周 人

(上海科洋科技發(fā)展有限公司,上海 200120)

0 引 言

在工業(yè)生產(chǎn)過程中,一些物料流量的計(jì)量范圍很寬,例如,天然氣貿(mào)易結(jié)算、蒸汽流量結(jié)算等,最大流量與最小流量之比可達(dá)幾十比一,甚至高達(dá)400∶1等,采用一般的流量計(jì)無法實(shí)現(xiàn)計(jì)量。為此,需要研究大量程比的流量測(cè)量方案。

1 設(shè)計(jì)原則

根據(jù)應(yīng)用要求,大量程比流量測(cè)量需滿足:高精度、經(jīng)濟(jì)性、易操作性、標(biāo)準(zhǔn)化。

根據(jù)節(jié)流裝置的一般計(jì)算公式,有

式中 qm——單位時(shí)間內(nèi)流過節(jié)流裝置的流體質(zhì)量流量,kg/s;d——工況條件下一次裝置節(jié)流孔直徑,m;β——直徑比,指節(jié)流孔直徑與管道內(nèi)徑之比;Δp——差壓,Pa;ρ——流體密度, kg/m3;ε——流體可膨脹性系數(shù);C——流出系數(shù)。

因此,可從下列三方面考慮設(shè)計(jì)大量程比流量測(cè)量方案。

a)經(jīng)濟(jì)性。采用三根并行管道分別測(cè)量小、中和大流量。為降低成本,采用同一變送器進(jìn)行不同管道的流量測(cè)量。例如,當(dāng)管道直徑是原管道直徑的2.5倍,采用同一變送器和差壓值,由于被測(cè)流體特性沒有變化,因此,可測(cè)量的流體最大流量是原管道最大流量的6.25倍。

b)高精度。為提高精度,可假設(shè)對(duì)每根管道的流量測(cè)量范圍定為6∶1～7∶1。

c)標(biāo)準(zhǔn)化。為提高精度,管道直徑的標(biāo)準(zhǔn)按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)系列。

2 測(cè)量方案

采用大量程比蒸汽流量測(cè)量方案如圖1所示。根據(jù)被測(cè)流體(氣體、蒸汽或液體)的特性,根部取壓位置可確定在管道水平、上方或下方。

a)管道管徑的配對(duì)見表1所列,三根管道管徑配對(duì)見表2所列。

圖1 大量程比蒸汽流量測(cè)量方案

表1 蒸汽流量與管道和壓力的關(guān)系

表2 管道直徑選用匹配表 mm

例如,采用 DN=15～100的配對(duì)方案,流速比約2.6∶1,則最大流量與最小流量之比可達(dá)160左右。如果流速比達(dá)6∶1,而A+K平衡流量計(jì)本身量程比可達(dá)10∶1,故總的最大流量與最小流量之比可達(dá)400∶1。

b)實(shí)施方案。采用該公司A+K平衡流量計(jì)的節(jié)流裝置對(duì)流量進(jìn)行測(cè)量。選用一臺(tái)差壓變送器,實(shí)施方案如圖1所示。

切斷閥組可選用電磁閥或電動(dòng)閥,也可選用電磁閥和氣動(dòng)O型切斷閥組合,安全應(yīng)用場(chǎng)合選用隔爆電磁閥和氣動(dòng)切斷閥。

可采用PLC或DCS實(shí)現(xiàn)量程的切換,部分實(shí)施方案的PLC程序如圖2所示。

圖2 PLC實(shí)施方案程序

其中,qm小和qm中分別是小管道和中管道的最大流量,qm是被測(cè)流量。初始操作時(shí),切換在小管道位置,顯示小管道流量。當(dāng)qm大于95%qm小時(shí),切換到中管道,顯示中管道的流量。如果qm小于5%qm中時(shí),切換到小管道,顯示小管道的流量。當(dāng)qm大于95% qm中時(shí),切換到大管道,顯示大管道的流量。

3 結(jié)束語

對(duì)小流量測(cè)量的雙變送器測(cè)量方案是采用兩個(gè)不同量程的變送器,連接到同一管道,當(dāng)小流量時(shí)用小量程變送器,大流量時(shí)用大量程變送器,這種測(cè)量方案可克服小流量時(shí)因變送器環(huán)節(jié)的增益劇增,造成微小差壓變化時(shí),流量有很大變化的弊端,因此,該測(cè)量方案在小流量時(shí)用小量程變送器測(cè)量,能夠提高流量測(cè)量的精度。通?？蓪⑶袚Q流量值設(shè)置在滿量程的30%。但其沒有從根本上解決小雷諾數(shù)造成的流出系數(shù)非線性問題。

該測(cè)量方案雖然有三根管道,但能夠根據(jù)流量的大小自動(dòng)切換,實(shí)現(xiàn)精確的流量測(cè)量,保證流出系數(shù)在應(yīng)用范圍內(nèi)基本不變。因此,在諸如天然氣貿(mào)易結(jié)算等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用空間。

[1] 中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局,中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).GB/T 2624.2用安裝在圓形截面管道中的差壓裝置測(cè)量滿管流體流量第2部分:孔板[S].2006: 1-4.

[2] Miller R W.流量測(cè)量工程手冊(cè)[M].孫延柞,譯.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1990:1-5.

[3] 斯派莎克工程(中國(guó))有限公司.蒸汽和冷凝水系統(tǒng)手冊(cè)[M].上海:上海科技文獻(xiàn)出版社,2007.

[4] 紀(jì) 綱.流量測(cè)量?jī)x表應(yīng)用技巧[M].2版.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2009:17-18.

[5] 王建忠,紀(jì) 綱.差壓流量計(jì)范圍度問題研究[J].自動(dòng)化儀表,2005,(8):7-9.

[6] 朱德祥,張廷柱,朱福茂.流量?jī)x表原理和應(yīng)用[M].上海:華東化工學(xué)院出版社,1992.

[7] 王京安,孫淮清.提高流量?jī)x表準(zhǔn)確度[J].世界儀表自動(dòng)化,1997,(2):23-27.

[8] 余小寅,紀(jì) 綱.熱能貿(mào)易結(jié)算中的計(jì)量要求及表計(jì)功能[J].醫(yī)藥工程設(shè)計(jì),2001,(2):46-47.

[9] 邱新橋,程建國(guó),袁海兵.大范圍度微液體流量測(cè)量探索與實(shí)踐[J].計(jì)量技術(shù),2003,(10):26-27.

[10] 孫淮清,王建中.流量測(cè)量節(jié)流裝置設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].2版.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2005:1-13.

[11] 《計(jì)量測(cè)試技術(shù)手冊(cè)》編輯委員會(huì).計(jì)量測(cè)試技術(shù)手冊(cè)[M]. 6版.北京:中國(guó)計(jì)量出版社,1996:261-282.

[12] 朱德祥,張廷柱,朱福茂.流量?jī)x表原理和應(yīng)用[M].上海:華東化工學(xué)院出版社,1992:35-44.