管道氮氣流量計

      管道氮氣流量計 廣泛應用在石油、化工、冶金、造紙等行業(yè)流體的計量，該流量計無可動部件，可靠性強、精度高、壽命長，可在很寬的流量范圍內精確測量液體的瞬時流量和累計流量。其不受介質溫度、壓力、粘度及組分的影響，同時不堵、不卡、不易結垢、耐高溫、高壓，安全防爆，適用于惡劣環(huán)境。流量計分一體化顯示和遠傳顯示，并可輸出脈沖信號或電流信號與微機聯(lián)網。

主要特點：

1．結構簡單而牢固，無可動部件，可靠性高，長期運行十分可靠 。

2．安裝簡單，維護十分方便。

3．檢測傳感器不直接接觸被測介質，性能穩(wěn)定，壽命長。

4．輸出是與流量成正比的脈沖信號，無零點飄移，精度高。

5．測量范圍寬，量程比可達1：10。

6．壓力損失較小，運行費用低，更具節(jié)能意義。

7．在一定的雷諾數(shù)范圍內，輸出信號頻率不受流體物理性質和組分變化的影響，儀表系數(shù)僅與旋渦發(fā)生體的形狀和尺寸有關，測量流體體積流量時無需補償，調換配件后一般無需重新標定儀表系數(shù)。 

8．應用范圍廣，蒸汽，液體，氣體的流量均可測量。

技術指標：

1．測量介質：液體、氣體、飽和蒸汽、過熱蒸汽。 

2．精度等級：液體±1.0%，氣體（蒸汽） ±1.5%，插入式±2.5%。

3．工作壓力：1.6MPa，2.5MPa，4.0MPa，6.4MPa。 

4．介質溫度：普通型-40～150℃ 中溫型-40～250℃ 高溫型-40～350℃。 

5．輸出信號：三線電壓脈沖，低電平0～1V，高電平 > 4V，占空比50%； 二線制標準電流4～20mA；三線制標準電流0～10mA。 

6．工作環(huán)境：-35℃～+60℃，濕度≤95%RH。 

7．工作電源：DC12V；DC24V。 

8．殼體材料：碳鋼、不銹鋼。 

9．防爆類型：本安型 ExibIICT6。

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原理:

在流體中設置三角柱型旋渦發(fā)生體，則從旋渦發(fā)生體兩側交替地產生有規(guī)則的旋渦，這種旋渦稱為卡門旋渦，如圖所示，旋渦列在旋渦發(fā)生體下游非對稱地排列。設旋渦的發(fā)生頻率為f，被測介質平均流速為 ，旋渦發(fā)生體迎流面寬度為d，表體通徑為D，即可得到以下關系式：　f=SrU1/d=SrU/md 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　?。?）

式中U1--旋渦發(fā)生體兩側平均流速，m/s；

Sr--斯特勞哈爾數(shù)；

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qv為

qv=πD2U/4=πD2mdf/4Sr 　　　　　　　　　　　　　　　?。?）

K=f/qv=[πD2md/4Sr]-1 　　　　　　　　　　　　　　　　 （3）

式中 K--流量計的儀表系數(shù)，脈沖數(shù)/m3（P/m3）。

K除與旋渦發(fā)生體、管道的幾何尺寸有關外，還與斯特勞哈爾數(shù)有關。斯特勞哈爾數(shù)為無量綱參數(shù)，它與旋渦發(fā)生體形狀及雷諾數(shù)有關，圖2所示為圓柱狀旋渦發(fā)生體的斯特勞哈爾數(shù)與管道雷諾數(shù)的關系圖。由圖可見，在ReD=2×104～7×106范圍內，Sr可視為常數(shù)，這是儀表正常工作范圍。當測量氣體流量時，VSF的流量計算式為(4)

式中 qVn，qV--分別為標準狀態(tài)下（0oC或20oC，101.325kPa）和工況下的體積流量，m3/h；

Pn，P--分別為標準狀態(tài)下和工況下的壓力，Pa；

Tn，T--分別為標準狀態(tài)下和工況下的熱力學溫度，K；

Zn，Z--分別為標準狀態(tài)下和工況下氣體壓縮系數(shù)。

由上式可見，VSF輸出的脈沖頻率信號不受流體物性和組分變化的影響，即儀表系數(shù)在一定雷諾數(shù)范圍內僅與旋渦發(fā)生體及管道的形狀尺寸等有關。但是作為流量計在物料平衡及能源計量中需檢測質量流量，這時流量計的輸出信號應同時監(jiān)測體積流量和流體密度，流體物性和組分對流量計量還是有直接影響的。

渦街流量計便是依據(jù)卡門旋渦原理進行封閉管道流體流量測量的新型流量計。因其具有良好的介質適應能力，無需溫度壓力補償即可直接測量蒸汽、空氣、氣體、水、液體的工況體積流量，配備溫度、壓力傳感器可測量標況體積流量和質量流量，是節(jié)流式流量計的理想替代產品。

為提高渦街流量計的耐高溫及抗振動性能，我公司新近開發(fā)出了SDLU改進型渦街流量傳感器，因其*的結構和選材使該傳感器可在高溫（350℃）、強振動（≤1g）的惡劣工況下使用。

在實際應用中，往往大流量遠低于儀表的上限值，隨著負荷的變化，小流量又往往會低于儀表的下限值，儀表并非工作在它的工作段，為了解決這一問題，通常采用在測量處縮徑提高測量處的流速，并選用較小口徑的儀表以利于儀表的測量，但是這種變徑方式必須在變徑管與儀表間有長度為15D以上的直管段進行整流，使加工、安裝都不方便。我公司研制的縱斷面形狀為圓弧的LGZ變徑整流器，具有整流、提高流速及改變流速分布多重作用，其結構尺寸小，僅為工藝管內徑的1/3，與渦街流量計作成一體，不僅不需要另外附加一段直管段，還可以降低對工藝管直管段的要求，安裝非常方便。

管道氮氣流量計選型

 3.1 渦街流量計 口徑的選取

    儀表生產廠家不同，其選型方式會有所不同。應根據(jù)其相應的選型方式，作出詳細的計算，來確定口徑的大小。而不能盲目的根據(jù)管道的口徑選擇流量計的口徑，選型時要注意：

    雷諾數(shù)限制：當雷諾數(shù)Re<5×103時，渦街流量計 基本不能測量，當雷諾數(shù)Re<2×104時，因St非線性偏高，所以導致測量值偏差大；流速限制：對于測量液體流量，大流速10m/s，測量氣體流量時，大流速75m/s。

    為使流量計的流速大一些，渦街流量計 工作在測量精度保證范圍內，要盡量選用比公稱通徑小的流量計。如果流量計的口徑偏大，則使流量在低限運行，使得測量值不準確。

  3.2 傳感器檢測元件材質的選取

    在化工場合，許多介質時帶有腐蝕性的，因此在選型時應根據(jù)相應的介質選擇相應的傳感器材質。否則傳感器或旋渦發(fā)生體被腐蝕后，輕者會影響測量，重者使儀表無法正常測量，甚至發(fā)生介質泄露的事故。

3.3 粘度較大或易沉淀的流體

    當測量粘度較大或者易沉淀的流體，會在渦街發(fā)生體表面有粘附或沉積物時會使發(fā)生體的形狀和尺寸變化，影響儀表系數(shù)；而傳感器表面有粘附或沉淀物時，儀表的靈敏度會降低。對此建議選用其他原理的流量計，或經常清洗流量計傳感器和旋渦發(fā)生體。

?產品選型：

安裝要點

    （1）選擇合理的安裝場所。如避開強電力設備、高頻設備、強電源開關設備；避開高溫熱源和輻射熱源的影響；避開強烈振動。

    （2）上下游直管段滿足要求。不同的阻流件對流場的影響是不一樣的，在突縮和突擴管段可能在肩部形成二次流，在彎管位置在流動方向突然改變的彎管內外側將形成二次流，在流通截面積突然改變的閥門位置流動也將受到影響。因此不同阻流件對直管段的要求也不同，見圖3，如流量計前有一個彎頭時，前面的直管段要求20倍的管道內徑，后面的直管段要求5倍的管道內徑。而流量計前有兩個彎頭時，前面的直管段要求40倍的管道內徑，后面的直管段要求5倍的管道內徑。

    （3）有振動的管道，渦街流量計 表頭水平安裝，對于振動較強的管系，設置減振裝置。

    （4）如有可能安裝旁通管，便于檢修。

    （5）測量含有少量異相的流體時，注意傳感器的安裝位置。如測量介質中還有固體物時，流量計應安裝在不易沉淀的地方；而測量介質為氣體，其中含有液體時，應在流量計前安裝排放閥，否則會產生氣錘，損壞傳感器。

    （6）介質溫度較高時，流量計表頭向下安裝，或選用分體式流量計。

    （7）渦街流量計 信號傳輸電線應采用金屬屏蔽電線，要有良好的接地措施。遵循一點接地原則。

    （8）管道隔熱保溫。一般測量蒸汽時，管道隔熱保溫是防止能量散失的重要手段，當對渦街流量計 進行隔熱處理時，應確保渦街流量計 的傳感器和電路部分暴露在外，確保熱量向外射以防止儀表電子部件過熱。

    （9）為防止氣穴現(xiàn)象發(fā)生，渦街流量計 進口壓力要滿足要求：

 （4）

    Δp-渦街流量計 的壓損；Pv-使用溫度下的液體的飽和蒸汽壓。

圖3 渦街流量計 直管段小要求

  5 渦街流量計 測量中的壓力、溫度補償

渦街流量計 測得的是工作狀況下的體積流量，以下情況需要壓力、溫度補償：

    （1）測量介質為液體，輸出為質量流量（部分液體）；

    （2）測量介質為氣體，輸出為標準狀態(tài)下的體積流量；

    （3）測量介質為氣體，輸出為質量流量[3]；

    此時，還需要一個流量積算儀，根據(jù)一定的溫度壓力補償公式來計算出所需要的流量，見圖4。

圖4 帶溫壓補償流量積算儀的測量圖

  6 影響渦街流量計 測量準確度 的其它因素

    6.1 旋渦發(fā)生體迎流面堆積的影響

    如果被測流體中存在黏性顆粒，則可能會逐漸堆積在旋渦發(fā)生體迎流面上，使其幾何形狀和尺寸發(fā)生變化，因而流量系數(shù)也相應變化，影響見圖5所示。

圖5 旋渦發(fā)生體發(fā)生堆積時的精度影響

    因此在使用中要注意清理。

 6.2 溫度對測量的影響

    溫度變化對測量體幾何尺寸變化的影響有兩部分組成，一是旋渦發(fā)生體寬度d發(fā)生變化引起的；另一個就是管道內徑D變化引起的。消除此影響一般是對K系數(shù)進行修正[5]。

（5）

    式中：Kt-流體溫度是t時的流量系數(shù)；Km-流體溫度是t0時的流量系數(shù)；A-常數(shù)，與渦街流量計 的材料和結構有關。

    目前一些廠家的流量計已對溫度的影響在軟件中進行固定溫度修正和實時溫度修正，如Endress+Hause的Prowirl72和73型的渦街流量計 。

  6.3 配管內徑與流量計內徑不一致造成的影響

    一般進口儀表的內徑時按照國外標準生產的，而在國內的配管內徑為國內標準的，兩者之間的差別有時很大，如Endress+Hause的Prowirl72FDN100口徑壓力為PN16的內徑為107.1mm，而國內的為101.0mm。對于配管內徑與流量計內徑不一致，可分為兩種情況[6]：

    （1）當管道實際內徑大于儀表內徑時，兩者之間的差值不超過流量計內徑的3%，這時造成的誤差很小，對測量無影響，可無需修正。

    （2）當管道內徑小于儀表內徑，且兩者之差不超過流量計內徑的2%時，產生的誤差較小，可通過對儀表系數(shù)的修正進行補償，修正因子Kd為：DN-流量計內徑；D-配管內徑。

    （3）當管道內徑與儀表內徑相差較大，由于流體經過這種突變造成的流體擾動使得渦街流量計 的測量變得不再穩(wěn)定和可靠，造成的誤差無法通過修正K系數(shù)來補償。此時需要流量計前后安裝足夠的與流量計內徑一致的直管段或流量計前安裝流場優(yōu)化整流器，但安裝整流器后仍需一定的直管段。