摘要:針對(dui) 靶式流量(liàng)計 和 渦街(jie)式流量計(ji) 在測量硬(yìng)水流量的(de)過程中經(jīng)常出現測(cè)量值不準(zhǔn)确的現象(xiàng)進💃🏻行研究(jiu)。根據硬水(shuǐ)在流動過(guò)程中結垢(gòu)的特點,從(cong)流量計 的(de)取壓方式(shi)和測量方(fang)式兩方面(miàn)進行綜合(he)分析,查找(zhǎo)問題出現(xian)的原因,通(tong)過分析讨(tao)論最終選(xuǎn)擇了彎管(guan)式取壓方(fang)式,采用了(le)彎管流量(liàng)計。在生産(chan)過程中,彎(wān)管流量計(jì)有效地解(jie)🐅決了靶☎️式(shì)流量計和(hé)渦街式流(liú)量計在測(cè)量硬水流(liu)量過程中(zhōng)出現的問(wèn)題。
　　流量計(ji)廣泛應用(yòng)于石油化(hua)工生産中(zhong)，貫穿于全(quán)過程中,任(ren)💁何一個環(huan)節都離不(bu)開流量計(jì)量。流量計(ji)測量不準(zhun)确👉影響各(ge)個♈生産環(huan)節的産品(pǐn)質量,嚴重(zhòng)的還會發(fa)生生産安(an)全事💚故。流(liú)量計測量(liang)的是否準(zhun)确與流量(liàng)計的測量(liang)方式和被(bei)測介質的(de)特點有很(hen)大⛱️的關系(xì)。電脫鹽一(yi)級注水流(liu)量計測量(liàng)範圍爲0~5T/h。使(shi)用介質爲(wei)生産循環(huan)水，水的溫(wēn)度在60~80℃,硬度(dù)8~13,屬于硬水(shuǐ)。由💁于生産(chan)循環水,水(shui)質差,硬度(dù)大,在生産(chǎn)過程中易(yi)結垢。在采(cǎi)用靶式流(liu)量計時，經(jing)常出現測(cè)⭕量😘值不準(zhǔn)确和不變(bian)化的問題(tí)，需要經常(chang)維修，清理(lǐ)靶片和靶(ba)杆上的水(shui)垢。後來對(duì)改變了♻️測(cè)量方式,在(zai)采⭐用渦街(jie)流量計時(shí),經常出現(xiàn)測量值波(bo)動大和回(hui)零問題，需(xū)要😍每周維(wéi)修多次。根(gen)據在生産(chan)中出現的(de)問題,結合(he)硬水特點(dian)和流量計(jì)的測量方(fang)式和取壓(yā)方式進行(hang)一一分析(xi)和讨論。
靶(bǎ)式流量計(jì)
1.1現象
　　在生(shēng)産測量過(guò)程中,采用(yong)了靶式流(liu)量計。工藝(yì)反映其測(cè)量值不準(zhun)确,出現偏(pian)高或偏低(dī)以及不動(dòng)彈的✏️現象(xiang)。對的電路(lu)模塊、FIV1101的開(kai)度和泵的(de)出口壓力(lì)進行檢查(cha),均屬正常(chang)。拆卸,發現(xiàn)靶片❓和反(fan)饋杆上,結(jié)有一層水(shui)垢,并且反(fan)饋杆的彈(dan)性較差。這(zhe)些水垢對(duì)靶式流量(liàng)計有那👅些(xiē)影響呢?首(shǒu)先看其測(ce)量原理和(he)結構，
1.2測量(liàng)原理和結(jie)構
　　當介質(zhi)在測量管(guan)道中流動(dong)時,因其自(zi)身的動能(neng)通過阻流(liú)元🔴件(靶片(pian)和杠杆3)時(shi)而産生的(de)壓差,并對(dui)阻流元件(jian)有一作🐉用(yong)力F1如圖1所(suo)示凹，其作(zuo)用力的大(da)小與介質(zhi)流速的平(píng)方成正比(bi),其數學公(gong)🐇式表達如(ru)下:

　　式中:F1爲(wei)阻流元件(jian)所受的作(zuo)用力(Kg);Cj爲物(wù)體阻力.系(xì)數;A爲🚩阻流(liu)🌈元件的軸(zhou)向投影面(miàn)積(mm2);p爲工況(kuàng)下介質.密(mì)度(Kg/m3);V爲介質(zhi)在測量管(guǎn)中👅的平均(jun1)流速(m/s)。
　　阻流(liú)件(靶片)接(jiē)受的作用(yong)力F作用在(zài)杠杆3(反饋(kui)杆)上,杠‼️杆(gan)3在🔞F的作用(yong)下,以軸封(fēng)膜片爲支(zhi)點(軸封膜(mo)片一方面(miàn)✍️作爲杠杆(gan)的支點,另(lìng)❄️一方面起(qǐ)密封作用(yong))将力F1傳給(gei)副👉杆1,形成(chéng)力F2副杆1的(de)另一端與(yu)電✂️容力傳(chuan)感器相連(lián),電容力傳(chuan)感器🌈把副(fù)杆1傳遞的(de)力F2轉換成(cheng)毫伏電壓(yā)信号輸出(chu):

　　式中:U爲電(dian)容力傳感(gǎn)器輸出的(de)電壓(mV);K爲比(bi)例常數;F爲(wei)阻💜流元件(jiàn)(靶片)所受(shòu)的作用力(lì)(Kg)。
　　由此,電壓(ya)信号經前(qian)置放大、A/D轉(zhuǎn)換、微處理(lǐ)器、D/A轉換器(qì)等電路🈲,輸(shu)出4~20mA開方電(dian)流模拟信(xìn)号及HART數字(zi)信号,即可(ke)得到相應(yīng)🔞的瞬時流(liu)📱量和累積(ji)總量。

1.3分析(xi)故障産生(shēng)的原因
1)當(dāng)水垢結在(zai)靶片上,使(shi)靶片面積(jī)A增加,由公(gōng)式(1)可知，作(zuò)用在靶片(piàn)上的沖量(liàng)也随之增(zēng)加。在杠杆(gǎn)1和杠杆3的(de)傳遞下,作(zuo)用在電容(róng)力😘傳感器(qì)上的力F2增(zēng)加,由公式(shi)(2)可知,電容(róng)力🎯傳感器(qi)輸出的電(diàn)壓信号增(zeng)加,造成測(cè)量值比真(zhen)實.值偏高(gāo)。
2)當水垢結(jie)在杠杆3上(shang),使杠杆3的(de)直徑增加(jia),造成杠杆(gǎn)3與軸封膜(mo)片之間産(chǎn)生應力F3。F經(jīng)過杠杆1傳(chuán)遞給電容(rong).力傳感器(qi)上,因此,F=F1+F3。随(sui)着F的方向(xiàng)變化,造成(cheng)F2增大或減(jian)小，使電容(róng)力傳感器(qi)輸出的電(dian)✨壓信号增(zeng)大或減小(xiǎo)💯,導緻測量(liàng)值比真實(shí)🌈值偏高或(huò)偏低。
3)随着(zhe)水垢結在(zài)杠杆3上的(de)厚度達到(dao)一定程度(dù)後,使杠杆(gan)3與💋軸封膜(mó)片之間包(bāo)死,杠杆3失(shī)去了彈性(xìng),軸封膜片(piàn)失去了支(zhī)點作用,F的(de)大小已不(bu)能通過杠(gang)杆1和😄3傳遞(dì)給電容.力(li)傳感器,而(er)F2的大小保(bǎo)持不變,因(yīn)此,電容力(li)傳感器輸(shu)出的電壓(ya)信号不變(bian),造成測量(liàng)值不☂️動彈(dan)的假現象(xiang)。
2渦街流量(liàng)計
2.1現象
　　在(zai)采用靶式(shì)流量計測(ce)量硬水流(liú)量的過程(chéng)中,因硬水(shuǐ)結垢影響(xiang)了力的傳(chuan)遞,導緻測(cè)量不正确(que),所以需☂️要(yào)改變流量(liàng)計的測量(liang)方🏃‍♂️式,選擇(zé)了測量流(liú)體頻率的(de)流量計一(yī)渦街流量(liàng)🙇🏻計。采用📞了(le)渦街式流(liú)量計,在投(tou)入使用的(de)一個月🐉内(nei),其運行穩(wen)定,反映靈(ling)敏,測量正(zhèng)确。随後，出(chū)現測量指(zhi)示值不正(zhèng)确,閃動頻(pín)率大,并且(qie)跳動的指(zhi)😄示植越來(lai)越小，直至(zhì)爲零。檢查(chá)電路模塊(kuai)、FIV1101的開度和(hé)泵的出口(kou)壓力，均屬(shu)正常。推測(ce)的傳感器(qi)出現了問(wen)題，拆卸,發(fa)現滞流元(yuán)件上結🌈有(you)一層水垢(gòu),滞流元件(jiàn)與底座之(zhī)間包死。
2.2測(ce)量原理和(he)結構
　　渦街(jie)流量計是(shì)應用流體(ti)振蕩原理(li)來測量流(liú)量的流體(tǐ)在管道中(zhong)經過渦街(jiē)流量變送(sòng)器時,在三(sān)角柱的旋(xuán)渦發生體(tǐ)後上🌈下交(jiāo)替産生正(zhèng)比于流速(su)的兩列旋(xuan)渦,如圖2所(suǒ)示囚，旋渦(wō)的釋放頻(pin)率與流過(guo)旋渦發生(sheng)體的流體(tǐ)平均速度(dù)及旋🌈渦發(fā)生體特征(zhēng)寬度🏒有關(guān),可用數學(xué)公式四表(biǎo)示:

　　式中:爲(wei)旋渦的釋(shi)放頻率(Hz);爲(wei)流過旋渦(wo)發生體的(de).流體平均(jun1)速度(m/s);d爲旋(xuán)渦發生體(tǐ)特征寬度(dù)(m);S,爲斯特羅(luo)哈數,無量(liang)綱,它的數(shu)值範圍爲(wèi)0.14~0.27。S,是雷諾數(shu)的函數,s1=(IRe)。
　　當(dang)雷諾數R。在(zài)102~105範圍内,S,值(zhí)約爲0.2，因此(cǐ),在測量中(zhōng),要盡量滿(man)足流體的(de)雷諾數在(zai)102~105,旋渦頻率(lǜ)=0.2V/d。
　　由此可知(zhi),通過測量(liàng)旋渦頻率(lü)就可以計(jì)算出流過(guo)旋渦發生(sheng)⛱️體的流體(tǐ)平均速度(dù)v,再由式q=A可(ke)以求出流(liú)量q,其中A爲(wèi)流體流過(guo)旋渦發生(shēng)體的截面(miàn)積。
　　當旋渦(wō)在滞流元(yuán)件兩側産(chǎn)生時,利用(yòng)壓電傳感(gǎn)器測出與(yǔ)❄️流體流向(xiàng)垂直的交(jiao)變升力變(biàn)化,将升力(lì)的變化轉(zhuǎn)換爲電🏃🏻的(de)頻🥰率信号(hao),再将頻率(lü)信号進行(hang)放大和整(zheng)😄形，輸出到(dào)二次儀表(biao),進.行累積(jī)、顯示團。

2.3分(fèn)析故障産(chǎn)生的原因(yin)
　　由于檢測(cè)元件一壓(ya)電傳感器(qi)安裝在滞(zhì)流元件中(zhong),當水垢結(jie)在滞流元(yuan)件上會造(zào)成以下後(hòu)果:
1)造成滞(zhì)流元件的(de)寬度d增大(da),由公式(3)可(kě)知，檢測元(yuán)件接收到(dào)💯渦🔆旋列産(chan)生的頻率(lü)減小,輸出(chū)電壓信号(hào)減小，因此(cǐ)測量指示(shi)值比真實(shí)值偏低。
2)使(shǐ)檢測元件(jiàn)接收到渦(wo)旋列産生(shēng)的頻率信(xin)号減弱,影(yǐng)響☔了測量(liàng)信号的穩(wěn)定性和連(lian)續性,因此(cǐ)出現了測(cè)量值不穩(wen)定的現象(xiàng)。
3)随着水垢(gou)厚度的不(bú)斷增加，當(dang)達到一定(dìng)程度後,使(shǐ)檢測元㊙️件(jian)🤩接受不到(dao)渦旋列産(chǎn)生的頻率(lǜ)信号,導緻(zhi)測量值爲(wei)⛹🏻‍♀️零。
3探讨和(he)選型
　　在采(cai)用靶式和(he)渦街式流(liu)量計測量(liang)硬水流量(liang)的過程中(zhong),出現測量(liàng)不正确的(de)現象,從以(yi)上分析故(gù)障原因可(ke)知,是由水(shui)質結垢引(yin)起的,所以(yǐ)要提高在(zai)測量過程(cheng)中的穩定(ding)性和正确(que)率,有以下(xia)兩種選擇(zé):
1)更換流量(liang)計的類型(xíng),選擇适合(he)測量硬水(shuǐ)流量的流(liú)量計;
2)更換(huàn)被測介質(zhì),電脫鹽注(zhù)水由硬水(shui)改爲純淨(jing)水。
　　因節能(neng)減排和生(sheng)産實際,隻(zhī)能考慮流(liú)量計的選(xuan)型,什麽樣(yàng)的流量計(jì)在測量硬(ying)水流量時(shí),不受結垢(gòu)的影響或(huo)受⛹🏻‍♀️其的🌍影(yǐng)響較小呢(ne)?要從以下(xia)3方面分析(xi):
1)硬水在流(liú)量計中不(bu)結垢;
2)硬水(shui)與測量元(yuan)件之間隔(gé)離;
3)硬水結(jie)垢對流量(liàng)計在測量(liang)的過程中(zhōng)影響較小(xiao)。
　　根據各種(zhǒng)類型流量(liàng)計的結構(gòu)、測量方式(shi)和特點,符(fú)合🔆條件1)和(hé)2)件的有:差(chà)壓孔闆流(liu)量計、超聲(sheng)波流量計(jì)和電磁流(liú)🌈量計。如果(guo)采用差壓(yā)孔闆流量(liang)計,差壓變(biàn)送器的測(ce)壓室與被(bei)介質被引(yin)壓管内的(de)引壓液隔(gé)離9,符合條(tiao)件2)。但是孔(kong)闆的表面(miàn)🌈要求光潔(jié)🥵度極高,當(dāng)水垢結在(zai)孔㊙️闆上,将(jiang)影響到孔(kong)闆兩側的(de)壓差,造成(chéng)測量不準(zhun)确;另外,距(jù)地面.50em,不利(lì)于鋪設引(yǐn)壓管。所以(yǐ)✊,采用差壓(yā)孔闆流㊙️量(liang)計測量硬(ying)水流量的(de)效果不佳(jia)。因超聲波(bō)流量計和(he)電磁流量(liang)計.的價格(ge)昂貴,投資(zi)♈費用高,不(bú)易采用。從(cong)條件3)考慮(lǜ),采用了國(guo)内近階段(duan)出現測量(liang)流量的一(yī)個新品種(zhong)一-彎管式(shì)流量計。
4彎(wan)管式流量(liang)計
4.1測量原(yuán)理和結構(gòu)
　　彎管式流(liu)量計與傳(chuan)統的孔闆(pǎn)流量計一(yi)樣同屬于(yu)差壓式流(liu)🐉量計的範(fan)疇,隻是它(tā)們産生差(chà)壓的方式(shi)不同,孔闆(pan)是利用流(liú)體的縮放(fang)原理産生(shēng)的差壓,而(ér)⁉️彎管傳感(gǎn)器是利用(yòng)流體的慣(guàn)性原理産(chan)生的差壓(yā)。當流體通(tong)過彎管時(shi),受到彎管(guǎn)的約束,流(liu)體被迫作(zuò)類似的圓(yuan)周運動。當(dāng)流體在作(zuo)圓周運動(dòng)時,産生的(de)♈離心力F作(zuo)用在彎管(guǎn)的内外兩(liǎng)側,使彎管(guǎn)傳感器内(nèi)外兩側之(zhī)間産生一(yī)個壓力差(chà),此壓🤟力差(cha)(也就是壓(ya)差💃🏻值)的大(da)小與流體(ti)👄的密度有(you)關,與流體(ti)的平均流(liú)速有關,與(yu)流體作圓(yuan)周運動的(de)曲率半徑(jing)有關。它們(men)之間遵循(xun)作圓周🌈運(yun)動物📱體都(dou)必須遵循(xun)✔️的牛頓運(yun)👣動定律網(wang):

　　其中:F爲流(liú)體對彎管(guan)的離心力(lì);?爲流體在(zài)彎管中的(de)平均流♈速(su);R爲彎管中(zhōng)心曲率半(ban)徑
　　通過對(dui)上述公式(shì)進行整合(he)、積分處理(li)之後,可得(dé)公式:

　　其中(zhong):?爲介質中(zhōng)彎管傳感(gǎn)器中的平(ping)均流速;R/d爲(wèi)彎管傳感(gǎn)器的彎徑(jìng)比;ΔP爲流體(tǐ)通過彎管(guǎn)傳感器的(de)差壓值;ρ爲(wèi)介質✊的密(mi)度。
　　這個公(gōng)式描述了(le)介質在彎(wān)管傳感器(qì)中流動時(shi),介質🛀🏻對彎(wān)管施加的(de)離心力與(yu)介質的密(mi)度,介質的(de)平均流速(su)以及彎管(guan)的彎徑㊙️比(bi)之間的關(guan)系。另外,隻(zhī)要介質在(zai)彎管傳感(gan)器中流動(dong)的最小雷(lei)🏃諾數達到(dao)一個極低(dī)值以上，彎(wan)管流量計(ji)的流量系(xì)數ax就是一(yi)個🍓定值。用(yòng)引壓‼️管把(bǎ)彎管内外(wai)兩側的壓(yā)差△P引出,傳(chuan)遞給 差壓(yā)變送器 ,如(rú)圖3所示問(wèn),再通過公(gong)式(5),即可得(de)到流經彎(wān)管内的🔞流(liú)♍體速度🌈?。

4.2分(fèn)析運行效(xiao)果良好的(de)原因
1)測壓(ya)室與被測(ce)介質被引(yǐn)壓管内的(de)介質隔離(li),使測壓室(shì)内不易結(jié)垢;
2)引壓管(guǎn)内的介質(zhì)水相對穩(wen)定,并與管(guan)道内的被(bei)測介質進(jin)行🌈鈣離子(zǐ)交換的速(su)度慢,并且(qiě)交換量極(ji)小,所以在(zài)引壓管和(he)測壓室🔅内(nei)結垢的速(sù)度極小，不(bu)會😘影響引(yǐn)壓和測壓(yā)效果;
3)引壓(yā)管在測壓(ya)室與取壓(yā)口之間有(you)一段距離(li),易于散熱(re),降低❤️了☀️引(yin)壓管内鈣(gai)離子的熱(re)運動和結(jie)垢的速度(dù)♋。
5結束語
　　在(zài)采用彎管(guan)式流量計(ji)測量電脫(tuo)鹽注水的(de)過程中,表(biao)現出運行(hang)穩定,測量(liàng)正确,反映(yìng)靈敏的效(xiao)果。的維修(xiu)次數由㊙️過(guo)去每周的(de)二三次,變(bian)爲每年維(wéi)修一次,主(zhu)要是清理(lǐ)取壓彎管(guǎn)和測壓室(shì)内的水垢(gòu)，并且投用(yong)後偏移量(liàng)小,運行正(zheng)常。

　　　　因此在(zài)選用流量(liàng)計時,要考(kao)慮的因素(su)很多:精度(du)、可靠性、費(fèi)用、流體特(te)性及其它(tā)因素。要嚴(yán)格分析流(liú)量計的工(gōng)作性能,被(bèi)測流體的(de)物理和化(huà)學特性,結(jié)合現場環(huan)境因素、安(an)裝條件和(he)設備的性(xìng)價比等情(qíng)況,選擇合(hé)适的流量(liang)計,避免因(yin)選型不當(dāng)産㊙️生不穩(wen)定👄的安全(quán)生産因素(sù)和造成不(bú)必要的經(jīng)🌈濟損失。

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