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流量計選型的原則,流量計選型的細节考虑(干货分享)

來源:作者:发表时间:2018-07-05 14:29:01

 
        如果要了解流量計選型就必须首先了解流量計的分类,要知道流量計有哪些种类,各自的工作原理又是什么?但是反过来考虑,虽然对于所有流量計的工作原理都熟悉一遍,对他们的功能、安装方式条件以及材质选型都熟悉的话,那么现场流量計選型基本上难不倒你,但是很多时候,现场人员并不能做到这一点,所以参考本文对于流量选型来说,不失为一个方便快捷的路径。
 
一、流量計選型的原则
        了解流量計選型原则首先是要深刻地了解各种流量計的结构原理和流體特性等方面的知识,同时还要根据现场的具體情况及考察周边的环境条件进行选择。也要考虑到经济方面的因素。一般情况下,主要应从下面五个方面进行选择:
        ① 流量計的性能要求;
        ② 流體特性;
        ③ 安装要求;
        ④ 环境条件;
        ⑤ 流量計的价格。
 
1、流量計的性能要求
        流量計的性能方面主要包括:测量流量(瞬时流量)还是总量(累积流量);准確度要求;重复性;线性度;流量范围和範圍度;壓力损失;输出信号特性和流量計的响应时间等。
(1)測流量還是總量
        流量测量包括两种,即瞬时流量和累积流量,比如对分输站管道的原油属于贸易交接或石油化工管道进行连续配比生产或生产流程的过程控制等需要计量总量,间或辅以瞬时流量的观察。在有的工作场所对流量进行控制则需配备瞬时流量测量。因此,要根据现场计量的需要进行选择。有些流量計比如容積式流量計,涡轮流量計等,其测量原理是以机械计数或脉冲频率输出直接得到总量,其准確度较高,适用于计量总量,如配有相应的发讯装置也可输出流量。電磁流量計、超声流量計等是以测量流體流速推导出流量,响应快,适用于过程控制,如果配以积算功能后也可以获得总量。
(2)准確度
        流量計准確度等级的规定是在一定的流量范围内,如果使用在某一特定的条件下或比较窄的流量范围内,比如,仅在很小的范围内变化,此时其测量准確度会比所规定的准確度等级高。如用涡轮流量計计量油品装桶分发,在阀门全开的情况下使用,流量基本恒定,其准確度可能会从0.5级提高到0.25级。用于贸易核算、储运交接和物料平衡如果要求测量准確度较高时,应考虑准確度测量的持久性,一般用于上述情况下的流量計,准確度等级要求为0.2级。在这样的工作场所一般是现场配备计量标准设备(比如體积管),对所使用的流量計进行在线检测。近几年由于原油的日趋紧张和各单位对原油计量的高要求,对原油计量提出实行系数交接,即除了每半年对流量計进行一次周期检测后,贸易交接双方协商每1个月或2个月对流量計进行检定确定流量系数,每天根据流量計计量的数据与流量計流量系数计算出数据进行交接,以提高流量計的准確度,也称为零误差交接。
准確度等级一般是根据流量計的最大允许误差确定的。各制造厂提供的流量計说明书中会给出。一定要注意其误差的百分率是指相对误差还是引用误差。相对误差为测量值的百分率,常用“% R”表示。引用误差则是指测量上限值或量程的百分率,常用“% FS”。许多制造厂说明书中并未注明。比如,浮子流量計一般都是采用引用误差,電磁流量計有的型号也有采用引用误差的。
流量計如果不是單純計量總量,而是應用在流量控制系統中,則檢測流量計的准確度要在整個系統控制准確度要求下確定。因爲整個系統不僅有流量檢測的誤差,還包含有信號傳輸、控制調節、操作執行等環節的誤差和各種影響因素。比如,操作系統中存在有2%左右的回差,對所采用的測量儀表確定過高的准確度(0.5級以上)就是不經濟和不合理的。就儀表本身來說,傳感器與二次儀表之間的准確度也應該適當相配,比如說設計出來未經實際標定的均速管誤差如在±2.5%~±4%之間,配上0.2%~0.5%高准確度的差壓計就意義不大了。
        还有一个问题就是对于检定规程或制造厂说明书中对流量計所规定的准確度等级指的是其流量計的最大允许误差。但是由于流量計在现场使用时受环境条件、流體流动条件和动力条件等变化的影响,将会产生一些附加误差。因此,现场使用的流量計应是仪表本身的最大允许误差和附加误差的合成,一定要充分考虑到这个问题,有时候可能现场的使用环境范围内的误差会超过流量計的最大允许误差。
(3)重複性
        重复性是由流量計原理本身与制造质量决定的,是流量計使用过程中的一个重要的技术指标,与流量計的准確度息息相关。一般在检定规程中的计量性能要求中对流量計不仅有准確度等级规定外,还对重复性进行了规定,一般规定为:流量計的重复性不得超过相应准確度等级规定的最大允许误差的1/3~1/5。
重複性一般定義爲在環境條件和介質參量等不變的情況下,對某一流量值短時間內,同方向進行多次測量的一致性。但是,在實際應用中,流量計的重複性會常常被流體粘度、密度參量的變化所影響,有時這些參量變化還沒有達到需要進行專門修正的程度,會誤認爲是流量計的重複性不好。鑒于這種情況下,應選擇對此參量變化不敏感的流量計。比如,浮子流量計容易受流體密度影響,小口徑的流量計不僅受流體密度的影響,可能還會受流體粘度的影響;渦輪流量計如果用在高粘度範圍時的粘度影響;有些未做修正處理的超聲流量計會受到流體溫度的影響等等。如果流量計的輸出是非線性的,這種影響可能會更爲突出。
(4)線性度
        流量計的输出主要有线性和非线性平方根两种。一般的来说流量計的非线性误差是不单独列出的,而是包含在流量計的误差内。对于一般比较宽流量范围,输出信号为脉冲的,用作总量积算的流量計,线性度则是一个重要的技术指标,如果在其流量范围内使用单一的仪表系数,当线性度差就会降低流量計的准確度。比如,涡轮流量計在10:1的流量范围内采用一个仪表系数,线性度差时其准確度会较低,随着计算机技术的发展,可将其流量范围分段,用最小二乘法拟合出流量—仪表系数曲线对流量計进行修正,从而提高流量計的准確度和扩展流量范围。
(5)上限流量和流量範圍
        上限流量也称为流量計的满度流量或最大流量。当德扑圈官网选择流量計的口径时应按被测管道使用的流量范围和被选流量計的上限流量和下限流量来进行配置,不能简单的按管道通径进行配用。
        一般来讲,设计管道流體最大流速是按经济流速来确定的。如果选择过低,管径粗,投资会大;过高则输送功率大,增加运行成本。比如,像水等低粘度液體其经济流速为1.5~3m/s,高粘度液體0.2~1m/s,大部分流量計上限流量的流速接近或高于管道经济流速。因此,流量計选择时其口径与管道相同时候就较多,安装比较方便。如不相同也不会相差太多,一般上下相邻一档的规格,可采用异径管连接。
在流量計的选择中应注意不同类型的流量計,其上限流量或上限流速由于受各自流量計的测量原理和结构的限制差别较大。以液體流量計为例,上限流量的流速以玻璃浮子流量計为最低,一般是0.5~1.5m/s之间,容積式流量計在2.5~3.5m/s之间,渦街流量計较高在5.5~7.5m/s之间,電磁流量計则在1~7m/s之间,甚至达到0.5~10m/s之间。
        液體的上限流速还需要考虑不能因为流速过高而产生气穴现象,出现气穴现象的地点一般是在流速最大,静壓最低的位置,为了防止气穴的形成,常常需要控制流量計的最小背壓(最大流量)。
还应注意流量計的上限值订购后就不能改变,比如容積式流量計或浮子流量計等。差壓式流量計像节流装置孔板等一经设计确定后,其下限流量不能改变,上限流量变动可以通过调整差壓变送器或更换差壓变送器来改变流量。比如某些型号的電磁流量計或超声流量計,有些用户可以自行重新设定流量上限值。
(6)範圍度
        範圍度为流量計的上限流量和下限流量的比值,其值越大则流量范围越宽。线性仪表有较宽的範圍度,一般为1:10。非线性流量計的範圍度较小仅为1:3。一般用于过程控制或贸易交接核算的流量計,如果要求流量范围比较宽就不要选择範圍度小的流量計。
目前一些制造厂为宣传其流量計的流量范围宽,在使用说明书中把上限流量的流速提得很高,比如液體提高到7~10m/s(一般为6m/s);气體提高到50~75m/ s(一般为40~50)m/s);实际上如此高的流速是用不上的。其实範圍度宽的关键是有较低的下限流速,以适应测量需要。所以下限流速低的宽範圍度的流量計才是比较实用的。
(7)壓力損失
        壓力损失一般是指流量传感器由于在流通通道中设置的静止或活动检测元件或改变流动方向,从而产生随流量而变的不能恢复的壓力损失,其值有时可达数十千帕。因此,应按管道系统泵送能力和流量計进口壓力等确定最大流量的允许壓力损失来选定流量計。因选择不当会限制流體流动产生过大壓力损失而影响流通效率。有些液體(高蒸汽壓碳氢液)还应注意过度的壓力降可能引发气穴现象和液相汽化,降低测量准確度甚至损坏流量計。比如管径大于500mm的输水用的流量計,应考虑壓损所造成的能量损耗过大而增加的泵送费用。据有关报道,壓力损失较大的流量計几年来为测量付出的泵送费用往往超过低壓损、价格较贵的流量計的购置费用。
(8)輸出信號特性
        流量計的输出和显示量可以分为:
        ① 流量(體积流量或质量流量);② 总量;③ 平均流速;④ 点流速。有些流量計输出为模拟量(电流或电壓),另一些输出脉冲量。模拟量输出一般认为适合于过程控制,比较适合于与调节阀等控制回路单元接配;脉冲量输出比较适合于总量和高准確度的流量测量。长距离信号传输脉冲量输出则比模拟量输出有较高的传送准確度。输出信号的方式和幅值还应有与其他设备相适应的能力,比如控制接口、数据处理器、报警装置、断路保护回路和数据传送系统。
(9)響應時間
        应用于脈動流动场合应注意流量計对流动阶跃变化的响应。有些使用场合要求流量計输出跟随流體流动变化,而另一些为获得综合平均值要求有较慢响应的输出。瞬时响应常以时间常数或响应频率表示,其值前者从几毫秒到几秒,后者在数百Hz以下。配用显示仪表可能相当大地延长响应时间。一般认为流量計流量增加或减小时动态响应不对称会加速增加流量测量误差。
 
二、流量計選型之流體特性
        在流量测量中由于各种流量計总会受到流體物性中某一种或几种参量的影响,所以流體的物性很大程度上会影响流量計的选型。因此,所选择的测量方法和流量計不仅要适应被测流體的性质,还要考虑测量过程中流體物性某一参量变化对另一参量的影响。比如,温度变化对液體粘度的影响。
流體物性方面常見的有密度、粘度、蒸汽壓力和其他參量。這些參量一般可以從手冊中查到,評估使用條件下流體各參量和選擇流量計的適應性。但也會有些物性是無法查到。比如腐蝕性、結垢、堵塞、相變和混相狀態等。
(1)流體的溫度和壓力
        仔细的分析流量計内流體的工作壓力和温度,尤其是测量气體时温度壓力变化造成过大的密度变化,可能要改变所选择的测量方法。比如,温度和壓力影响流量测量准確度等性能时,要作温度或壓力修正。另外,流量計外壳的结构强度设计和材质也取决于流體的温度和壓力。因此,必须确切地知道温度和壓力的最大值和最小值。当温度和壓力变动很大时更应仔细选择。
還應注意在測量氣體時要確認其體積流量值是在工況狀態下的溫度和壓力還是在標准狀態下的溫度和壓力。
(2)流體的密度
        对于液體,在大部分应用场合下其密度相对恒定,除非温度变化很大而引起较大变化,一般可不进行密度修正。在气體应用场合,流量計的範圍度和线性度,取决于气體密度,,一般要知道在标准状态下和工况状态下的值,以便选用。也有将流动状态的值换算到某些公认的参比值,这种方法在石油储运方面应用普遍。低密度气體对某些测量方法,特别是利用气體动量推动检测传感器的仪表(比如涡轮流量計)会比较困难。
(3)粘度
        各种液體之间粘度差别很大,且因温度变化有显著变化。而气體则不同,各种气體之间粘度差别较小,其值一般较低。且不会因温度和壓力变化而有显著变化。因为液體的粘度比气體高得多。比如在20℃和100kPa下,水的动力粘度为 Pa·s,而空气的动力粘度则为 Pa·s,所以液體一定要考虑粘度的影响,而气體的粘度就不如液體那样重要。
        粘度对各类流量計的影响程度不一样,比如,对于電磁流量計、超声流量計和科里奥利式质量流量計的流量值是在很宽粘度范围内,可以认为不受液體粘度的影响;容積式流量計的误差特性和粘度有关,可能会略受影响;而浮子流量計、涡轮流量計和渦街流量計,当粘度超过某值时则影响较大以致不能使用。
        有些流量計的特性用管道雷诺数作为参变量进行描述的,而管道雷诺数是流體粘度、密度以及管道流速的函数。因此,粘度对仪表特性还是有影响的。
粘度也是判別牛頓流體或非牛頓流體的一個參數,大多數流量測量方法和流量計僅適用于牛頓流體。所有氣體都是牛頓流體。大多數液體以及含有少量球形微粒的液體也是牛頓流體。只適用于牛頓流體的測量方法和流量計,如果應用于非牛頓流體時將給測量帶來影響。所以,牛頓流體是流體流量測量正常使用的重要條件。
        粘度对不同类型的流量計範圍度的影响趋势各异,一般容積式流量計粘度增加,範圍度扩大。而涡轮流量計和渦街流量計则相反,粘度增加,範圍度缩小。因此,在评估流量計的适应性时,应该要掌握液體的温度—粘度特性。
某些非牛頓流體(如鑽井泥漿、紙漿、巧克力、油漆)性質的液體,它們的流動狀態複雜,不易判斷其屬性,當選擇流量計時必須謹慎。
 
(4)化學腐蝕和結垢
① 化学腐蚀问题
        流體的化学腐蚀问题有时会成为德扑圈官网选择测量方法和使用流量計的决定因素。比如,某些流體会使流量計接触零件腐蚀,表面结垢或积淀析出晶體,金属零件表面产生电解化学作用,这些现象的产生会降低流量計的性能和使用寿命。因此,为了解决化学腐蚀和结垢问题,制造厂采取了许多方法,如选用抗腐蚀材料或在流量計的结构上采取防腐蚀措施,比如,节流装置孔板用陶瓷材料制造,金属浮子流量計内衬耐腐蚀的工程塑料。但是对于结构较复杂的流量計,如容積式流量計和涡轮流量計等就無法对具有腐蝕性流體进行测量了。有一些流量計是从原理结构上就具有耐腐蝕性或易于作耐腐蚀的措施。超声流量計的换能器探头安装在管道外壁不与被测流體接触,本质上就是防腐蚀的。電磁流量計只有测量管衬里和一对形状简单的电极与液體接触,近年有些设计将电极也不与液體接触,也是一种防腐蚀的措施。
 ② 结垢
        由于流量計腔體和流量传感器上结垢或析出结晶会减少流量計内活动部件的间隙,降低流量計内敏感元件的灵敏度或測量性能。比如在超声流量計应用上结垢层会阻碍超声波发射。在電磁流量計应用上不导电结垢层绝缘了电极表面,会使流量計無法工作。所以有些流量計常采用在流量传感器外界加温防止析出结晶或加装装置除垢器。
化學腐蝕和結垢的結果是改變試驗管道內壁粗糙度,而粗糙度會影響流體的流速分布,因此,建議使用者應注意這個問題,比如多年使用的管道應進行清洗和除垢工作。
腐蚀和结垢影响流量测量值的变化会因流量計的类型而不同。下面以超声流量計和電磁流量計为例来说明由于管道结垢影响的结果,比如,内径为50mm的管道,内壁结垢或沉积0.1~0.2mm,会使测量管道面积缩小0.4%~0.6%,所产生的误差对于0.5~1.0级的流量計将是不容忽视的偏差。
(5)壓縮系數
        气體壓缩系数z为一定质量的气體,在相同温度、壓力下,其实际比體积与“理想比體积”之比。一般地说,对于理想气體z=0;实际气體z可能大于1或小于1。z偏离1的数值大小表示实际气體偏于理想气體的程度。气體壓缩系数z值取决于种类或组分、温度、壓力。因此,气體测量一定要通过壓缩系数求取工作状态下的流體密度。如果组分固定的流體通过温度、壓力和壓缩系数计算密度。如果流體为多组分(比如对天然气的计量)并工作在接近(或在)超临界区,就需要配备在线密度计在线对密度进行测量。
 
三、流量計選型之流量計的安装
1、安裝時需注意的問題
        安装问题对不同原理的流量計要求是不一样的。对有些流量計,比如差壓式流量計、速度流量計,按规程规定在流量計的上、下游需配备一定长度的或较长的直管段,以保证流量計进口端前流體流动达到充分发展。而另一些流量計,比如对容積式流量計、浮子流量計等则对直管段长度就没有要求或要求较低。
        还有的流量計因受安装的影响而产生一定的误差,比如,科里奥利质量流量計,由于安装应力的影响会给使用带来很大的误差。追溯流量計在使用中出现问题,可能未必都是因为流量計本身的问题,很多状况是由于安装不善所致。一般常见的问题有下面几种:
        ① 把差壓式流量計孔板的进口面反装;
        ② 流量传感器安装在流速分布剖面不良的场所;
        ③ 连接到差壓装置的引壓管中存在不希望存在的相;
        ④ 流量計安装在有害的环境或不易接近的地方;
        ⑤ 流量計流动方向安装错误;
        ⑥ 流量計或电信号传输线置于强电磁场下;
        ⑦ 将易受振动干扰的流量計安装在有振动的管道上;
        ⑧ 缺少必要的防护性配件。
 
2、安裝條件
        流量計在使用中应注意安裝條件的适应性和要求,主要从下面几方面考虑,比如流量計的安装方向、流體的流动方向、上、下游管道的配置、 阀门位置、防护性配件、脈動流影响、振动,电气干扰和流量計的维护等。
① 现场管道布线
        在现场管道布线时应注意流量計的安装方向,由于流量計的安装方向一般分为垂直安装方式和水平安装方式,对于这两种安装方式在流量測量性能上是有差别的。比如,流體垂直向下流动会使流量計传感器带来额外力而影响流量計的性能,使流量計的线性度、重复性下降。流量計的安装方向还取决于流體的物性,如水平管道可能沉淀固體颗粒,因此测量具有这种状态的流量計最好安装于垂直管道。
    ② 流體的流动方向
        这个问题与流量計的安装方向比较相似,由于有的流量計规定只能在一个方向工作,反向流动会损坏流量計。使用类似流量計时还要考虑当发生無操作时可能会产生反向流动,这样就需要采取措施,如安装止回阀以保护流量計。即使能双向使用的流量計,其正向和反向之间的測量性能可能也会有些差异,应该按照制造厂规定的要求使用。
    ③ 流量計上游和下游直管段
        由于流量計会受到管路进口流动状态的影响,管道配件也会引入流动扰动,流动扰动一般有旋渦和流速分布剖面畸变,旋渦存在普遍是由于有两个或两个以上空间(立體)彎管所引起的。流速剖面畸变通常是由管路配件局部阻碍(如阀门)或彎管所组成。这些影响需要以适当长度的上游直管段或安装流动调整器进行改善。除了考虑流量計连接配件的影响外,可能还要考虑上游管道配件组合的影响,因为它们可能产生不同的扰动源,所以一定要尽可能拉开各扰动源之间的距离以减少其影响。比如像在单彎管后面紧接着部分开启的阀。
流量計的下遊也需要有一段直管段以減小下遊流動影響。
对于容積式流量計和科里奥利质量流量計是不大会受不对称流动剖面影响;涡轮流量計使用时应尽量降低旋渦;電磁流量計和差壓式流量計则应限制旋渦在很小的范围内。
氣穴和凝結是由于管道布置不合理造成的,避免管道直徑上和方向上的急劇改變。管道布置不良也會産生脈動。
 
④ 管径和管道振动
        有些类型的流量計管径范围并不很宽,因此过大或过小会限制流量計品种的选择。测量低流速或高流速的流量,可选择与管径尺寸不同的流量計管径,可以使用异径管连接,使流量計运行在规定的范围内。流量超过范围,流速过低流量計误差增加会無法工作,流速过高流量計误差也可能增加,同时还会使流量传感器超速或壓力降过大而损坏流量計的使用。
有些流量計如壓電檢測件的渦街流量計和科裏奧利質量流量計敏感于機械振動,容易受管道振動幹擾,應注意在流量計前後管道上作支撐設計。對于脈動影響的消除采用脈動消除器以外,還注意將所有被安裝的流量計應遠離振動或脈動源。
⑤ 阀门的安装位置
        在安装流量計的管道都装有控制阀和隔离阀,为避免由于阀引起一些流速分布扰动和气穴而影响流量計测量,一般控制阀应安装在流量計的下游,控制阀安装在流量計的下游还可以增加流量計背壓,便于减小流量計内部产生气穴的可能性。
隔離閥安裝的目的是爲了使流量計與管線的流體隔離以便于維修。上遊閥應離流量計足夠距離,當流量計運行時,上遊閥應全開以避免流速分布畸變等擾動。
⑥ 防护性配件
        安装防护性配件是为了保证流量計能正常运行的防护措施。比如在容積式流量計和涡轮流量計一般在上游需安装过滤器等一些必要的设备,所有这些设备的安装都要以不影响流量計的使用为要。
⑦ 电器连接和电磁干扰
        目前大部分流量测量系统,不管是流量計本身还是其附件连接等都有电子设备,因此采用的电源要与流量計相配套。当流量計输出电平较低,应使用与环境想适应的前置放大器。有些类型的流量計的输出信号容易受大功率开关装置的干扰,使流量計输出脉冲波动而影响流量計的性能,像信号电缆应尽可能远离电力电缆和电力源,以降低电磁干扰和射频干扰影响。
⑧ 脈動流和非定常流
        前面已经讲过对于脈動流的影响除采用脉动消除器以外,还应注意将所有被安装的流量計远离脉动源。最常见的产生脉动源有定排量泵、往复式壓缩机、振荡着的阀或调节器、涡列等水利学振荡。一般像差壓式流量計具有脈動流误差,涡轮流量計和渦街流量計一样也会产生脈動流误差。非定常流是指随时间而变的流动而缓慢脉动是非定常流的一个特例。比如因尺寸过大的控制阀运行所产生的缓慢脉动。
流量計可分别处理流量传感器和二次显示仪表所受脉动影响。将流量传感器安装在远离脉动源的地方,也可在管道系统中安装冲气式缓冲器(用于液體)或阻流器(用于气體)等低通滤波器以减低脉动程度。二次显示仪表则可选用响应特性好的流量計(如電磁流量計、超声流量計)增加阻尼,测定脉动参数用以估计脉动的附加误差。
 
四、流量計選型之环境条件要求
在选流量計的过程中不应忽略周围条件因素及有关变化,比如 环境温度、湿度、安全性和电气干扰等,
①    环境温度
環境溫度變化會影響流量計的電子部分和流量傳感器部分。比如溫度變化會影響傳感器尺寸的變化、通過流量計殼體傳熱改變流體密度和粘度等。當環境溫度影響到顯示儀表電子元件時,將改變元件參數。應該將流量傳感器和二次顯示儀表安裝在不同的場所,像二次顯示儀表應安裝在控制室內,以保證電子元件免受溫度的影響。應該說環境溫度的影響量在作流量測量總不確定度的估算時,其影響不應是不確定度主要影響量之一。
②    环境湿度
    环境中大气湿度也是影响流量計使用的问题之一。比如湿度高会加速大气腐蚀和电解腐蚀并降低电气绝缘,低湿度会感生静电。环境温度或介质温度急剧变化会引起湿度方面的问题,如表面结露现象。
③ 安全性
應按照有關規範和標准選擇流量計,以適應用于爆炸性危險環境,按照防爆標准對現場進行要求。
④    电气干扰
電力電纜、電機和電氣開關都會産生電磁幹擾,如不采取有關措施,就會成爲流量測量産生誤差的原因。
五、流量計選型之经济方面的考虑
1、從經濟方面考慮購置流量計的費用
購置流量計時應比較不同類型流量計對整個測量系統經濟的影響。比如範圍度小的流量計比範圍度寬的流量計在相同測量範圍下,需要多台流量計並聯和多條管線才覆蓋,因此除流量計以外尚需增加許多輔助設備,像閥門、管線附件等。雖然表面上看流量計費用少了,但是其他的費用則增加,計算起來並不合算。比如安裝孔板流量計加上差壓計的費用相對便宜,但組成測量回路包括孔板的固定附件等其費用可能超過基本件費用很多
2、安裝費用
在購置流量計時,不僅要考慮流量計的購置費,還需考慮其他費用,如附件購置費、安裝調試費、維護和定期檢測費、運行費和備用件費。
比如許多流量計使用時應配備比較長的上遊直管段以保證其測量性能。因此正確的安裝需要額外管道的布置或備有旁路管道作定期維護。所以安裝費應合理多方面考慮,比如還應包括運行所需的截止閥、過濾器等輔助費用等。
3、運行費用
流量計运行费用主要是工作时能量消耗,包括电动仪表内部电力消耗或气动仪表的气源耗能以及在测量过程中推动流體通过仪表所消耗的能量,亦即克服仪表因测量产生壓力损失的泵送能耗费等。比如差壓式流量計产生的差壓,很大一部分不可恢复、容積式流量計和涡轮流量計也具有相当阻力。只有全通道、無阻碍的電磁流量計和超声流量計基本此费用为零、插入式流量計由于用于大管径阻塞比小,其壓力损失亦可忽略。
据测算管径100mm的差壓式孔板流量計1年泵送能耗费与流量計购置费相当,如果换用電磁流量計,其购置费亦仅相当于4年多差壓式孔板流量計的能耗费。设想更大管径的泵送能耗费所占份额费用更多。一般认为超过5000mm的流量計应该尽可能选用低壓损和無壓损的流量計。比如,供水工程应用传统的差壓式流量計极少用孔板而采用低壓损的文丘裏管,现在则更新为電磁流量計和超声流量計。
泵送能耗費用計算見下列各式:
                      年泵送能耗费 =  元
      液體:                 k
      气體:                   k
式中, ——动力损耗,k ,设泵(或壓缩机)组效率为80%;
       ——年工作小时数,h;
   ——电价,元 k / h;
       ——不可恢复壓力损失,Pa;
       ——液體流量,m /h;
       ——标准状态气體流量,m /min;
       ——液體相对密度;
       ——气體温度,K;
       ——气體绝对壓力,Pa。
4、檢測費用
檢測費用應根據流量計的檢定周期決定。一般用于貿易結算的原油或成品油的檢測常在現場設置標准體積管對流量計進行在線檢定。
5、維護費用和備用件費用等
    维护费用为流量計投入使用后保持测量系统正常工作所需费用,主要包括维护和备用件费。有运动部件的流量計需进行较多维护工作,如定期调换易磨损轴承、轴、转轮、传动齿轮等;没有运动部件的流量計也需进行检视,如最普通的用几何测量法检查孔板流量計。
     备用件费用会随着流量計的性能提高的程度而增加。选用流量計时应考虑同时增加备用件的购置费用,尤其是从国外进口的流量計,有时常常会因易损备件的困难而替换整台流量計。
六、流量計選型之测量方法和流量計的选择
上幾節都是講的一般流量計的選型等問題,本節爲例對測量漿液流量、大液體流量和蒸汽流量測量流量計的選擇。
1、漿液流量測量的選擇
    从流量計選型一览表中可查得应用于含顆粒纖維浆液的可选的流量計有:差壓式流量計中有彎管、楔型管、電磁流量計、多普勒法超声流量計、渦街流量計、靶式流量計、科里奥利质量流量計等。根据目前国内流量計的使用状况和各种流量計的測量性能来看,对测量浆液流量首选電磁流量計,除非所测量的浆液是非导电的或含有铁磁性颗粒,以及测量管道系统不允许截断以接入流量传感器,才选择其他流量計。据报道测量煤粉含量高达65%水煤浆流量的多年应用经验,认为还是電磁流量計最好。
差壓式流量計可用于測量漿液的差壓傳感器除彎管、楔型管還有環形管,固相較少時還可用圓缺孔板、偏心孔板,文丘裏管也有用于測量的實例。
多普勒法超聲流量計是可不截斷管道在管外夾裝超聲換能器(探頭)即可測量,但測量准確度不高。
渦街流量計只能測量含有少量粉狀固形物,固相含量較多或是纖維狀會産生噪聲而無法使用。
靶式流量計有用于含煤粉的重油或渣油等液流,是采用應變式靶式流量計。
科裏奧利質量流量計在國外有應用于漿液的測量經驗,一般以其直管型測量管爲宜,但國內應用經驗不多。
2、對于封閉管道液體大流量測量的選擇
這裏說的大流量不是指某一管徑流速較高時的“相對大流量”而是說流量絕對值的大流量。由于管道輸送液體的流速有一定的範圍,低粘度液體常用的經濟流速爲1~3m/s,因此,這裏說的“大流量”測量是說大管道流量測量。
一般来讲,DN300以下管径的流量計称为中小管径流量計,DN300~ DN400以上的称为大管径流量計,DN1200以上的称为特大管径流量計。通常特大管径液體流量测量主要为水,除了水以外还有石油产品。一般大管径流量計有差壓式流量計、電磁流量計、超声流量計和插入式的流量計,DN300~ DN500的还有容積式流量計和涡轮流量計。
(1)安裝條件
安裝條件主要是根據測量方法是否可以允許切斷管流,暫停運行,是否可以允許在管道上打孔,是否允許切斷管流安裝流量傳感器。
如果允许切断管流安装流量传感器,可以选择電磁流量計、带测量管段的超声流量計、容積式流量計和涡轮流量計。
如果允許在管道上打孔可以選擇外插換能器超聲流量計和插入式流量計。
如果上述要求都不允許,就只能選擇外夾裝換能器超聲流量計。
(2)測量准確度要求
对于贸易交接要求测量准確度高的、是不导电液體的可选择带测量管段的超声流量計、多声道的超声流量計、容積式流量計和涡轮流量計,如果是导电液體还可选择電磁流量計。
對于像控制配比,測量准確度要求低一些的可選擇差壓式文丘裏管、外夾裝換能器超聲流量計。測量准確度要求低的可選擇插入式流量計。
(3)壓力損失(泵送能耗費用)
大流量测量的泵送能耗费用在流量测量运行成本中占有相当大的比例,壓力损失和(泵送能耗费用)比如较大的为差壓式文丘裏管,容積式流量計和涡轮流量計。较小的为插入式流量計,没有壓力损失的为電磁流量計。
 
3、蒸汽流量測量的選擇
蒸汽流量測量從測量技術上分爲兩類,一類爲過熱蒸汽和高幹度(幹度x=0.9以上)的飽和蒸汽,另一類爲低幹度飽和蒸汽。前一類可以作爲單相流體處理,而後一類則爲兩相流。由于目前所有的流量計只適用于單相流體,因此,低幹度飽和蒸汽尚需進行深入的研究。
(1)過熱蒸汽和高幹度飽和蒸汽的流量測量
常用的流量計有:节流式差壓式流量計,该流量計目前仍是测量蒸汽流量的主要仪表,为适应需要在技术上也有了心得发展,。比如把节流装置、差壓变送器及三阀组组成一體成为一體式节流流量計,该节流流量計解决了差壓信号管路易出故障的缺点。还有采用定植节流件,用标准噴嘴代替标准孔板,因为噴嘴和孔板相比较,噴嘴的流出系数稳定,不会因为边缘锐角变钝使流出系数发生变化,壓损也比孔板低,一般在同样流量及 值时壓损约为孔板的30%~50%。
渦街流量計測量中溫,即200℃以下,應用于蒸汽應該說已經趨于成熟,是目前常用于蒸汽測量的一類流量計。但是一定要注意低幹度介質將使其儀表系數偏離檢測值而增大測量誤差。
均速管流量計、分流旋翼式流量計在准確度要求不太高的內部管理分配上應用還是可以的,因爲使用比較便宜、簡潔,適應于中小流量蒸汽的測量。
对于靶式流量計,国内于上世纪70年代开发的电动、气动靶式流量变送器,它是电动、气动单元组合仪表的检测仪表。由于当时力转换器直接采用差壓变送器的力平衡机构,因此,带来力平衡机构本身所造成的许多不足。比如,测量准確度较低、零点漂移、杠杆机构可靠性、稳定性差等。因此原JJG 461-1986《靶式流量变送器》规程制定于1986年,已有25年之久。由于现在已基本不再生产和使用电动、气动靶式流量变送器。原有的规程已不适应使用,因此修订了新的
靶式流量計規程。
靶式流量計的結構是由測量管、靶板、力傳感器、信號處理單元組成。力傳感器爲應變計式傳感器,信號處理顯示可以就地直讀顯示或輸出標准信號。力傳感器由筒式彈性體和力應變片組成,可以是內貼式和外貼式兩種。當彈性體在力作用下發生形變,它破壞了由力應變片組成的電橋的平衡,産生與流量成平方關系的電信號。
其工作原理是在恒定截面直管段中設置一個與流束方向相垂直的靶板,流體沿靶板周圍通過時,靶板受到推力的作用,推力的大小與流體的動能和靶板的面積成正比。在一定的雷諾數範圍內,流過流量計的流量與靶板受到的力成正比。靶板所受的力由力傳感器檢出。
以圓形靶板爲例,流量計算的基本公式爲:
                         
                     
式中,  ——质量流量(kg/s);
        ——體积流量(m /s);
        ——流量系数(纯数);
       ——流束的膨胀系数(纯数)。对不可壓缩性流體 =1,对可壓缩性流體 <1;
       ——测量管内径(m);
       ——靶径(m);
       ——流體的密度(kg/m );
       ——靶受到的力(N)。
靶板受力經力轉換器轉變成電流信號(4~20)mA或氣壓信號(20~100kPa)輸出,輸出信號與流量的關系可根據上式確定。
由于應變式新型靶式流量計具有新的結構和測量原理,在蒸汽測量中具有比較優越的使用前景,適應于中小流量蒸汽的測量。
(2)低幹度飽和蒸汽的流量測量
一般的工業鍋爐産生的飽和蒸汽在出口處爲高幹度(0.95以上)的飽和蒸汽,但是在長距離輸送過程中,由于保溫不好或間歇用汽出現不平衡情況等許多因素使幹度不斷下降,甚至成爲含水量很高的濕蒸汽,即成爲氣、水兩相流體。這兩相流體的流動特性與單相流是有著本質區別。在單相流中檢測的流量計儀表系數或流出系數是不能用于兩相流測量的。比如對孔板流量計進行的兩相流試驗中的流出系數必須進行幹度修正。因此,在低幹度飽和蒸汽的流量測量中,幹度參數是必須測量的一個參數。遺憾的是目前還沒有成熟的幹度計出現。另外其他各類流量計的儀表系數的幹度修正都尚未進行深入研究。只有解決這個問題,才能測量低幹度飽和蒸汽的流量。
 

1   流量計流體特性和工藝過程條件選型一覽表

流體特性和工藝過程條件

   

气體

符號說明:

流體特性

液體工艺过程条件

  最適用

清潔

贓汙

含顆粒纖維

腐蝕性漿

腐蝕性

粘性

非牛顿流體

液液混合

液氣混合

高溫

低溫

小流量

大流量

脈動流

一般

小流量

大流量

腐蝕性

高溫

蒸汽

 通常適用

◆在一定條件下適用

×  不適用

名稱

 

 

孔板

×

×

噴嘴

×

×

×

文丘裏管

×

×

×

彎管

×

×

×

楔型管

×

×

×

×

×

×

×

×

均速管

×

×

×

×

×

×

×

浮子式

玻璃管

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

金屬錐管

×

×

×

×

×

×

×

×

容積式

橢圓齒輪

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

腰輪

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

刮板

×

×

×

×

 

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

膜式

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

渦輪式

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

電磁式

×

×

×

×

×

×

×

振蕩式

渦街

×

×

×

×

×

×

×

×

×

旋進旋渦

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

超聲式

多普勒法

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

傳播時間法

×

×

×

×

×

×

×

×

靶式

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

熱式

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

科式力質量式

×

×

×

×

×

×

×

×

插入式(涡轮)(渦街)(电磁)

×

×

×

×

×

×

                                                               

1、—:取決于測量頭的類型;2、用于贓汙的孔板为圆缺孔板;3、用于粘性的孔板爲四分之一圓孔板和錐型入口孔板。

 

 

 

 

 

2   流量計測量性能、安裝條件選型一覽表

 

符號說明:

測量性能

安裝條件

  最適用

准確度

最低雷諾數

範圍度

壓力损失

輸出特性

高准確度流量

適用性

高准確度总量適用性

公稱通徑範圍

mm

傳感器安裝方位和流動方向

上遊直管段長度要求

 通常適用

◆在一定條件下適用

×  不適用

名稱

 

 

孔板

2×10

中~大

SR

×

501000

任意

短~長

噴嘴

1×10

小~中

SR

×

50500

任意

短~長

文丘裏管

7.5×10

SR

×

501200

(1400)

任意

短~中

彎管

1×10

SR

×

×

25

任意

短~中

楔型管

中~低

5×10

SR

×

×

25300

任意

短~中

均速管

10

SR

×

×

25

任意

短~中

浮子式

玻璃錐管

低~中

10

L

×

×

1.5100

垂直從上到下

金屬錐管

10

L

×

10150

容積式

橢圓齒輪

中~高

10

L

×

  6250

水平或垂直

腰輪

中~高

10

L

×

15500

刮板

中~高

10

液大

氣小

L

×

25300

膜式

2.5×10

SR

×

15100

水平

渦輪式

中~高

10

低~中

L

10500

水平

短~中

電磁式

中~高

 

中~大

L

63000

任意

無~中

流體振荡(旋渦)

渦街

無限制

小~大

小~中

L

×

50

任意

中~長

旋進旋渦

2×10

中~大

L

×

50150

任意

很短

超聲式

多普勒法

5×10

中~大

L

×

×

100

(25)

任意

短~長

傳播時間法

5×10

小~中

L

25

任意

短~中

靶式

低~中

2×10

L

×

15200

任意

短~中

熱式

10

 

×

×

430

任意

無~中

科式力質量式

無数据

中~大

-

很大

L

615

水平或

任意

插入式(涡轮)(渦街)(电磁)

無数据

取決于測量頭

L

×

×

100

取決于測量頭

中~長