摘要：系(xì)統闡述(shù)了多種(zhǒng)傳統流(liú)量計的(de)測量原(yuán)理，對比(bi)各個測(ce)量裝置(zhì)的優缺(quē)點，提出(chū)的超聲(sheng)波流量(liàng)計
在高(gao)溫高壓(ya)大口徑(jing)管道中(zhong)精确計(ji)量。從經(jīng)濟效益(yi)、精度偏(pian)差、安🚶裝(zhuang)使用、節(jiē)能減排(pai)、後期維(wéi)護等多(duō)個方面(mian)诠釋超(chao)聲波流(liú)量計相(xiàng)比傳統(tong)的機械(xiè)式流量(liang)計的獨(du)特特點(dian)，以及在(zai)我國工(gōng)業生産(chan)和計量(liàng)領域中(zhōng)🏃♀️的重要(yào)應🤟用。
1原(yuan)理概述(shù)
蒸汽作(zuo)爲廣泛(fan)的載熱(re)介質，在(zài)各行各(gè)業中有(you)着非💛常(cháng)❓重要的(de)作用。在(zài)電廠中(zhōng)使用蒸(zhēng)汽推動(dòng)汽輪機(jī)進🏃行發(fa)電。在💛食(shí)品行業(yè)🌍中，可以(yi)使用蒸(zhēng)汽對管(guan)路進行(háng)消毒，确(què)保食品(pǐn)安全衛(wèi)生無菌(jun)。在煉油(you)行業，使(shǐ)用高壓(ya)蒸汽對(duì)油井或(huo)者氣田(tian)進行♋壓(ya)裂開采(cai)🏃🏻♂️。在石化(hua)化工行(háng)業的生(sheng)産過程(chéng)中，很多(duo)環節需(xū)要使用(yong)到蒸汽(qi)，比如汽(qi)提塔❓中(zhong)，蒸汽的(de)溫度和(he)壓力的(de)穩定對(dui)塔器中(zhōng)的生産(chǎn)有着至(zhì)🥵關重要(yào)的作用(yong)。在化工(gōng)行業，某(mou)些易結(jie)晶的介(jie)質在生(shēng)産和運(yùn)輸過程(chéng)中需要(yao)保持溫(wen)度，而蒸(zheng)汽往往(wǎng)就是給(gei)👄管道進(jin)行伴熱(re)和保溫(wen)的介質(zhì)。在管道(dao)的吹掃(sao)中，有時(shi)可以使(shi)用空氣(qì)，而有些(xie)場合就(jiu)需要使(shǐ)🍉用蒸汽(qi)吹掃。當(dang)然更顯(xiǎn)而易見(jiàn)的是，蒸(zheng)汽可以(yi)作爲建(jian)築或者(zhě)場所的(de)取👣暖用(yong)介質。
蒸(zhēng)汽負載(zai)着能量(liang)，所以準(zhǔn)确的計(ji)量蒸汽(qì)意義重(zhong)大。對于(yú)生🛀🏻産廠(chǎng)區的内(nèi)部計量(liang)，計量的(de)精度可(kě)以起到(dao)節能🌈減(jiǎn)排的作(zuo)用。對于(yú)貿💋易交(jiao)接的場(chang)合，無論(lùn)是蒸汽(qi)的生産(chǎn)方還♋是(shi)使用方(fang)，計量的(de)精度直(zhi)接關系(xi)到雙方(fāng)的費🆚用(yong)結算，一(yi)定需要(yao)一個可(kě)靠的計(ji)量方式(shì)，才能避(bì)免費用(yòng)上的糾(jiū)紛。傳統(tǒng)的蒸汽(qì)計量方(fāng)式多采(cai)用差壓(yā)式流量(liàng)計，
差壓(yā)式流量(liàng)計
需要(yao)一個節(jie)流原件(jiàn)來實現(xian)壓力差(chà)，包括
孔(kong)闆流量(liàng)計
、文丘(qiu)裏、噴嘴(zui)等方式(shì)。随着技(ji)術的發(fa)展，渦街(jie)流量計(ji)🤞漸漸用(yong)于🐇蒸汽(qì)測量。近(jìn)幾年，采(cǎi)用時差(chà)法原理(lǐ)并且适(shi)用溫度(dù)較高的(de)超聲波(bo)流量計(ji)也開始(shi)進入蒸(zheng)汽測量(liang)的領域(yù)。下面簡(jian)單介紹(shao)一下這(zhe)幾種測(cè)量方式(shì)的原理(li)。
1.1差壓式(shì)儀表
流(liú)體在有(yǒu)節流裝(zhuang)置的管(guan)道中流(liu)動時，在(zài)節流裝(zhuāng)置前後(hòu)的管壁(bi)處，流體(ti)的靜壓(ya)力産生(sheng)差異的(de)現象稱(cheng)爲節✏️流(liu)現象。節(jie)流裝置(zhi)包括節(jie)流元件(jiàn)和取壓(yā)裝置。節(jie)流元件(jian)是使管(guan)道中的(de)流體🧑🏽🤝🧑🏻産(chan)生局部(bù)收縮的(de)元件，多(duo)達30多🏃🏻♂️種(zhong)，常用的(de)節流元(yuan)件有孔(kǒng)闆、噴🚩嘴(zui)和文丘(qiu)利管等(deng)。流體流(liu)過節流(liú)元件時(shí)，會被加(jiā)速，流體(ti)的加👣速(sù)時期動(dòng)能增加(jia)，按照能(neng)量守恒(héng)定律，在(zai)流體被(bei)加速處(chù)它的靜(jing)壓力會(hui)降低🔆一(yī)個相應(ying)的值，因(yīn)此在節(jie)流原件(jian)兩側産(chan)生一⚽個(ge)差壓，而(ér)這一差(cha)壓與流(liu)速的平(píng)方根成(chéng)正比。其(qí)原理的(de)計算公(gōng)式如下(xia)：
Qv=CεΑ/sqr(2ΔP/(1-β＾4)/ρ1)(1)
其中：
C爲(wèi)流出系(xì)數；
ε爲可(kě)膨脹系(xì)數
Α爲節(jiē)流件開(kai)孔截面(miàn)積，m2
ΔP爲節(jie)流裝置(zhì)輸出的(de)差壓，Pa;
β爲(wei)直徑比(bi)
ρ1爲被測(cè)流體在(zai)I-I處的密(mì)度，kg/m3;
Qv爲體(ti)積流量(liang)，m3/h
下圖爲(wei)一些常(cháng)見節流(liú)原件的(de)示意圖(tu)
1.2渦街流(liú)量計
自(zì)然界的(de)很多現(xian)象都源(yuán)于渦街(jie)原理，比(bi)如迎風(fēng)飄👅揚的(de)旗幟，旗(qi)杆作爲(wei)漩渦發(fā)生體,當(dang)風從旗(qi)杆一側(cè)吹來時(shí)，旗👄杆阻(zǔ)擋了風(feng)，分别從(cong)旗杆兩(liǎng)側吹過(guò)的氣流(liú)在其後(hou)形成了(le)漩渦，因(yin)此，旗幟(zhi)能夠随(suí)風飄揚(yáng)。在
渦街(jiē)流量計(jì)
中，正是(shì)采用了(le)“卡門渦(wo)街原理(li)”，測量管(guan)中有一(yi)個漩渦(wo)發生體(ti)，漩渦的(de)脫落頻(pín)率正比(bi)于流量(liang)，漩渦脫(tuo)落頻率(lǜ)通過傳(chuan)感🐇器中(zhōng)💋的壓電(dian)晶體來(lai)測量，公(gōng)式如下(xià)：
f=StV/d(2)
式中：
f－發(fa)生體一(yī)側産生(sheng)的卡門(mén)旋渦頻(pín)率
St－斯特(te)羅哈爾(er)數（無量(liang)綱數）
V－流(liu)體的平(píng)均流速(su)
d－旋渦發(fa)生體的(de)寬度
通(tong)過壓電(diàn)晶體測(ce)得頻率(lǜ)之後，就(jiu)可以算(suan)得流速(sù)值，再乘(cheng)以流量(liàng)計的截(jie)面積就(jiù)可以知(zhi)道流速(su)。
1.3超聲波(bo)流量計(ji)
相比前(qian)兩種測(ce)量原理(lǐ)，超聲波(bo)時差法(fǎ)的原理(lǐ)則更加(jiā)簡單㊙️易(yi)懂一些(xie)。與人們(men)劃船或(huo)者遊泳(yǒng)類似，超(chao)聲⚽波在(zai)✌️流動的(de)流體中(zhong)⭐的傳播(bō)速度與(yǔ)流體的(de)流速有(you)關。順流(liu)而下的(de)超聲波(bō)的傳播(bo)速度大(dà)⛷️于逆流(liu)而上的(de)傳播速(su)度。隻要(yào)分♌别測(cè)量出超(chāo)聲波順(shùn)流和逆(ni)流💚的傳(chuán)播時間(jian)，就可以(yi)依據下(xià)面的公(gōng)式得到(dao)該路徑(jìng)😄上瞬時(shí)流速。這(zhè)樣，介質(zhì)流量則(ze)可以通(tong)過流速(sù)📞、管道截(jie)面積等(děng)求得。
Vm＝L(TB?A-TA?B)/(2*COS?*TB?A*TA?B)(3)
|
Vm:瞬時流(liú)速
L:兩個(ge)超聲波(bō)換能器(qi)之間的(de)距離
TB?A:超(chao)聲波逆(ni)流而上(shang)的傳輸(shu)時間
TA?B:超(chāo)聲波順(shùn)流而下(xià)的傳輸(shu)時間
α:介(jiè)質流向(xiàng)與超聲(sheng)波傳輸(shu)方向之(zhī)間的夾(jia)角
|
超聲(shēng)波流量(liàng)計用于(yú)液體測(ce)量已經(jing)有幾十(shí)年的曆(li)史了👄，随(suí)着技術(shù)的發展(zhǎn)，超聲波(bo)流量計(jì)也逐漸(jiàn)開始應(yīng)用在氣(qi)體的🆚領(lǐng)域🥵，尤其(qí)高溫換(huàn)能器的(de)開發，使(shǐ)其可以(yǐ)用于蒸(zhēng)汽的領(lǐng)域。以高(gao)溫氣體(ti)超聲波(bo)流量計(jì)爲例，選(xuan)用高溫(wēn)SS347材質的(de)換能器(qì)，溫度可(kě)以達到(dao)540度，耐🏃🏻♂️壓(ya)可達10Mpa。Inconel合(hé)金材質(zhì)的換能(neng)器更可(ke)達到🥵20Mpa的(de)壓力等(děng)級㊙️，可選(xuǎn)610度的高(gao)溫。可适(shì)用于各(ge)種低壓(ya)/中壓/高(gāo)壓蒸汽(qi)。
了解了(le)各種原(yuan)理之後(hou)，再來對(duì)比一下(xià)各個測(ce)量原📞理(li)的優🤩缺(quē)點，此處(chu)對比參(cān)考超聲(sheng)波流量(liàng)計産品(pǐn)樣本（液(ye)體OPTISONIC3400,蒸汽(qi)OPTISONIC8300）。
從(cong)上表的(de)對比可(kě)以明顯(xian)看出，超(chāo)聲波流(liú)量計有(yǒu)幾個很(hen)重要的(de)👣優點：
量(liang)程比寬(kuan)：孔闆的(de)量程比(bi)隻有1：3，在(zài)實際應(yīng)用過程(chéng)中❤️，如果(guǒ)最大⚽和(hé)最小流(liú)量的範(fan)圍較寬(kuān)，一台孔(kong)闆就無(wú)法适用(yòng)，往往需(xū)要2～3台孔(kǒng)闆🍉用于(yú)不同的(de)量程範(fan)圍，而2～3台(tai)表又會(hui)引入系(xi)統誤差(cha)，造成測(cè)量可靠(kao)性進一(yī)步下降(jiàng)。超聲波(bo)流量計(jì)超寬的(de)量程比(bǐ)，從0.3～30m/s都可(kě)以保證(zhèng)❄️精度，有(you)時可測(ce)比30m/s更高(gāo)。
長期穩(wěn)定性好(hao)：使用過(guò)差壓式(shì)的儀表(biǎo)的操作(zuò)工可🐪能(néng)☁️都有感(gǎn)觸，節流(liu)元件是(shi)非常容(róng)易磨損(sǔn)的部件(jiàn)，在高溫(wen)或者高(gao)磨損性(xìng)的條⚽件(jian)下，節流(liu)元件的(de)開口尺(chǐ)🌈寸會越(yue)💁來越大(dà)，從而造(zào)成計量(liàng)值偏小(xiǎo)⭐。如果實(shí)在貿易(yi)交接的(de)場合，對(duì)于賣方(fāng)來說，就(jiu)會造成(chéng)損失。而(er)超聲波(bō)流量計(jì)因爲沒(méi)有阻流(liu)部件，所(suo)以壓損(sǔn)幾乎爲(wei)零，也不(bú)會磨損(sǔn)，所以長(zhǎng)期穩定(ding)🔱性非常(cháng)好。
口徑(jing)範圍大(dà)，最高溫(wen)度高：渦(wō)街流量(liàng)計因爲(wèi)口徑限(xian)🐪制，隻能(néng)适用于(yú)小口徑(jìng)、中低溫(wēn)蒸汽，如(ru)果有大(da)于DN300的管(guan)徑或者(zhe)高于450度(du)的應用(yong)，渦街就(jiù)無能爲(wei)力了，這(zhè)時候選(xuǎn)用超聲(sheng)波🤟流量(liang)計♊更加(jia)合适
2. 節(jie)能減排(pái)經濟效(xiao)益對比(bǐ)
以上從(cóng)理論角(jiao)度闡述(shu)了超聲(shēng)波的優(you)點，下面(miàn)通過🤩一(yi)個實例(li)的計算(suan)，來對比(bǐ)一下使(shi)用傳統(tǒng)差壓式(shì)流✨量計(ji)和新⛷️型(xíng)超聲波(bō)流量計(ji)在經濟(jì)效益上(shàng)的差異(yì)。
主要可(kě)以從三(sān)方面來(lai)對比：
1.因(yin)磨損和(he)腐蝕造(zào)成差壓(yā)式流量(liàng)計的精(jing)度偏差(cha)，從🧑🏽🤝🧑🏻而影(yǐng)🙇♀️響計費(fei)的準确(què)性；
2.因差(cha)壓式流(liú)量計較(jiao)大的壓(ya)損而造(zào)成的無(wu)形中的(de)電力的(de)☂️浪費🔆；
3.因(yīn)差壓式(shi)流量計(ji)需要維(wéi)護和更(geng)換的後(hòu)續維護(hu)成本。
2.1首(shǒu)先，先看(kan)一下因(yin)磨損和(hé)腐蝕造(zao)成差壓(yā)式流量(liang)計的精(jing)度偏差(chà)🚶♀️，從而影(ying)響計費(fei)的準确(que)
以最常(chang)見的孔(kong)闆流量(liàng)計爲例(lì)，因爲孔(kong)闆的節(jie)流元件(jiàn)在高溫(wēn)下很容(rong)易被腐(fǔ)蝕，造成(cheng)流通面(mian)積變大(dà)，差⛱️壓變(biàn)小，最終(zhong)導緻測(ce)量值偏(piān)小。那麽(me)在蒸汽(qì)的貿易(yi)交接中(zhōng)，測量值(zhi)偏小，就(jiu)意味着(zhe)🚩蒸汽生(sheng)産方的(de)收入👅變(biàn)少，嚴重(zhong)🈲的可能(néng)導緻虧(kuī)本經營(yíng)。那麽下(xia)面來計(jì)算💰一下(xià)，因爲孔(kǒng)闆的計(ji)量偏差(chà)可以導(dao)緻多少(shao)收入上(shang)👨❤️👨的損失(shī)。
假設某(mǒu)電廠給(gei)一個用(yong)戶供應(yīng)過熱蒸(zhēng)汽，口徑(jing)DN500，壓力2.0Mpa，溫(wēn)度:310℃，流⛱️量(liang)範圍：0-200t/h。按(àn)一個月(yue)工作28天(tiān)計算，那(na)麽一個(gè)月需要(yao)供應的(de)蒸汽總(zong)量在🛀🏻200*24*28=134400t/月(yuè)，按蒸汽(qì)價格160元(yuan)/t計算，每(mei)月的收(shou)入爲2150.4萬(wan)元。
爲了(le)簡化計(ji)算，假設(she)每個月(yue)孔闆流(liú)量計因(yīn)爲磨損(sun)而産生(shēng)的精度(du)變化是(shì)線性的(de)，每月精(jīng)度下降(jiang)0.01%，那麽通(tong)過下表(biǎo)可以看(kan)出，第一(yī)🚩年内損(sun)失的收(shou)益：
第二(er)年的收(shou)入損失(shī)可能高(gao)達45萬多(duō)。
采用超(chāo)聲波流(liú)量計的(de)話，也許(xǔ)最初的(de)購置付(fu)費會高(gāo)于孔闆(pan)流量計(ji)，但是因(yīn)爲不存(cún)在孔闆(pan)的磨損(sǔn)造成的(de)💘計量偏(piān)差，因爲(wei)💔增加的(de)購置成(chéng)本基本(běn)上在1～2年(nián)就可以(yǐ)收回。
以(yi)上隻是(shi)簡單的(de)計算了(le)孔闆流(liú)量計因(yīn)爲磨損(sun)造成♋的(de)🐪收益損(sun)🆚失。其實(shi)，因爲孔(kong)闆的量(liàng)程比很(hen)小，隻有(you)1：3，所以在(zai)管線剛(gang)剛啓動(dòng)的時候(hòu)，因爲流(liú)量太小(xiǎo)，往往無(wú)法精确(que)計量。而(er)當用戶(hù)蒸汽用(yòng)量大♈的(de)時候，又(yòu)會🤟造成(chéng)大流量(liàng)無法計(jì)🔆量，由此(ci)帶來巨(ju)大的損(sun)失。
2.2因差(chà)壓式流(liú)量計較(jiao)大的壓(yā)損而造(zao)成的無(wu)形中的(de)🔞電力的(de)浪㊙️費
衆(zhong)所周知(zhī)，差壓式(shì)流量計(ji)必定會(huì)造成永(yong)恒的壓(yā)力損💃🏻失(shi)。還是🔞以(yi)上面的(de)孔闆流(liu)量計爲(wei)例，口徑(jìng)DN500，壓力2.0Mpa，溫(wēn)度:310℃，流量(liang)範圍：0-200t/h。此(cǐ)時蒸汽(qì)密度約(yue)爲8.28kg/m3，所以(yǐ)體積流(liú)量約爲(wèi)0-24000m3/h。若使用(yong)差壓式(shi)流量計(ji)，可以讓(rang)廠家計(jì)算永久(jiu)壓力損(sǔn)失，按🏒照(zhào)流速和(he)節流元(yuán)件的不(bú)同，壓力(li)損失可(ke)以在5～40Kpa不(bu)等。如按(an)較小的(de)10Kpa壓損來(lái)計算，按(àn)最大流(liú)量的一(yi)半流量(liang)時，能量(liàng)損失在(zai)27.78kW。還是按(an)每月28天(tiān)計算，一(yi)年🈲能耗(hao)的損失(shī)是22.4萬KWh。如(rú)果一度(du)電按0.5元(yuan)計算，那(na)麽電費(fei)㊙️約需11萬(wàn)元。也就(jiù)是說，如(rú)果更換(huan)成沒有(you)🤞壓☀️損的(de)超聲波(bo)流量計(jì)，可以減(jian)少泵送(sòng)的能量(liàng)，節省電(dian)費11萬元(yuán)。
2.3因差壓(yā)式流量(liàng)計需要(yao)維護和(hé)更換的(de)後續維(wéi)護成本(ben)
從前面(miàn)第一點(diǎn)可以看(kàn)出，使用(yòng)2年後，孔(kǒng)闆的磨(mó)損會非(fēi)常🈲厲⛱️害(hài)，所以這(zhe)就是爲(wèi)何差壓(yā)式流量(liang)計都建(jiàn)議2～3年更(gèng)換一🐇次(ci)。這就意(yì)味着用(yong)戶需要(yao)重新購(gòu)買新的(de)節流元(yuán)件，重新(xin)🌐标定，重(zhong)新安裝(zhuāng)。這裏面(miàn)所涉及(ji)的采購(gòu)成本，人(ren)員安裝(zhuāng)成本，停(ting)産的🈚成(chéng)本都是(shì)相當可(ke)觀👅的。
3安(an)裝維護(hu)
在蒸汽(qì)管道的(de)安裝上(shang)，因爲蒸(zheng)汽管道(dao)都需要(yào)包裹保(bao)溫層，所(suǒ)以一般(bān)法蘭連(lián)接或者(zhe)外夾式(shi)超聲波(bō)的形式(shì)👈不都不(bu)是太适(shì)合。法蘭(lán)連接的(de)部分會(hui)造成保(bǎo)溫層的(de)突起，施(shī)工不方(fang)便。而外(wài)夾式超(chāo)聲波流(liu)量計安(an)裝的管(guǎn)道不能(neng)做保溫(wen)，會造成(cheng)巨大的(de)能量浪(lang)費♍。蒸汽(qì)流量計(jì)🔆可以提(tí)供焊接(jie)式安裝(zhuang)，管材和(he)焊接内(nei)⁉️徑也可(kě)以根據(ju)現場的(de)管道定(ding)⭐制，保證(zhèng)匹配性(xìng)，如下🧡圖(tu)所示。安(an)裝完成(chéng)後基本(ben)與管道(dào)一體化(huà)，方便了(le)保💯溫層(ceng)的鋪設(she)。而且儀(yi)📞表本身(shēn)是免維(wéi)護的，焊(hàn)接在管(guan)道上也(ye)無需後(hòu)期維護(hu)。
4結論
綜(zōng)上所述(shù)，超聲波(bo)流量計(jì)相比傳(chuan)統的機(ji)械式流(liu)量計具(jù)有很多(duo)獨特的(de)優點，無(wú)壓損、精(jīng)度高、低(dī)維護量(liang)等，其适(shi)用範圍(wei)廣，一些(xiē)高🤞溫高(gao)壓的場(chǎng)合也可(ke)适用，尤(you)其對🛀于(yu)大口徑(jìng)流量的(de)正确🍓測(cè)量有👉其(qi)不可比(bi)拟的優(yōu)勢，而且(qiě)超聲波(bō)流量計(ji)的測量(liàng)原理👌和(hé)優點逐(zhú)漸被最(zui)終用戶(hù)所認可(ke)。除⭐了測(cè)量蒸汽(qì)⭐之外，超(chāo)聲波流(liú)量計也(yě)适合應(ying)用于一(yī)些非導(dǎo)電的介(jiè)質的測(cè)量，因此(ci)它會成(cheng)我國工(gong)業生🚶産(chan)和計量(liàng)領域的(de)新标準(zhun)。
以上内(nei)容來源(yuán)于網絡(luò)，如有侵(qin)權請聯(lian)系即删(shān)除!
|
