1　前　言
　　某(mou)造紙廠(chǎng)年産1.5×105t本(ben)色商品(pǐn)木漿工(gōng)程,其制(zhì)漿生産(chan)線現場(chang)流🍉量測(ce)量儀表(biǎo)多數采(cǎi)用電磁(cí)流量計(ji)。
　　經過四(sì)年的運(yun)行,在連(lián)蒸系統(tong)中,監測(ce)連續蒸(zheng)煮轉送(sòng)💔循環流(liu)✍️量的電(diàn)磁流量(liàng)計,因工(gōng)作環境(jing)條件惡(e)劣(壓力(lì)1200kPa、溫度160℃、介(jiè)質腐蝕(shí)等),引起(qǐ)💋電磁流(liú)量傳感(gǎn)器襯裏(lǐ)聚四氟(fú)乙烯的(de)損壞,緻(zhì)使轉送(sòng)循環儀(yí)表無法(fa)運📐行,工(gōng)藝人員(yuan)隻能憑(píng)經驗操(cao)作。當流(liú)量低于(yú)一定值(zhi)時,容易(yì)引起轉(zhuan)送管道(dao)的堵塞(sai),導緻整(zhěng)條設備(bèi)線停機(jī)。
2　解決思(sī)路
　　由于(yú)進口電(diàn)磁流量(liàng)計價格(ge)昂貴,到(dao)貨周期(qī)長,而國(guo)内🤞同口(kǒu)徑的電(diàn)磁流量(liang)計的技(jì)術指标(biao)達不到(dao)特定🛀工(gong)作環境(jing)的要求(qiu);據故障(zhang)技術分(fèn)析,原先(xiān)的進口(kou)電磁流(liú)量計(正(zheng)常運行(hang)時間累(lèi)計不滿(man)兩年)也(yě)是因無(wú)法适應(yīng)特定環(huán)境的檢(jian)測工作(zuo)而損壞(huài)的。爲了(le)盡快㊙️解(jie)決生産(chan)上的難(nan)題,采用(yong)了小口(kǒu)徑電磁(ci)流量計(jì)測量分(fèn)流支管(guǎn)流量的(de)辦法,目(mu)前國内(nei)電磁流(liu)量計無(wú)法同時(shí)滿足高(gāo)溫、高壓(yā)、耐腐蝕(shi)、大通徑(jing)的技術(shù)要求。
　　電(dian)磁流量(liang)計的測(ce)量原理(li)是基于(yu)法拉第(di)電磁感(gan)應定律(lǜ)。即🔅:導電(diàn)液體在(zài)磁場中(zhōng)作切割(ge)磁力線(xian)運動時(shí),導體中(zhong)産🚶生感(gǎn)應電🥰壓(ya),其感應(yīng)電壓爲(wei):
U=kB`nD
式中:
k———儀(yí)表常數(shù);
B———磁感應(yīng)強度;
`n———測(cè)量管截(jie)面内的(de)平均流(liu)速;
D———測量(liang)管的内(nei)直徑。
　　測(ce)量流量(liang)時(圖1),流(liú)體流過(guo)垂直于(yu)流動方(fāng)向的磁(ci)場,導👣電(dian)性流體(tǐ)的流動(dòng)感應出(chu)一個與(yǔ)平均流(liu)速(亦即(jí)體積流(liu)量)成正(zheng)🐇比的電(dian)壓(因此(ci)要求被(bèi)測的流(liú)動液體(ti)具有最(zuì)低限度(dù)的電✊導(dao)率),其感(gǎn)應電👄壓(ya)信号通(tong)過二個(ge)與液體(ti)直接接(jie)觸的電(dian)極檢出(chū),并通✏️過(guo)電纜傳(chuán)送至放(fang)大器🌈,然(ran)後轉換(huan)成統一(yi)輸出信(xìn)号。

　　已(yǐ)知正常(chang)運行時(shi),原轉送(sòng)循環的(de)設定流(liú)量範圍(wéi)爲0～QTL/s(下标(biao)1表示主(zhu)管,下标(biāo)2表示支(zhi)管,下标(biao)T表示總(zong)管),這時(shí)💜對應輸(shu)出的标(biāo)準信号(hào)爲🌐4～20mADC,該信(xin)号經送(sòng)往DCS(集散(san)控制系(xi)統)運算(suàn)後,顯示(shi)在操作(zuò)監視❌器(qì)上爲0～QTL/s的(de)流量。若(ruo)設計的(de)分流支(zhi)管中的(de)最大流(liú)量Q2和主(zhu)管的流(liú)量Q1之和(he)🐉爲轉送(sòng)循環總(zong)管最大(da)流量QTL/s,那(na)麽可以(yǐ)🌏通過設(she)定支☂️管(guan)電磁流(liú)量計🔱的(de)量程爲(wèi)0～QTL/s,則其對(duì)應的輸(shu)出标準(zhǔn)信号也(ye)爲4～20mADC,經DCS運(yun)算後,顯(xian)示在操(cāo)作監視(shi)器上的(de)流量範(fan)圍還是(shì)0～QTL/s,不影響(xiǎng)工藝💯人(rén)員的正(zhèng)常操作(zuò)(圖2)。
3　管路(lu)設計及(jí)儀表選(xuan)型

　　雖然(rán)流量控(kòng)制閥不(bú)是安裝(zhuang)在并聯(lián)管路的(de)主管上(shang),但可參(can)♌考并🐪聯(lian)管路中(zhong)的工作(zuò)流量特(tè)性:
X=Q全開(kāi)/Qmax
式中:
Q全(quán)開———主管(guan)控制閥(fá)全開時(shi)通過的(de)流量;
Qmax———工(gong)藝總管(guan)流體通(tōng)過的最(zui)大流量(liàng)。
　　假設主(zhu)管上裝(zhuāng)有一個(gè)常全開(kai)的流量(liàng)控制閥(fa)。系數X值(zhí)主要反(fǎn)映理想(xiǎng)流量特(te)性畸變(bian)的嚴重(zhong)程度。理(lǐ)想流量(liang)特性主(zhu)要是指(zhi)❓閥的前(qián)、後壓差(cha)恒定時(shi),流體通(tōng)過閥門(men)🎯的流量(liàng)與開度(du)之間的(de)關系,理(li)❄️想流量(liang)特性主(zhu)要取決(jue)于閥芯(xīn)的形狀(zhuang),分爲線(xian)性、對數(shù)、快開、抛(pao)物線四(si)種。目前(qián),該工藝(yi)總管所(suǒ)用流量(liàng)控制閥(fá)的理想(xiǎng)⛷️流量特(te)性是對(dui)數型,因(yin)爲這與(yǔ)轉換器(qì)輸出信(xìn)号欲與(yu)被控變(bian)🍉量(流量(liàng))Q成正比(bǐ)及負荷(he)(産量)變(bian)化有關(guan)。當X=1時,即(jí)旁路閥(fa)全關,控(kòng)制閥的(de)工作流(liú)量特性(xing)與理想(xiǎng)流量特(tè)性相同(tong)。随X值的(de)減小,雖(sui)然控制(zhi)閥本身(shen)的流量(liang)特性曲(qǔ)線沒有(yǒu)變化,但(dàn)管路系(xì)統的可(ke)控比将(jiang)大大降(jiàng)低,洩漏(lou)量增大(dà);另外,實(shí)✉️際系統(tǒng)總是同(tong)時存在(zài)串聯管(guǎn)路阻力(lì)的影響(xiǎng),其閥上(shang)壓差随(suí)流量的(de)增加而(er)降低,使(shi)得系統(tong)的可控(kong)比進一(yi)♈步下🏃‍♀️降(jiang)🌐。導緻控(kòng)制閥實(shí)際可調(diào)的變化(hua)流量範(fan)圍更小(xiǎo),甚至不(bu)起控制(zhì)作用。所(suǒ)以,控制(zhi)閥并聯(lián)于管路(lu)這種工(gōng)作方式(shì)不好(注(zhu)意:我這(zhè)裏僅是(shì)假設,實(shí)際的流(liú)量控制(zhì)🔆閥安裝(zhuāng)在工藝(yi)總管上(shang))。設計中(zhōng),一般要(yào)求X值不(bú)應低于(yu)0.8,即旁路(lu)🌐流量最(zuì)多隻能(neng)占總流(liú)量的百(bai)分之十(shi)幾。
　　已知(zhī)工藝總(zong)管内徑(jing)dT爲300mm,正常(chang)運行時(shi),轉送循(xun)環設定(ding)的✏️最大(dà)🐇流量QT爲(wèi)260L/s,可求得(de)正常流(liu)速VT。
總管(guan)流速:

  考(kao)慮到目(mù)前工藝(yì)生産能(neng)力才達(dá)到80%左右(you),還有預(yù)期擴大(dà)生産等(deng)因素,故(gu)假設今(jīn)後正常(cháng)運行時(shi),分流支(zhi)管最大(da)流🌈量Q2爲(wèi)5L/s,流速V2爲(wèi)3m/s,那麽支(zhī)管管路(lu)設計尺(chi)寸爲:

　　選(xuǎn)用直徑(jìng)爲58×4.0mm的無(wú)縫鋼管(guan)作爲支(zhi)管管路(lù)。參考有(you)關電磁(ci)流量計(ji)選型設(she)計資料(liao),最後選(xuǎn)用分體(tǐ)式電磁(cí)流量計(ji),傳感器(qi)型号爲(wei)AE205G-CS2-ESJ/ECG(DN50PN25Tmax=180℃陶瓷襯(chen)裏),采用(yòng)如圖3的(de)分流支(zhī)管測量(liang)流量。
4　核(he)定量程(cheng)
　　由于電(diàn)磁流量(liang)轉換器(qi)的量程(chéng)适應範(fàn)圍廣,新(xīn)工程剛(gang)上馬,流(liú)速處于(yu)較低的(de)狀态,當(dang)後期工(gōng)程上去(qù)後🌏,管内(nei)流速就(jiu)處✊于較(jiào)高狀态(tài),隻要在(zài)現場更(geng)改儀表(biǎo)的滿量(liàng)📐程就能(néng)适應,不(bu)需要更(gèng)換儀表(biǎo)。因此,要(yào)設定支(zhi)管電磁(ci)流量計(ji)的量程(chéng),必須知(zhī)道經過(guò)支管的(de)流速V2,而(er)V2爲未知(zhi),但我們(men)知道,并(bìng)聯管路(lu)除遵循(xún)質量守(shǒu)♌衡、能量(liàng)守衡的(de)原則外(wai),還受各(gè)🌂支管的(de)流動阻(zu)力(内㊙️摩(mó)擦力)必(bì)相等這(zhe)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼一條件(jiàn)的約束(shù),即:
∑hf1=∑hf2=…=∑hfn=∑hf (1)
　　因此(cǐ),主管及(jí)支管中(zhong)的摩擦(cā)阻力必(bì)須服從(cong)式(1)的規(gui)律,即:
∑hf1=∑hf2或(huò)

式中:
hf———1kg流(liú)體流動(dòng)時爲克(ke)服摩擦(cā)阻力而(er)損失的(de)能量,J/kg;
L、Le———直(zhí)管的長(zhǎng)度及管(guǎn)件的當(dang)量長度(du),m;
V———速度,m/s;
d———圓(yuán)管内徑(jing),m;
λ———摩擦系(xi)數,無因(yīn)次。
　　已知(zhi)主管内(nèi)徑d1爲300mm的(de)鋼管輸(shū)送156℃的蒸(zhēng)煮液,在(zài)3000mm長的一(yi)段主管(guan)路上并(bìng)聯了一(yi)根内徑(jìng)d2爲50mm的鋼(gāng)管,其上(shang)裝有電(diàn)磁流量(liàng)✍️計,45°彎頭(tóu)2個(選用(yong)45°彎頭的(de)目的是(shì)避免主(zhu)管流速(sù)太高時(shí),支管産(chan)生逆向(xiàng)環📐流;或(huo)主管流(liu)速太低(di)時,支管(guan)可能沒(méi)有流量(liàng)),切斷閥(fá)2個(設置(zhi)手動旁(pang)路切斷(duan)閥的主(zhǔ)要🐆目的(de)在于當(dāng)電磁流(liu)量計🧡發(fa)生故障(zhang)時切斷(duan)旁路,便(biàn)于檢修(xiu),保證工(gōng)藝過程(chéng)繼續進(jin)行)。管道(dao)中輸送(sòng)的蒸煮(zhu)液(大部(bù)分爲循(xun)環利用(yòng)的稀黑(hēi)液),經化(hua)驗得知(zhī),其密度(dù)ρ爲1088kg/m3,粘度(du)μ爲0.003Pa·s。
根據(jù)質量守(shou)衡定律(lǜ)QT=Q1+Q2,則
總流(liu)量:QT=(π/4)d12v1+(π/4)d22v2
260×10-3=(3.14/4)×0.32v1+(3.14/4)×0.052v
支管(guǎn)内流速(sù):v2=132.48-36v1(3)

　　取管壁(bi)粗糙度(dù)ε1=0.3mm(舊管),ε2=0.1mm(新(xin)管),故由(you)相對粗(cu)糙度ε/d及(jí)雷諾準(zhǔn)🌈數Re即可(ke)查出λ,但(dan)查λ時又(yòu)要有v的(de)數值,故(gù)無法查(chá)λ值,此時(shi)可以采(cǎi)用試差(chà)計算法(fǎ):根據實(shi)踐經驗(yan),在管道(dao)常用的(de)速度範(fàn)圍,假設(she)💘一個合(he)适的流(liu)速,從而(ér)可以算(suan)出Re值,然(ran)後從摩(mó)擦系數(shù)與Re數及(ji)相對粗(cu)糙度間(jian)的💘關系(xì)圖中查(cha)出λ,用式(shì)(2)計算∑hf,先(xian)算出∑hf2作(zuo)爲參照(zhào)值,最後(hou)根據式(shi)(3)及式(2)求(qiu)🚩算∑hf1,若算(suan)出∑hf1=∑hf2,則說(shuo)明所設(shè)的v值合(he)适,否則(ze)再另設(she)v值,重複(fú)上述計(jì)算,直至(zhi)算🐕出的(de)∑hf1=∑hf2爲止。
假(jiǎ)設v2=0.32m/s,由式(shi)(3)算出
v1=(132.48-v2)/36=3.67(m/s)
根(gen)據Re=dvρ/μ,求得(de):
Re1=(0.3×3.67×1088)÷0.003=399296
Re2=(0.05×0.32×1088)÷0.003=5803
主管、支(zhī)管的相(xiang)對粗糙(cao)度爲:
ε1/d1=0.3/300=0.001
ε2/d2=0.1/50=0.002
由(you)此,查得(de)λ1=0.0206,λ2=0.0386。
　　下步計(ji)算閥門(mén)、管件的(de)當量長(zhang)度。因主(zhǔ)管、支管(guǎn)的Re值均(jun)大于4000,流(liu)型均屬(shu)于湍流(liu),可從管(guǎn)件與閥(fá)門的阻(zu)力系數(shu)🚶與當量(liang)長度數(shù)據表中(zhōng)查得:
45°彎(wān)頭　　0.85m
全開(kāi)截止閥(fa)　15m
總當量(liang)長度　∑Lei=0.85×2+15×2=31.7(m)
直(zhi)管長度(du)　3m
傳感器(qì)測量管(guan)阻力系(xi)數　ξ2=0.02(廠家(jia)提供),因(yin)此:

=1.39(J/kg)
　　由計(jì)算結果(guo)知,∑hf1≈∑hf2,所以(yi)選用支(zhī)管流速(su)v2=0.32m/s是合适(shi)的。
根據(ju)Q=(π÷4)d2v,求得:支(zhī)管流量(liàng):
Q2=(3.14÷4)×0.052×0.32×1000=0.628(L/s)
所以,支(zhī)管流量(liang)的量程(chéng)應設爲(wèi)0～0.628L/s。
　　最後,通(tong)過對不(bu)同産量(liang)下流量(liàng)控制的(de)比對,監(jiān)視器顯(xian)示的🐅流(liú)量與實(shí)際流量(liàng)變化趨(qū)勢一緻(zhì),這說明(ming)了對支(zhi)管流量(liang)量程的(de)核定是(shì)比較理(lǐ)想的。
5　保(bǎo)護措施(shi)
　　爲了延(yán)長電磁(ci)流量計(ji)的使用(yòng)壽命,把(bǎ)分流支(zhi)管中☎️流(liú)體的溫(wēn)度降低(di)20～30℃,這雖然(rán)會引起(qǐ)流體粘(zhan)度和密(mi)度的一(yī)定變化(huà),對流速(sù)産生🛀🏻影(yǐng)響,但這(zhe)個影響(xiang)很小,在(zai)實際流(liu)量測量(liàng)中可以(yi)📐忽略。降(jiàng)溫後的(de)流體彙(huì)入總管(guan)時,對工(gong)藝參數(shù)的影響(xiǎng)也可🔴以(yǐ)忽略。支(zhī)管中流(liu)體溫度(dù)降低20～30℃,這(zhè)對電磁(ci)流量🧡計(jì)來說,其(qí)工作環(huan)境大大(da)改善。在(zài)安裝電(diàn)磁流量(liàng)計時,在(zài)前直管(guǎn)段上套(tào)📐上一🚶根(gēn)直徑100mm的(de)管子,制(zhì)成單程(cheng)😍套管式(shi)換♊熱器(qi)(圖3),使電(dian)磁流量(liang)計的使(shi)用壽命(ming)🌐得到延(yan)長。
6　結束(shù)語
　　由于(yu)進口設(shè)備、表計(jì)價格昂(ang)貴,到貨(huo)周期長(zhang)。從價格(gé)⚽上考慮(lü)♊對于大(da)口徑電(diàn)磁流量(liàng)計,口徑(jìng)越大,價(jià)格越高(gāo)。而采用(yong)小口👄徑(jing)、陶瓷襯(chen)裏的電(diàn)磁流量(liang)計,不僅(jin)可以使(shǐ)儀表運(yun)行在較(jiào)好的工(gōng)作‼️狀态(tài)下,還可(ke)降低儀(yí)表的投(tóu)資費用(yong)。

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