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氣體流量計(jì)測(cè)量介紹

閱讀:3678      發(fā)布時(shí)間:2012-4-25
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氣體流量計(jì)測(cè)量介紹

目前市場(chǎng)上測(cè)量流量的氣體種類較多,現(xiàn)在討論其中zui常見(jiàn)的空氣、城市煤氣、天然氣和組分變化的氣體。可用來(lái)測(cè)量氣體流量的儀表種類也繁多,本篇結(jié)合四種典型氣體重點(diǎn)討論差壓式含均速管、渦街式、旋進(jìn)渦街式、超聲式、氣體渦輪、氣體腰輪式流量計(jì)的應(yīng)用。

氣體流量計(jì) 壓縮空氣流量測(cè)量

壓縮空氣是企事業(yè)單位重要的二次能源,大多由電能或熱能經(jīng)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)化而來(lái)。當(dāng)空氣壓力值要求較低時(shí),則由鼓風(fēng)機(jī)產(chǎn)生。對(duì)由大量能源轉(zhuǎn)化而來(lái)的工質(zhì)進(jìn)行管理,以收到節(jié)約能源和提高設(shè)備管理水平的效果,是壓縮空氣流量計(jì)量的主要目的。

在化工等銷售過(guò)程中,有一種重要的工藝過(guò)程氧化反應(yīng),它是以空氣作原料,和另外某種原料在規(guī)定的條件下進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。空氣質(zhì)量流量過(guò)大和過(guò)小,都會(huì)對(duì)安全銷售、產(chǎn)品質(zhì)量和貴重原料的消耗產(chǎn)生關(guān)鍵影響。在這種情況下,空氣流量測(cè)量度要求特別高,多半還配有自動(dòng)調(diào)節(jié)。

鍋爐和各種工業(yè)爐窖中的燃燒過(guò)程,其本質(zhì)也是氧化反應(yīng),對(duì)助燃空氣流量的測(cè)量,雖然準(zhǔn)確度要求不像化工銷售中的氧化反應(yīng)那樣高,但對(duì)環(huán)境保護(hù)和經(jīng)濟(jì)燃燒、節(jié)約燃料也有重要意義。

(1)氣體流量計(jì) 空氣流量測(cè)量的特點(diǎn)

振動(dòng)大。并非每一臺(tái)空氣流量計(jì)都安裝在振動(dòng)大的場(chǎng)所。但是安裝在壓縮廠房和鼓風(fēng)機(jī)房的空氣流量計(jì)都得考慮振動(dòng)問(wèn)題。這種振動(dòng)主要來(lái)自壓縮機(jī)和鼓風(fēng)機(jī),機(jī)器的振動(dòng)通過(guò)空氣管道或風(fēng)管可以傳到很遠(yuǎn)的地方。其中振動(dòng)zui大的要數(shù)往復(fù)式壓縮機(jī),大型往復(fù)式壓縮機(jī)運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)往往帶動(dòng)廠房和周圍地面一起振動(dòng),對(duì)相關(guān)空氣流量計(jì)的準(zhǔn)確而可靠的運(yùn)行帶來(lái)威脅。它引發(fā)杠桿式差壓變送器支點(diǎn)移動(dòng)而使儀表產(chǎn)生示值漂移。振動(dòng)導(dǎo)致渦街流量傳感器產(chǎn)生同振動(dòng)頻率相對(duì)應(yīng)的干擾信號(hào),引起流量示值大幅度偏高。

氣體帶水。壓縮空氣取自大氣,而大氣中總是含有一定數(shù)量的水蒸氣。水蒸氣的含量用水蒸汽分壓ps表示。大氣中的水蒸氣飽和分壓是大氣溫度的函數(shù)見(jiàn)表3.4)。在雨天和霧天,室外大氣中的水蒸氣分壓達(dá)到飽和程度,即相對(duì)濕度達(dá)到100%,這時(shí)將大氣壓縮就如同壓迫吸足水的海綿,隨著體積的縮小,就有相應(yīng)數(shù)量的水析出。這是壓縮空氣所以帶水的簡(jiǎn)單原理。在晴好的天氣,大氣相對(duì)濕度較低,但隨著其被壓縮,體積縮小到原來(lái)的幾分之一后,水蒸氣分壓會(huì)相應(yīng)升高,也有可能進(jìn)入飽和狀態(tài)而析出水滴。

3.4 空氣中水分飽和含量

空氣溫度t/℃

0

10

20

30

40

50

飽和水蒸氣壓力ps/kPa

0.6080

1.2258

2.3340

4.2463

7.3746

12.337

飽和水蒸氣密度р/(kg/m3)

0.0048

0.0094

0.0173

0.0304

0.0512

0.083

用來(lái)測(cè)量壓縮空氣流量的較大口徑孔板流量計(jì),孔板前常有積水,要影響測(cè)量準(zhǔn)確度。引壓管線中常有一段水,導(dǎo)致差壓變送器測(cè)到的差壓同節(jié)流裝置所產(chǎn)生的差壓不一致。這些都是空氣帶水引起誤差的常見(jiàn)原因。除此之外,由于城區(qū)大氣中氮氧化物含量較高,使得壓縮空氣所含水滴呈酸性,引起環(huán)室表面腐蝕、管道內(nèi)壁腐蝕,使其表面變得粗糙。腐蝕產(chǎn)生的氧化鐵在一定條件下變干燥時(shí),很容易從管內(nèi)壁脫落而被氣流帶到孔板前,這也會(huì)對(duì)流量示值產(chǎn)生影響。所以在停車檢修時(shí),應(yīng)將這些粉狀和塊狀的垃圾予以清除。

脈動(dòng)流。壓縮機(jī)和鼓風(fēng)機(jī)出口流體多數(shù)包含一定的脈動(dòng)。例如往復(fù)式壓縮機(jī),表現(xiàn)為半波脈動(dòng),如圖3.13所示。在現(xiàn)場(chǎng)可觀察到壓縮機(jī)和鼓風(fēng)機(jī)的出口壓力有明顯擺動(dòng)。其中正排量鼓風(fēng)機(jī)出口脈動(dòng)頻率較高,一般有幾十赫茲,而往復(fù)式壓縮機(jī)出口脈動(dòng)頻率較低,一般為幾赫茲。流動(dòng)脈動(dòng)引起差壓式流量計(jì)、渦街流量計(jì)等多種流量計(jì)示值偏高,引起浮子式流量計(jì)中的浮子上下跳動(dòng)。消除和減弱流動(dòng)脈動(dòng)對(duì)流量計(jì)示值影響的常用方法有兩個(gè),一是在壓縮機(jī)出口設(shè)置一只緩沖罐濾除脈動(dòng),而將流量計(jì)安裝在緩沖后面。實(shí)際上往復(fù)式壓縮機(jī)的的系統(tǒng)都是這樣設(shè)計(jì)的;二是將流量計(jì)安裝在遠(yuǎn)離脈動(dòng)源的地方,這樣可利用工藝管道的氣容同其管阻構(gòu)成低通濾波器衰減脈動(dòng)。

流動(dòng)脈動(dòng)典型波形

(2) 氣體流量計(jì) 儀表選型 能夠用來(lái)測(cè)量空氣流量的儀表有多種,但是在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際使用的空氣流量計(jì),按其原理分,種類并不多。zui主要的有旋進(jìn)旋渦流量計(jì)、玻璃浮子流量計(jì)、節(jié)流式差壓流量計(jì)、渦街流量計(jì)和均速管流量計(jì)等。

浮子流量計(jì)。 浮子流量計(jì)在中型和小型實(shí)驗(yàn)裝置上使用很廣泛,這是因?yàn)楦∽邮搅髁坑?jì)簡(jiǎn)單、直觀、價(jià)格低廉,適合作一般指示。浮子流量計(jì)有玻璃錐管型和金屬錐管型兩大類,玻璃錐管型的不足之處是耐壓不高和玻璃錐管易碎,另外,流體溫度壓力對(duì)示值影響大。一般可根據(jù)流體實(shí)際溫度和壓力按式(3.28)進(jìn)行人工換算。式中由于引入рn,在被測(cè)氣體不為空氣時(shí),也可利用該公式進(jìn)行換算。

qv――實(shí)際體積流量,Nm3/h

qvf――儀表示值,m3/h

ρn――被測(cè)氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的密度,kg/Nm3

ρan――空氣在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的密度,kg/Nm3

TnPn――氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的溫度、壓力;

TfPf――氣體在工作狀態(tài)下的溫度、壓力。

節(jié)流式差壓流量計(jì)。節(jié)流式差壓流量計(jì)在空氣流量測(cè)量中有著悠久的歷史。在新穎流量計(jì)大量涌現(xiàn)的形勢(shì)下,節(jié)流式差壓流量計(jì)盡管有范圍度窄,安裝維護(hù)麻煩以及壓力損失大等重大缺點(diǎn),但在振動(dòng)較明顯的壓縮機(jī)房、鼓風(fēng)機(jī)房,它仍然是可靠性高、穩(wěn)定性好、抗干擾能力強(qiáng)的儀表。

用節(jié)流式差壓流量計(jì)測(cè)量空氣流量zui重要的是要處理好節(jié)流件前積水、變送器高低亞室內(nèi)積水以及引壓管線中積水問(wèn)題。

a.節(jié)流件前積水問(wèn)題。解決節(jié)流件前積水zui簡(jiǎn)單的方法是節(jié)流件的下部開(kāi)疏液孔。但是空氣管道不像蒸汽管道那樣清潔。在蒸汽管道中因?yàn)榕c管道內(nèi)壁接觸的是水蒸氣,而水蒸氣在發(fā)生過(guò)程中一般都經(jīng)過(guò)除氧工序,因此蒸汽中基本不含氧,經(jīng)長(zhǎng)期使用的蒸汽管,其內(nèi)壁可能僅沉積微量的灰色粉末,除此之外不會(huì)有鐵銹。而空氣管道內(nèi)則全然不同,灰塵和氧化鐵難以避免,有時(shí)疏液孔被堵死。在停車檢修時(shí)拆下節(jié)流裝置,發(fā)現(xiàn)節(jié)流件正端平面上有積水的痕跡,就是證據(jù)。

*消除節(jié)流件前積水的方法是將節(jié)流裝置安裝在垂直工藝管上,或改用圓缺孔板或偏心孔板。其中,偏心孔板不確定度較小,優(yōu)于圓缺孔板。

b.差壓變送器高低壓室內(nèi)積水問(wèn)題。圖3.14(a)所示是典型的節(jié)流式差壓流量計(jì)信號(hào)管路安裝圖,在被測(cè)流體為濕氣體時(shí),冷凝液理應(yīng)不會(huì)進(jìn)入差壓變送器高低壓室,但從現(xiàn)場(chǎng)反饋信息來(lái)看,實(shí)際情況是有時(shí)還會(huì)有微量水滴進(jìn)入高低壓室,。變送器差壓范圍較低時(shí),此微量水滴會(huì)引起儀表零點(diǎn)的明顯漂移。有些差壓變送器設(shè)計(jì)有兩個(gè)排放口,打開(kāi)下排放口就可將凝液順利排出。但是早期變送器只有中部的一只排放口,打開(kāi)此口無(wú)法將高低壓室內(nèi)的凝液排凈,zui后只得將變送器拆下,將凝液沖信號(hào)輸入口中傾倒出來(lái)。

高低壓室內(nèi)積液的現(xiàn)象,經(jīng)進(jìn)一步分析,應(yīng)該是變送器上方的一段管路由于環(huán)境溫度變化將信號(hào)管中的水蒸氣冷凝而沿著信號(hào)管往下流入高低壓室。

    旋進(jìn)旋渦流量計(jì)詳見(jiàn)本司

 

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