通過分析流量測量原理、現(xiàn)場條件及測量要求,正確地選用流量儀表,使選購的儀表性能滿足實際運行參數(shù)要求,達到準確計量的目的。本文結(jié)合筆者幾年的工作實踐,談一下流量測量儀表的選用。

1首先確定是否需要安裝流量儀表

如果僅希望知道管道中流體是否在輸送流動,觀測其大體流量,那么選用流動窺視窗或流動指示器就能以較低費用達到這一目的。由于其結(jié)構(gòu)簡單,國內(nèi)流量儀表制造業(yè)對窺視窗和流動指示器重視宣傳不夠,僅有幾個企業(yè)提供產(chǎn)品,反觀從國外引進石化、汽輪機等成套設(shè)備中,在較多的工位上裝有流動窺視窗或指示器。

如果測量要求高,則需要安裝一臺流量儀表。應(yīng)充分利用現(xiàn)場條件,不一定要專門安裝流量傳感器,可利用管道系統(tǒng)中彎管,也可測量有其它阻流體管段(如T型管)的壓力降,通常也可達到同樣目的。流量和差壓間的關(guān)系,可通過作一些簡化假設(shè)計算(如彎管),或用外夾裝便攜式超聲流量計在該阻力管段的上游(或下游)管系合適位置在線比較校驗。

2分析因素

收集各類儀表樣本、技術(shù)數(shù)據(jù)和選用手冊等,充分了解各類儀表規(guī)范性能;再分別按性能要求和儀表規(guī)范、流體特性、安裝場所、環(huán)境條件和經(jīng)濟適用五個方面因素,按后面所提出的問題,逐一分析,列表比較。不同測量對象有各自測量目的,在儀表性能方面有其不同側(cè)重點。例如商貿(mào)核算和儲運對度要求較高;連續(xù)測量過程控制通常要求良好的可靠性和重復(fù)性,有時還要求較寬的測量范圍,而將測量度要求放在次要地位;批量配比生產(chǎn)則希望有好的度等。考慮順序一般先從“性能要求和儀表規(guī)范”開始,適當考慮其他因素。若認為“經(jīng)濟因素”是主要因素(如大管徑輸送要求泵送費用低、商貿(mào)核算要求測量誤差小),則其他因素為次要因素。

3度

流體測量中如不是單純計量總量,而是應(yīng)用在流量控制系統(tǒng)中,則檢測儀表度的確定要在整個系統(tǒng)控制度要求下進行,因為整個系統(tǒng)不僅有流量檢測的誤差,還包含有信號傳輸、控制調(diào)節(jié)、操作執(zhí)行等環(huán)節(jié)的誤差和各種影響因素,如操作執(zhí)行環(huán)節(jié)往往有2%左右的回差,對測量儀表確定過高的度(比如說0·5級)是不合理和不經(jīng)濟的。就流量儀表本身而言,檢測元件(或傳感器)和轉(zhuǎn)換顯示儀表之間的度亦應(yīng)適當確定,如未經(jīng)實流標定均速管、楔形管、彎管等差壓裝置誤差在0·5%~5%之間,選用高精度差壓計與之相配也就沒有意義了(目前我廠所用的ROSEMOUNT3051標示誤差在0·075%)。

流量儀表規(guī)范所示的度等級是在某一較寬流量范圍內(nèi),如果使用條件在某一特定流量或很狹窄的流量范圍,此時使用的測量度可比規(guī)定值高;如能在此測量點專門標定,可提高度,比如說從0·5級提高到0·25級或更高。用于商貿(mào)核算、儲運和物料平衡要求較高度時,還應(yīng)考慮度的持久性,是否易于重新校驗等關(guān)鍵因素,以及是否有在線校驗的可能。

4重復(fù)性

重復(fù)性在過程控制應(yīng)用中是很重要的指標,由儀器本身原理與制造質(zhì)量所決定,而度除取決于重復(fù)性外,尚與量值標定系統(tǒng)有關(guān)。嚴格地說重復(fù)性是指環(huán)境條件、介質(zhì)參量等不變情況下,對某量值一段時間內(nèi)同方向進行多次測量的一致性。然而實際應(yīng)用中,儀表優(yōu)良的重復(fù)性受許多因素包括流體粘度、密度等變化影響,往往被誤認為儀表重復(fù)性不好。因此有參量變化的場所,不要選擇對此參量變化敏感的儀表。例如浮子流量計易受流體密度影響,渦輪流量計用于高粘度測量時易受流體粘度影響等。若儀表輸出特性是非線性的,則影響更為突出。

5線性度

流量儀表輸出主要有線性和平方根非線性兩種。大部分流量儀表的非線性誤差不列出單獨指標,而包含在基本誤差內(nèi)。然而對于寬流量范圍脈沖輸出用作總量積算的儀表,線性度是一個重要指標,在流量范圍內(nèi)使用同一個儀表常數(shù),線性度差可能就要降低儀表度。隨著微處理器技術(shù)的發(fā)展,可采用信號適配技術(shù)修正儀表系統(tǒng)非線性,從而提高儀表度和擴展流量范圍。

6上限流量和流量范圍

上限流量也稱滿度流量。選擇流量儀表的口徑應(yīng)按被測管道使用的流量范圍和被選儀表的上限流量和下限流量來選配,而不是簡單地按管道通徑配用。通常設(shè)計管道流體流速是按經(jīng)濟流速來確定的。因為流速選擇過低,管徑粗,投資大,流速過高則輸送功率大,增加運行費用。例如水等低粘度液體經(jīng)濟流速為1·5~3m/s,高粘度液體經(jīng)濟流速為0·2~1m/s。大部分流量儀表上限流量的流速接近或略高于管道經(jīng)濟流速,因此儀表選擇口徑與管徑相同的機會較多,安裝就比較方便。如不相同也不會相差太多,一般相差一檔規(guī)格,采用異徑管連接。同一口徑不同類型的儀表上限流量受各自工作原理和結(jié)構(gòu)的約束,差別很大。有些儀表流量上限值訂購后就不能改變,如容積式儀表和浮子式儀表等;差壓式儀表孔板等設(shè)計確定后下限流量不能改變,但流量上限變化可以調(diào)整差壓變送器量程來適應(yīng);有些儀表則不經(jīng)實流校驗用戶可自行重新設(shè)定流量上限值,如某些型號的電磁流量計和超聲流量計。

7范圍度

范圍度為上限流量和下限流量的比值,其值愈大流量范圍愈寬。線性儀表有較大范圍度,一般為10∶1;非線性儀表則較小,通常僅3∶1,能滿足一般過程控制用流量測量和商貿(mào)核算總量計量。但有些商貿(mào)核算用儀表要求較寬的范圍度,例如公用事業(yè)自來水量計量的晝夜和冬夏季節(jié)差很大,就要求很寬的范圍度。差壓式儀表范圍度拓寬近年有一些突破,主要在差壓變送器及微機技術(shù)應(yīng)用方面采取措施,亦可達10∶1,不過儀表價格要高出一倍多。某些型號的電磁流量計用戶可自行調(diào)整流量上限值,上限可調(diào)比(上限值和最小上限值之比)可達10,再乘上所設(shè)定上限20∶1的范圍度,一臺儀表擴展意義的范圍度(即考慮上限可調(diào)比)可達(50~200)∶1,還有些型號儀表具有自動切換上限流量值功能。有些制造廠為表示其范圍度寬,把上限流量的流速提得很高,液體7~10m/s,氣體50~75m/s,實際上這么高的流速一般是用不上的,關(guān)鍵是下限流速是否適應(yīng)測量要求,一般要求范圍度寬下限流速更低些才好。

8壓力損失

除無阻礙流量傳感器(電磁式、超聲式等)外,大部分流量傳感器或要改變流動方向,或在流通管道中設(shè)置靜止的或活動的檢測元件,從而產(chǎn)生隨流量而變的不能恢復(fù)的壓力損失,其值有時高達數(shù)10kPa。而泵送能耗與壓損及流體密度、流量成正比,因選擇不當而產(chǎn)生過大的壓力損失往往影響流程效率。管徑大于500mm輸水用流量儀表,應(yīng)考慮壓損所造成能量損耗,勿使壓損過大而增加泵送費用,壓力損失較大的儀表短短幾年為測量付出的泵送費用往往超過低壓損價格較貴儀表的購置運行等費用。

9響應(yīng)時間

應(yīng)用于脈動流動場所應(yīng)注意儀表對流動階躍變化的響應(yīng)。有些使用場所要求儀表輸出跟隨流動變化,而另一些為獲得綜合平均只要求有較慢響應(yīng)的輸出。瞬態(tài)響應(yīng)常以時間常數(shù)或響應(yīng)頻率表示,其值前者從幾毫秒到幾秒,后者在數(shù)百赫茲以下,配用顯示儀表可能相當大地延長響應(yīng)時間,儀表的流量上升和下降動態(tài)響應(yīng)不對稱會急劇增加測量誤差。

綜上所述,流量儀表的選用是一項系統(tǒng)工程,對某一具體應(yīng)用場所可以采用的儀表可能有幾種方案,在選擇時只憑以往經(jīng)驗和單純考慮初裝費用貿(mào)然作出決定,可能會失去選擇最適合儀表的機會。因此,在流量測量設(shè)計中,根據(jù)現(xiàn)場狀況選購的儀表性能正好能滿足實際運行參數(shù)要求,才能使其充分發(fā)揮作用,達到準確計量的目的。