摘要：本文對化工裝置常用的流量計(jì)的原理與選型進(jìn)行分析，主要介紹了電磁式、渦輪式、差壓式等多種流量計(jì)的原理、選型以及特點(diǎn)，以期能為化工企業(yè)日常生產(chǎn)提供借鑒與參考。

 

         正確計(jì)量流量為生產(chǎn)和能源考核提供基礎(chǔ)保障，能夠有效提高生產(chǎn)效率，為安全生產(chǎn)提供保障，杜絕能源浪費(fèi)。根據(jù)流量、流態(tài)、安裝要求、環(huán)境因素及經(jīng)濟(jì)條件等多方面因素選用合適的流量計(jì)是化工生產(chǎn)中面對的重要難題。

1　電磁流量計(jì)

1.1　原理

         根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)原理，電磁流量計(jì)應(yīng)運(yùn)而生，其主要作用是測量導(dǎo)電液體體積流量。主要原理是：導(dǎo)電體在磁場作切割磁力線運(yùn)動時(shí)，導(dǎo)體所產(chǎn)生的感應(yīng)電壓電動勢與導(dǎo)體在磁場中做垂直磁場運(yùn)動的速度成正比，依據(jù)管徑、介質(zhì)的不同，計(jì)算出流量。由于電磁流量計(jì)不存在節(jié)流部件，使其壓力損失減小，在測量流體流量時(shí)不會受到流體的溫度、壓力、粘度、密度以及組分的影響，主要應(yīng)用于測量含有懸浮物固體粒子的污水和煤漿，在測量腐蝕性介質(zhì)時(shí)具有更好的效果。

1.2　選型分析

         電磁流量計(jì)所測液體一般具有電導(dǎo)率，且要求電導(dǎo)率在分布上大體均勻，無法測量石油和有機(jī)溶劑這類電導(dǎo)率很低的液體。電磁流量計(jì)無法測量氣體、蒸汽以及含氣泡較多的液體，液體是否充滿管道直接決定了電磁流量計(jì)的精確程度。當(dāng)液體溫度或腐蝕性介質(zhì)不同時(shí)，電磁流量計(jì)自身的內(nèi)襯材料和電極材料也應(yīng)該隨之改變。盡管仕樂克電磁流量計(jì)可以安裝在任意管道，但必須保證測量電極軸線水平，與管道中心線相互垂直。同時(shí)，電磁流量計(jì)應(yīng)該安裝在隨時(shí)都充滿液體的管道上，避免產(chǎn)生顯示儀表指針不歸零的現(xiàn)象。電磁流量計(jì)的信號相對來說比較微弱，容易受外界干擾，應(yīng)該安裝在原理磁場、無振動的管道，以確保電磁流量計(jì)的精確度。

 

2　渦輪式流量計(jì)

2.1　原理

         渦輪流量計(jì)具有測量準(zhǔn)確、反應(yīng)迅速、測量范圍廣、價(jià)格實(shí)惠、安裝便捷等優(yōu)勢，作為一種速度式流量儀表廣泛適用于日常化工生產(chǎn)中。其主要組成元件包括顯示儀表、軸承、前置放大器、渦輪。工作原理為：當(dāng)流體沿管道作軸線運(yùn)動時(shí)，會對渦輪葉片產(chǎn)生沖擊，形成作用力推動渦輪旋轉(zhuǎn)，其大小與流量、流速、密度、乘積呈正比。

 

         在渦輪旋轉(zhuǎn)過程中，葉片會對電磁鐵產(chǎn)生的磁力線進(jìn)行周期性切割，從而影響線圈的磁通量。通過電磁感應(yīng)原理可知，在線圈內(nèi)可感應(yīng)到脈動電勢信號，且脈動電勢信號頻率受被測流體流量影響，流量越大，信號頻率越強(qiáng)。渦輪流量計(jì)所輸出的脈沖信號一般情況下前置于放大器放大后，將信號送入顯示儀表后得到具體數(shù)值，由此便實(shí)現(xiàn)了對流體流量的測量。

 

2.2　選型分析

        流量計(jì)本體宜選用316型不銹鋼材料，保證防腐性能，同時(shí)防止被測介質(zhì)飛濺，腐蝕渦輪流量計(jì)，尤其是軸承部位，若發(fā)生濺蝕，則要采取應(yīng)對措施，一般化工場所

優(yōu)先選擇碳石墨、聚四氟乙烯為材料的軸承。渦輪流量計(jì)安裝工作前需要對管道進(jìn)行清理，當(dāng)被測介質(zhì)潔凈度無法保證時(shí)，要加裝過濾器，防止軸承、渦輪被異物卡住，影響測量的準(zhǔn)確性。安裝變送器要保持水平，禁止垂直安裝，在變送器前后要留置適應(yīng)的直管段，通常情況下前10D，后5D。選用渦輪流量計(jì)時(shí)率先考慮精確度，但要注意流量計(jì)精確度越高，對現(xiàn)場測量條件的要求就越苛刻，

 

        因此在安裝過程中要保持前后管道法蘭的水平度，避免管道應(yīng)力影響流量計(jì)的精確性。傳感器安裝位置要選在無熱輻射和強(qiáng)電磁干擾的地方，以避免管道振動，同時(shí)還可方便工作人員維修作業(yè)。

 

3　差壓式流量計(jì)

3.1　原理

        差壓式流量計(jì)通過檢測管道流量產(chǎn)生的差壓對流量進(jìn)行測量，在流量計(jì)發(fā)展早期得到廣泛應(yīng)用。差壓流量計(jì)主要分為三個(gè)部分：

        1）節(jié)流裝置，將被測液體轉(zhuǎn)變成差壓信號；

        2）信號管路，傳輸差壓信號；

        3）差壓變送器和顯示儀表，測量差壓值。

        差壓式流量計(jì)主要是通過檢測件型式進(jìn)行分類，主要包括孔板流量計(jì)、均速管流量計(jì)、文丘里管流量計(jì)等。假設(shè)不可壓縮理想流體，流速為U，密度為ρ，靜壓為P，流體充滿管道流動能量方程為：

        

        對于壓縮性理想流體，當(dāng)壓力發(fā)生變化時(shí)，流體溫度隨之發(fā)生改變，假設(shè)流動過程是等熵過程，那么：

        

        經(jīng)過推導(dǎo)后，壓縮流體能量關(guān)系為：

        

        假設(shè)節(jié)流件上游入口前流速為μ1、密度為ρ1，靜壓為P1，流經(jīng)節(jié)流件流速為μ2、密度為ρ2、靜壓為P2，根據(jù)估努利方程，不可壓縮性理想流體能量關(guān)系為：

         

         流體連續(xù)方程為：

          

         不可壓縮流體節(jié)能件前后流體密度不變，假設(shè)管道直徑為D，節(jié)流件開孔直徑為d，可得流體平均流速為μ2為：

         

         根據(jù)質(zhì)量流量定義，可得：

         

         綜上所述，可得：

 

3.2選型分析

         差壓式流量計(jì)壓損較大，測量范圍較窄，重復(fù)性為3:1或4:1，在流量計(jì)中精確度處于中等水平。測量液體流量時(shí)，差壓式流量計(jì)一般安裝在節(jié)流裝置下方，以防止氣體進(jìn)人液體及析出液體中沉淀物，在測量水蒸氣時(shí)要確保兩引壓管冷凝柱高度相等，以防止流量計(jì)與高溫蒸汽直接接觸。差壓式流量計(jì)導(dǎo)管材質(zhì)根據(jù)具體介質(zhì)確定，其內(nèi)徑要在6mm以上，長度不超過16mm。在嚴(yán)寒地區(qū)使用差壓式流量計(jì)，需要對流量計(jì)采取防凍保護(hù)措施，同時(shí)還要防熱，避免導(dǎo)管內(nèi)流體氣化產(chǎn)生差壓。

 

4　轉(zhuǎn)子流量計(jì)

4.1　原理

         轉(zhuǎn)子流量計(jì)是變面積式流量計(jì)的一種，精確度相對較低。主要原理是由于浮子在垂直錐形管中隨流量變化而升降，通過改變流通面積對流體體積進(jìn)行測量。主要分為仕樂克金屬和玻璃兩種轉(zhuǎn)子流量計(jì)，廣泛應(yīng)用于對精確度要求不高的化工行業(yè)。

 

4.2　選型分析

         轉(zhuǎn)子流量計(jì)主要測量單相液體或氣體，以玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)最為常見。一般情況下，玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)自帶透明防護(hù)罩，以便應(yīng)對玻璃錐管破裂的緊急情況。在測量氣體時(shí)應(yīng)選用帶棱筋導(dǎo)向或?qū)U儀表，避免浮子在操作不慎的情況下?lián)羲殄F管。轉(zhuǎn)子流量計(jì)在安裝時(shí)必須保證與管道垂直，且要求管道無振動。流體流經(jīng)儀表時(shí)中心線與鉛垂線夾角在5°以內(nèi)。保持對流量計(jì)浮標(biāo)和錐管的清潔，定時(shí)進(jìn)行沖洗。

 

5　熱式質(zhì)量流量計(jì)

5.1　原理

         熱式質(zhì)量流量計(jì)主要是通過傳熱原理，通過流體與熱源間的熱量交換關(guān)系進(jìn)行測量，主要對氣體進(jìn)行測量。仕樂克熱式質(zhì)量流量計(jì)分為利用流體傳遞熱量改變測量管溫度分布的熱傳導(dǎo)分布效應(yīng)和利用冷卻效應(yīng)的金氏定律兩種形式。

 

5.2　選型分析

熱式質(zhì)量流量計(jì)精確度在流量計(jì)中處于中等水平，適用于低流速測量，響應(yīng)時(shí)間比較長。在測量氣體時(shí)，流體溫度變化在一定范圍內(nèi)不會對流體流量造成影響。熱式質(zhì)量流量計(jì)具有測量氣體和測量液體兩種型號，兩者之間不能相互混淆。在安裝過程中流量計(jì)不受安裝姿勢影響。

 

6　科里奧利質(zhì)量流量計(jì)

6.1　原理

         科里奧利質(zhì)量流量計(jì)是一種直接而精密地測量流體質(zhì)量流量的儀表，主體采用兩根并排的U形管，讓兩根管的回彎部分相向微微振動起來，則兩側(cè)的直管會跟著振動。如果在管子同步振動的同時(shí)，將流體導(dǎo)入管內(nèi)，使之沿管內(nèi)向前流動，則管子將使流體與之一起上下振動。流體為了反抗這種強(qiáng)迫振動，會給管子一個(gè)與其流動方向垂直的反作用力，在這種被叫做科里奧利效應(yīng)力的作用下，管子的震動不同步了，入口段管與出口段管在振動的時(shí)間先后上會出現(xiàn)差異（差異是由于入口段和出口段流體流向是相反的），這叫做相位時(shí)間差。這種差異與流過管子的流體質(zhì)量流量的大小成正比。如果通過電路能檢測出這種時(shí)間差異的大小，則就能確定質(zhì)量流量的大小。

 

6.2　選型分析

         該流量計(jì)測量值不受流體物性、管道內(nèi)流場的影響，無上下游直管段長度要求。其測量管振幅微小，可視為無活動件，又無阻礙件，可測量各種非牛頓流體及粘滯的和含微粒的漿液。但不可用于低密度氣體的測量，液體中含氣量較大也會影響測量值。為防止管道震動影響，需有牢固的支撐。缺點(diǎn)是目前產(chǎn)品只有中小口徑，大部分產(chǎn)品重量體積較大，價(jià)格昂貴，壓損與容積式相當(dāng)，零點(diǎn)不穩(wěn)定，在流量下限值測量時(shí)對測量準(zhǔn)確度的影響很大。

 

7　結(jié)束語

         流量計(jì)要想發(fā)揮作用，需要建立在合適的測量介質(zhì)和工作環(huán)境的前提下，盡管每種流量計(jì)所適用的范圍都不同，但都存在著或多或少的缺陷，在使用對應(yīng)流量計(jì)時(shí)要對這些缺陷和問題引起重視。綜上所述，在化工裝置中正確選擇和使用流量計(jì)，必須結(jié)合流量計(jì)本身的特性和化工裝置的具體要求，同時(shí)還需要對經(jīng)濟(jì)因素進(jìn)行考慮，從性能要求、流體特性、安裝要求、環(huán)境條件和費(fèi)用等五個(gè)方面進(jìn)行考慮，以便于流量計(jì)的正確選擇和使用。