DN40煙氣流量計(jì)

DN40煙氣流量計(jì)是一種采用壓電晶體作為檢測元件，輸出與流量成正比的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的流量儀表。該儀表可以直接與智能流量積算儀配套使用，也可以與計(jì)算機(jī)及集散系統(tǒng)配套使用，對(duì)不同介質(zhì)的流量參數(shù)進(jìn)行測量。該儀表根據(jù)流體渦街的檢測原理，其檢測渦街的壓電晶體不與介質(zhì)接觸，儀表具有結(jié)構(gòu)簡單、通用性好和穩(wěn)定性高的特點(diǎn).

結(jié)構(gòu)
    渦街流量計(jì)由傳感器和轉(zhuǎn)換器兩部分組成，傳感器包括旋渦發(fā)生體（阻流體）、檢測元件、儀表表體等；轉(zhuǎn)換器包括前置放大器、濾波整形電路、 D / A 轉(zhuǎn)換電路、輸出接口電路、端子、支架、防護(hù)罩等。近年來智能式流量計(jì)還把微處理器、顯示通訊及其他功能模塊亦裝在轉(zhuǎn)換器內(nèi)。 
旋渦發(fā)生體是檢測器的主要部件，它與儀表的流量特性（儀表系數(shù)、線性度、范圍度等）和阻力特性（壓力損失）密切相關(guān)，對(duì)它的要求如下： 
① 能控制旋渦在旋渦發(fā)生體軸線方向上同步分離。 
② 在較寬的雷諾數(shù)范圍內(nèi)，有穩(wěn)定的旋渦分離點(diǎn)，保持恒定的斯特勞哈爾數(shù)。 
③ 能產(chǎn)生強(qiáng)烈的渦街，信號(hào)的信噪比高。 
④ 形狀和結(jié)構(gòu)簡單，便于加工和幾何參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化，以及各種檢測元件的安裝和組合。 
⑤ 材質(zhì)應(yīng)滿足流體性質(zhì)的要求，即耐腐蝕、耐磨蝕、耐溫度變化。
⑥ 固有頻率在渦街信號(hào)的頻帶外。已經(jīng)開發(fā)出形狀繁多的旋渦發(fā)生體

基本原理是卡門渦街原理,即“渦街旋渦分離頻率與流速成正比”。

流量計(jì)流通本體直徑與儀表的公稱口徑基本相同。如圖一所示,流通本體內(nèi)插入有一個(gè)近似為等腰三角形的柱體,柱體的軸線與被測介質(zhì)流動(dòng)方向垂直,底面迎向流體，當(dāng)被測介質(zhì)流過柱體時(shí),在柱體兩側(cè)交替產(chǎn)生旋渦,旋渦不斷產(chǎn)生和分離,在柱體下游便形成了交錯(cuò)排列的兩列旋渦，即“渦街”。理論分析和實(shí)驗(yàn)已證明,旋渦分離的頻率與柱側(cè)介質(zhì)流速成正比。

f=(sr*V)/d

式中:

ｆ── 柱體側(cè)旋渦分離的頻率(Ｈｚ);

Ｖ── 柱側(cè)流速(ｍ/ｓ);

ｄ── 柱體迎流面寬度(ｍ);

Ｓr ── 斯特勞哈爾數(shù)。是一個(gè)取決于柱體斷面形狀而與流體性質(zhì)和流速大小基本無關(guān)的常數(shù)。

技術(shù)參數(shù)

技術(shù)參數(shù)
環(huán)境溫度: (-40～55)℃ ;
相對(duì)濕度: (5～90)% ;
大氣壓力: (86—106)Kpa
公稱通徑: (15～1500)ｍｍ（大于200mm為插入式結(jié)構(gòu)）；
測量介質(zhì): 液體、氣體、蒸汽;
公稱壓力: 1.6Mpa 2.5Mpa 4.0Mpa
介質(zhì)溫度: (-40～+350)℃;
精度等級(jí): 0.5級(jí),1.0級(jí)1.5級(jí),2.5級(jí);
線性度: ≤±1.5％;
重復(fù)性: ≤0.5％,≤1.0% ;
輸出信號(hào): 電壓脈沖;
(4～20)mA DC（兩線制）;;
供電電源: 電壓脈沖 12V DC或24V DC;
電流型 24V DC
智能電流型 24V DC
智能電池型 3.6V DC
負(fù)載電阻: 負(fù)載電阻不超過350Ω。
本體材質(zhì): 304不銹鋼
連接方式: (15～300)mm 法蘭卡裝式結(jié)構(gòu)或法蘭聯(lián)接式結(jié)構(gòu);
(200～1500)mm 為插入式結(jié)構(gòu);
保護(hù)等級(jí): IP65, IP67 ;
電纜接口: PG10
防爆類型: 本安型; 隔爆型

DN40煙氣流量計(jì)所謂工業(yè)上的極低溫流體，一般指在大氣壓下沸點(diǎn)為－50℃以下的流體。

代表性的極低溫流體有LNG(液化天然氣)、LN2(液氮)、LO2(液氧)、液化乙烯、液氫、以及這些低溫氣體，L PG(液化石油氣)不包括在極低溫流體中。

在論述極低溫流體的流量測量方法時(shí)，特別要了解的是在工業(yè)過程中使用這些流體時(shí)，它與常溫或高溫相比有哪些不同?容易發(fā)生什么樣的問題?因此，首先列舉極低溫流體和過程的特征加以說明。

(1)   容易引起狀態(tài)變化

構(gòu)成極低溫流體的物質(zhì)具有表1、表2所示的物理常數(shù)。這些流體通常以飽和狀態(tài)儲(chǔ)存在絕熱的儲(chǔ)存容器里。用泵升壓、送出，開始過程處理，并反復(fù)進(jìn)行加壓、減壓。在此過程中，飽和狀態(tài)的極低溫流體一會(huì)兒變?yōu)檫^冷狀態(tài)，一會(huì)兒變?yōu)榉序v狀態(tài)，狀態(tài)容易變化。因此，配管設(shè)計(jì)和流量計(jì)設(shè)計(jì)需要采取措施。

表1 低沸點(diǎn)物質(zhì)的物理常數(shù)

表2 液化天然氣成分物質(zhì)的物理常數(shù)

(2)有因濃縮而出現(xiàn)的物態(tài)變化

液化天然氣是由表2所示的物質(zhì)而組成的混合物。由于從外部向儲(chǔ)存容器或配管內(nèi)加熱，所以，先從甲烷開始蒸發(fā)，發(fā)生稱為濃縮的如圖1所示那樣的成分變化。液化天然氣的成分物質(zhì)甲烷、乙烷、丙烷、丁烷的液態(tài)密度如圖2所示。由于濃縮，液化天然氣的液態(tài)密度變大，所以，測量流量時(shí)，必須修正密度。

(3)對(duì)材料有限制

金屬材料在極低溫下的屈服點(diǎn)、拉伸強(qiáng)度、延伸率、節(jié)流、沖擊試驗(yàn)值等機(jī)械性質(zhì)與常溫下有很大不同，在極低溫下，金屬材料的拉伸強(qiáng)度上升，但延展性降低，沖擊值也隨材料而顯著下降。因此，在極低溫下所使用的儀器的材料，應(yīng)是有充分抗破壞韌性的材料，使之不引起脆性破壞，這些材料就叫做低溫材料。但是，現(xiàn)在使用的一般的材料有：不銹鋼、鋁合金、90％的鎳鋼、35％的鎳鋼(鎳鐵合金)。表3示出了低溫材料的機(jī)械性質(zhì)。圖3還示出了不銹鋼的恰貝遷移溫度曲線。

圖1液化天然氣的濃縮

圖2 液化天然氣成分的液態(tài)密度

圖3不銹鋼的恰貝遷移溫度遷移曲線

表3低溫材料的機(jī)械性質(zhì)

(4)要求考慮因冷縮而產(chǎn)生的應(yīng)力、間隙的變化后進(jìn)行設(shè)計(jì)。

低溫材料的物理性質(zhì)如表4所示。用這些材料設(shè)計(jì)測量儀器時(shí)，必須充分考慮冷縮的影響。

(5)需要預(yù)冷

如果使極低溫流體急劇地流入處于溫暖狀態(tài)的配管和儀器的局部，則不能控制從法蘭漏出極低溫流體，這樣，配管和儀器會(huì)產(chǎn)生異常應(yīng)力，有被破壞的危險(xiǎn)。因此，必須進(jìn)行預(yù)冷作業(yè)，冷卻到所定的溫度狀態(tài)然后開始使用。

(6)必須注意因高凝固點(diǎn)物質(zhì)的凝固而產(chǎn)生故障

開始使用前．如果不消除空氣、油分，那么，在極低溫下，固化的水分，油分，二氧化碳等會(huì)增大可動(dòng)部分的摩擦，使過濾器堵塞，發(fā)生效障。

表4低溫材料的物理性質(zhì)

(7)在氣液分界面引起對(duì)流

在氣液分界面內(nèi)產(chǎn)生的對(duì)流，會(huì)出現(xiàn)微弱的脈動(dòng)現(xiàn)象，發(fā)生因煙霧而產(chǎn)生的故障。

流量測量儀器的種類

目前使用多的極低溫流體的流量測量儀器有孔板、渦街流量計(jì)、渦輪流量計(jì)三種。但是，各種流量計(jì)，根據(jù)其用途、測量范圍，也研制了很多不同的結(jié)構(gòu)。因此，希望選擇儀器時(shí)，一定要在充分掌握各種儀器的特征的基礎(chǔ)上考慮價(jià)格。維護(hù)性能、要求精度、過程中測量場所的特征。

極低溫流體以液體和氣體兩種狀態(tài)存在，但幾乎所有的問題都發(fā)生在流體的流量測量過程中。因此．這里主要說明極低溫液體的流量測量。

孔板

用孔板測量流體的方法是根據(jù)德國工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、美國機(jī)械工程師學(xué)會(huì)、日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等的標(biāo)準(zhǔn)確定的。由于其使用效果好，所以，極低溫流體在以上述標(biāo)準(zhǔn)定義的物性值的范圍內(nèi)，如果測量時(shí)沒有異常的物性值變化，就能進(jìn)行圓滿的測量。

實(shí)際上在極低溫流體的流量測量中，孔板應(yīng)用得多，可靠性也高。但是，在進(jìn)行儀表設(shè)計(jì)時(shí)有幾個(gè)重要的事項(xiàng)需要注意，下面就加以敘述。

材料和結(jié)構(gòu)

1.材料采用SUS316L。焊接噴嘴使用低炭焊接棒是安全的。

2.極低溫流體在飽和狀態(tài)下流動(dòng)時(shí)，為把容易引起差壓的擺動(dòng)平滑化后進(jìn)行測量，希望取壓型式用角接取壓。

3.為了減少由于冷縮而引起的孔板漏濁，可將孔板和環(huán)室作成一體。

4.對(duì)于測量高壓配管或泵流用的孔板，難以用夾緊的辦法來控制安裝處的漏濁，有時(shí)甚至需要停止設(shè)備運(yùn)行。因此，要按照配管等級(jí)來提高孔板安裝位置的法蘭和螺絲的等級(jí)，這種方法比通常用的過盈量要大，以防漏泄。同時(shí)，要將熱傳導(dǎo)率好的金屬插入螺絲的空間，使配管的冷縮不產(chǎn)生時(shí)間差。根據(jù)情況，也有選擇螺絲的冷縮率比孔板大的。

5.在口徑較大的配管上安裝孔板時(shí)，用上述的薄片式的，有時(shí)不能控制漏泄。要使用帶有法蘭的孔板或焊接式孔扳。

2)孔板設(shè)計(jì)

渦街流量計(jì)特征

渦街流量計(jì)用于極低溫流體的流量測量時(shí)，一般特征如下：

1.壓力損失比較小。即使是極低溫的流體，其蒸發(fā)量也少，可以高精度測量。

2.量程范圍大。

3.由于是檢測流速，所以，流量和輸出的關(guān)系為線性。

4.由于可以脈沖輸出，容易累積計(jì)算。

5.很容易安裝導(dǎo)壓管。

結(jié)構(gòu)和材料

為了減少熱收縮等原因產(chǎn)生的漏液的可能性，主體一般裝有法蘭盤，而不用螺紋接頭。

為了避免冷熱的影響，前置放大器部分采用加長管來安裝。但是，有時(shí)也可根據(jù)情況安裝散熱片。本體、三角柱、法蘭盤需使用低溫材料SUS316。

流量測量范圍

通常希望流量計(jì)的口徑與普通配管直徑一致。但是，往往是根據(jù)將來的計(jì)劃來設(shè)計(jì)配管。當(dāng)配管直徑很大或使用量增加之后，會(huì)出現(xiàn)測量精度變差、甚至不能測量的情況。在這種情況下，必須按測量范圍選用渦街流量計(jì)以及前后安裝的整流器以使口徑一致。一般地說，可按照下面幾點(diǎn)來選定。

1.小流量的極限是這樣選取的：當(dāng)流量低于這個(gè)極*，流量信號(hào)變?nèi)?。按雷諾數(shù)劃分的話，雷諾數(shù)大約是2000。

2.大流量。換算為流速的話，取6米／秒。取該值的原因是一方面在流量計(jì)的檢測部分壓力損失增加，流體在該處急劇蒸發(fā)，另一方面它是渦街流量測量的極限值。

結(jié)構(gòu)和材料

渦輪流量計(jì)中裝有轉(zhuǎn)子和軸承等以高速轉(zhuǎn)動(dòng)的可動(dòng)部分、摩擦部分。因此，應(yīng)充分了解其結(jié)構(gòu)和處理方法，否則，使用時(shí)就不會(huì)發(fā)揮其特性。

一般使用的材料是大家所知道的SUS304L低溫材料。如能進(jìn)行奧氏體化處理，SUS304也可使用。

軸承是渦輪流量計(jì)的重要部分，達(dá)部分決定其特性、耐久性。如果被測流體是沒有潤滑性的液體，在選澤軸承時(shí)，要十分注意。通過實(shí)驗(yàn)證明，測量液化天然氣用的渦輪流量計(jì)可以使用AISI 440C不銹鋼的滾珠軸承。

流量范圍

用渦輪流量計(jì)測量極低溫流體時(shí)，容易發(fā)生的故障是因儀表的壓力損失而引起的急劇蒸發(fā)。儀表中形成急劇蒸發(fā)后，轉(zhuǎn)子將以比通常轉(zhuǎn)速快數(shù)十倍的速度旋轉(zhuǎn)。這樣軸承會(huì)在很短的時(shí)間內(nèi)就被*磨壞。防止蒸發(fā)的好方法是適當(dāng)加大儀表的尺寸。渦輪流量計(jì)的壓力損失與流量的平方成正比，如能將被測大流量限制在儀表容量的1／2時(shí)，壓力損失可下降到額定的1／4。

一股地說，在間斷使用時(shí)，如將被測大流量控制在儀表容量的70％以下，基本上不會(huì)產(chǎn)生因儀表本身的壓力損失而出現(xiàn)的故障。連續(xù)使用時(shí)，要將常用流量限制在儀表容量的50％以下。這就需要將軸承的檢查周期取為一年以上。

粘度的影響

當(dāng)流體是紊流時(shí)，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速不受粘度和密度的影響。但是，當(dāng)是層流時(shí)，就要受影響。因此，在流量小的地方，可測量的流體的密度和流量之間存在一定的極限。液化天然氣等極低溫流體和汽油相比，粘度小一個(gè)數(shù)量級(jí)。因此，就可以用汽油檢定，保證得到量程以上的值。