5.4 參數設置
雖然氬氣流量計的主要參數在出廠(chǎng)時(shí)已設置好,但使用中有時(shí)必須根據現場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行相應的調整。其重要參數的正確性是儀表精度的保證。
(1)儀表系數:是氬氣流量計中一個(gè)核心參數,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(guò)質(zhì)量監督部門(mén)校驗,一般不允許修改。
(2)小信號切除:一般工業(yè)用戶(hù)管道都會(huì )有一定的振動(dòng),因此會(huì )產(chǎn)生假的流量信號,特別停汽狀態(tài)下,會(huì )對氬氣流量計計量產(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)生結算誤差。
(3)儀表不靈敏區:該參數用來(lái)檢出有用信號,克服無(wú)用噪聲。在用戶(hù)設置好系統增益參數后,再根據信號強度來(lái)設置系統閾值。一般情況下,系統閾值數設為信號強度*低值的1/3～1/4。
六、 結語(yǔ)
氬氣流量計以其獨特的優(yōu)點(diǎn)在熱網(wǎng)蒸汽計量中廣泛應用,但其安裝、使用條件比較復雜。隨著(zhù)電子技術(shù)的不斷發(fā)展,氬氣流量計的性能必將得到更大的提升,比能更好地滿(mǎn)足各類(lèi)用戶(hù)的需求。
渦街流量的工作原理可見(jiàn)圖1所示。旋渦列在旋渦發(fā)生體下游非對稱(chēng)地排列。設旋渦的發(fā)生頻率為f,被測介質(zhì)來(lái)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,根據卡門(mén)渦街原理,有如下關(guān)系式:
f=SrU1/d=SrU/md(1)
式中U1--旋渦發(fā)生體兩側平均流速,m/s;
Sr--斯特勞哈爾數;
m--旋渦發(fā)生體兩側弓形面積與管道橫截面
面積之比:
管道內體積流量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,而斯特勞哈爾數與旋渦發(fā)生體形狀及雷諾數有關(guān),圓柱狀旋渦發(fā)生體的斯特勞哈爾數與管道雷諾數的關(guān)系如圖2所示。
顯然,在ReD=2×104～7×106范圍內的雷諾數可視為常數,這使得儀表在此范圍內可以正常工作。因此,可以通過(guò)裝在柱體內部的壓電探頭測量流體出的頻率,經(jīng)過(guò)放大后變成脈沖信號,從而計算出流體的流量。
二、 氬氣流量計在我廠(chǎng)的使用情況
氬氣流量計在我廠(chǎng)已有十幾年的使用歷史。由于具有結構簡(jiǎn)單、測量范圍寬、安裝方便、日常維護費用低等優(yōu)點(diǎn),氬氣流量計的用戶(hù)中數量已從*初十幾戶(hù)發(fā)展到現在四十幾戶(hù)。熱用戶(hù)流量表型號的統一也有利于電廠(chǎng)人員日常維護及管理。隨著(zhù)電子技術(shù)的發(fā)展,流量計由*初的分體式發(fā)展到現在的一體化智能式。而日常巡視制度的完善、儀表檢測手段的提升、遠程抄表系統的建立也為氬氣流量計的正常運行提供了有力保障。
三、 氬氣流量計的選型
在熱網(wǎng)中,各類(lèi)用戶(hù)的生產(chǎn)方式差異很大,有的用戶(hù)連續生產(chǎn),終年熱負荷都很穩定;有的用戶(hù)負荷隨季節變化較明顯,如以采暖設備為主要負荷的用戶(hù),夏季流量與冬季流量相差較大;而另一類(lèi)用戶(hù),僅單班生產(chǎn),多數時(shí)間熱負荷為零。但總的來(lái)說(shuō),范圍度是這種用途的儀表須考慮的重要問(wèn)題。在熱網(wǎng)的測量應用中,一般主要考慮測量飽和蒸汽的流量不得低于氬氣流量計的下限,以滿(mǎn)足流體流速不得低于5m/s。用戶(hù)端的管道一般在設計上可供幾個(gè)設備同時(shí)使用,但有時(shí)候由于生產(chǎn)需要部分設備不使用,使用汽流量減小,實(shí)際造成原設計選型口徑過(guò)大,相當于提高了可測的流量下限,當管道小流量時(shí)指示無(wú)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。
氬氣流量計的選型是用好流量計的關(guān)鍵環(huán)節。有些場(chǎng)所由于工藝由于管道沒(méi)有充滿(mǎn)介質(zhì),而用戶(hù)不愿意縮管,甚至超出了所選流量計的使用范圍而無(wú)法測量。因此流量計選型時(shí)應先初步估算,結合溫度和壓力再計算出流量范圍,按照流量范圍再選擇流量計的口徑,避免處于測量的下限而導致測量精度的大大降低。氬氣流量計的儀表口徑及規格要遵循以下原則進(jìn)行選擇:
(1)明確流體的名稱(chēng)、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、口徑大小的計算與選擇。
四、 氬氣流量計的安裝
氬氣流量計的安裝也是使用中的重要環(huán)節,如果安裝不當,不僅影響測量的精度,而且會(huì )影響儀表的壽命,甚至損壞儀表。氬氣流量計的安裝一般遵守以下要求:
(1)安裝場(chǎng)所和環(huán)境的選擇:要避開(kāi)大功率電器、高頻設備及高壓線(xiàn)及強電源開(kāi)關(guān)設備;周?chē)荒苡懈邷馗咻椛湓O備,電源應不能和大電機同路且應有可靠接地;避開(kāi)強烈震動(dòng)場(chǎng)所。
(2)流量計前有彎頭、口徑變管、閥門(mén)時(shí),流量計的上下游必須有夠的直管段,其長(cháng)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,傳感器應安裝在管線(xiàn)的較高處;相反,則傳感器應安裝在管線(xiàn)的較低處。
(4)在垂直管道上,若被測氣體中含有少量的液體,傳感器的流向應由下向上;相反,傳感器的流向應該由上往下,這樣不會(huì )將液體重量額外附加在探頭上。
(5)測量過(guò)熱蒸汽,飽和蒸汽和低溫液體時(shí),若條件允許*好采用側裝,這樣流體的溫度對放大器的影響較小。
(6)當需要在傳感器附近測量壓力和溫度時(shí),測壓點(diǎn)應在傳感器下游的3-5D處,測溫點(diǎn)應在傳感器下游的6-8D處。
五、氬氣流量計使用中應注意的幾個(gè)問(wèn)題
5.1 震動(dòng)和干擾
氬氣流量計是一種基于震動(dòng)原理的儀表,對機械震動(dòng)、流體流動(dòng)的震動(dòng)特別敏感,因此應避免安裝在強烈振動(dòng)的管道上,以免影響測量精度,特別是管道的橫向振動(dòng)會(huì )導致管道內的流體隨之振動(dòng),從而使儀表產(chǎn)生附加誤差。振動(dòng)幅度大于0.2g應安裝減振支架。
空間高頻率電磁干擾通過(guò)信號線(xiàn)和電源線(xiàn)的分布電容耦合到儀表的輸入端,對氬氣流量計信號構成干擾,消除這種干擾的影響主要通過(guò)增加金屬防護罩解決。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(xiàn)的敷設、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(guò)公式:f=q*K計算出結果,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(guò)合理選擇安裝地點(diǎn),增加信號線(xiàn)與電源線(xiàn)之間的間隔,流量計信號采用單獨接地等措施解決。
5.2 防雷、防雨
防雷、防雨在氬氣流量計的使用中是一項比較重要的工作,主要因為: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(lái)越差;高空架設的電線(xiàn)也是雷擊的對象,GPRS無(wú)線(xiàn)抄表系統中的遠傳通信特別容易受到雷擊波的沖擊引起儀表?yè)p壞;雷電對氬氣流量計的損壞主要通過(guò)以下方式:1、雷電經(jīng)過(guò)電源部分侵入燒壞儀表。2、雷電產(chǎn)生的同時(shí)伴隨強大磁場(chǎng)儀表電子元件產(chǎn)生磁感應,瞬間生成強電壓和電流,擊穿絕緣燒壞儀表。
5.3 雷電脈沖波經(jīng)過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )侵入流量?jì)x燒壞通訊芯片或儀表
基于以上原因,安裝在室外的流量計必須加裝防雨罩,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(xiàn)、接地*等等。(2)內部防雷:在需要保護設備的前端安裝合適的防雷器,使設備、線(xiàn)路與大地形成一個(gè)有條件的等電位體。
5.4 參數設置
雖然氬氣流量計的主要參數在出廠(chǎng)時(shí)已設置好,但使用中有時(shí)必須根據現場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行相應的調整。其重要參數的正確性是儀表精度的保證。
(1)儀表系數:是氬氣流量計中一個(gè)核心參數,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(guò)質(zhì)量監督部門(mén)校驗,一般不允許修改。
(2)小信號切除:一般工業(yè)用戶(hù)管道都會(huì )有一定的振動(dòng),因此會(huì )產(chǎn)生假的流量信號,特別停汽狀態(tài)下,會(huì )對氬氣流量計計量產(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)生結算誤差。
(3)儀表不靈敏區:該參數用來(lái)檢出有用信號,克服無(wú)用噪聲。在用戶(hù)設置好系統增益參數后,再根據信號強度來(lái)設置系統閾值。一般情況下,系統閾值數設為信號強度*低值的1/3～1/4。
六、 結語(yǔ)
氬氣流量計以其獨特的優(yōu)點(diǎn)在熱網(wǎng)蒸汽計量中廣泛應用,但其安裝、使用條件比較復雜。隨著(zhù)電子技術(shù)的不斷發(fā)展,氬氣流量計的性能必將得到更大的提升,比能更好地滿(mǎn)足各類(lèi)用戶(hù)的需求。