幾種流量計選型_自動化現場儀表與整體解決方案

國外一位流量專家F.C.King horo曾說過，流量計是少數幾種使用比制造艱難的儀表之一。這是因為流量是一個動態量，處于運動狀態的液體內部不僅存在著粘性摩擦作用，還會產生不穩定的旋渦和二次流等復雜流動現象。測量儀表本身受到眾多因素，如：管道、口徑大小、形狀（圓形、矩形）、邊界條件、介質的物性（溫度、壓力、密度、粘度、臟污性、腐蝕性等）、流體的流動狀態（紊流狀態、速度分布等）以及安裝條件與水平的影響。面對國內外十幾類、上百個品種的流量儀表（先后發展起來的容積式、差壓式、渦輪式、面積式、電磁式、超聲波式和熱式流量計等類型），如何根據流量、流態、安裝要求與環境條件、經濟性等因素合理選型，是應用好流量儀表的前提和基礎。除了儀表自身質量要得到保證，工藝數據的提供和儀表的安裝、使用、維護是否合理也相當重要。本文介紹電磁式、渦街式、節流式等幾種流量計的選型設計。

1.渦街流量計選型設計

渦街流量計作為一種新型流量計，80年代中期以來發展較快，它在流量測量方面有著諸多的優點和長處，在現代流量測量中應用越來越廣泛。在國內使用渦街流量計進行流量測量也愈來愈得到重視，目前我國已有性能優良并有自主知識產權的產品系列。渦街流量計是基于流體振動發展起來的，根據旋渦的不同，檢測方式從熱絲式、熱敏式逐漸發展了應力式、磁敏式及差動開關電容式、超聲波式等。渦街流量計幾乎可用于一切可形成旋渦列的場合，不僅可用于封閉的管道，還可用于開放的溝槽。與渦輪流量計相比，渦街流量計沒有可動的機械部件，維護工作量小，儀表常數穩定；與孔板式流量計相比，渦街流量 計測量范圍大，壓力損失小，準確度高，安裝與維護簡單。但渦街流量計的環境相關參數較多，容易在使用現場被忽略而影響流量計性能的正確發揮。

渦街流量計的原理是在流量計管道中，設置一阻流件，當流體流經阻流件時，由于阻流件表面的阻流作用等原因，在其下游會產生兩列不對稱的旋渦，這些旋渦在阻流件的側后方分開，形成所謂的卡門 （Karman）旋渦列，兩列旋渦的旋轉方向是相反的，卡門從理論上證明了當h/L=0.281（h為兩旋渦列之間的寬度，L為兩個相鄰旋渦間的距離）時，旋渦列是穩定的，在此情況下，產生旋渦的頻率f與流量計管道中流體流速υ呈線性關系。

經過實踐，如下幾個方面對渦街流量計的使用都有影響，應對這些問題進行分析。

（1）渦街流量計的測量范圍較大，一般10：1，但測量下限受許多因素限制：Re＞10000是渦街流量計工作的最基本條件，除此以外，它還受旋渦能量的限制，介質流速較低，則旋渦的強度、旋轉速度也低，難以引起傳感元件產生響應信號，旋渦頻率f也小，還會使信號處理發生困難。測量上限則受傳感器的頻率響應（如磁敏式一般不超過400Hz）和電路的頻率限制，因此設計時一定要對流速范圍進行計算、核算，根據流體的流速進行選擇。使用現場環境條件復雜，選型時除注意環境溫度、濕度、氣氛等條件外，還要考慮電磁干擾。在強干擾如高壓輸電電站、大型整流所等場合，磁敏式、壓電應力式等儀表不能正常工作或不能準確測量。

（2）振動也是該類儀表的一大勁敵。因此在使用時注意避免機械振動，尤其是管道的橫向振動（垂直于管道軸線又垂直旋渦發生體軸線的振動），這種影響在流量計結構設計上是無法抑制和消除的。由于渦街信號對流場影響同樣敏感，故直管段長度不能保證穩定渦街所必要的流動條件時，是不宜直接選用的（要加裝整流器）。即使是抗振性較強的電容式、超聲波式，保證流體為充分發展的單向流，也是不可忽略的。

（3）介質溫度對渦街流量計的使用性能也有很大的影響。如壓電應力式渦街流量計不能長期使用在300℃狀態下，因其絕緣阻抗會由常溫下的10 MΩ～100 MΩ急降至1 MΩ～10 KΩ，輸出信號也變小，導致測量特性惡化，對此宜選用磁敏式或電容式結構。在測量系統中，傳感器與轉換器宜采用分離安裝方式，以免長期高溫影響儀表可靠性和使用壽命。

渦街流量計是一種比較新型的流量計，如果選擇不當，性能也不能很好發揮。只有經過合理選型、正確安裝后，還需要在使用過程中認真定期維護，不斷積累經驗，提高對系統故障的預見性以及判斷、處理問題的能力，從而達到令人滿意的效果。

2. 電磁流量計選型設計

電磁流量計自20世紀50年代末國內首次工業應用以來，七八十年代在流量測量中運用和發展很快。電磁流量計的工作原理是基于法拉第電磁感應定律，即被測介質垂直于磁力線方向流動，因而在與介質流動和磁力線都垂直的方向上產生一感應電動勢EX，當磁場強度B與兩極間距離d一定時，則感應電動勢EX與被測介質流量（流速）成正比。電磁流量計不受溫度、壓力、粘度、重度等外界因素的影響，測量管內部無收縮或凸出部分的壓力損失，另外，流量元件檢測出的最初信號，是一個與流體平均流速成精確線性變化的電壓，它與流體的其他性質無關，具有很大的優越性。根據污水具有流量變化大、含雜質、腐蝕性小、有一定的導電能力等特性，測量污水的流量，電磁流量計是一個很好的選擇。它結構緊湊、體積小，安裝、操作、維護方便，如測量系統采用智能化設計，整體密封加強，能在較惡劣的環境下正常工作。可選用氯丁橡膠襯里，含鉬不銹鋼（OCrI8Ni12Mo2Ti）電極的電磁流量計，即可滿足污水流量測量的要求。選型時要注意以下幾點：

1 ）被測量液體必須是導電的液體或漿液；

2 ）口徑與量程，最好是正常量程超過滿量程的一半（我的選擇一般為正常流量的4～8倍），流速在 2 -4 米 之間；

3 ）使用壓力必須小于流量計耐壓；

4 ）不同溫度及腐蝕性介質選用不同內襯材料和電極材料。

電磁流量計的優點：無節流部件，因此壓力損失小，減少能耗，只與被測流體的平均速度有關，測量范圍寬；只需經水標定后即可測量其他介質，無須修正，最適合作為結算用計量設備使用。由于技術及工藝材料的不斷改進，穩定性、線性度、精度和壽命的不斷提高和管徑的不斷擴大，對于固液兩相的介質的測量采用了可更換電極以及刮刀電極的方式，解決了高壓（ 32MPA ）、耐腐蝕（防強酸、堿襯里）介質的測量問題，以及口徑的不斷擴大（最大作到 3200MM 口徑），壽命的不斷增長（一般大于 10 年），電磁流量計得到越來越廣泛的應用，其成本也得到了降低，但整體價格特別是大管徑的價格仍較高，因此在流量儀表的采購中有重要的地位。

某冶煉廠在生產中，由于生產工藝的需要，會產生大量的工業污水，污水處理分廠必須對污水的流量進行監控。在以往的設計中，由于選用了其它的流量儀表，而在實際應用中發現測量的流量顯示值與實際流量偏差較大，而改用電磁流量計偏差大大減小。

3.節流式流量計選型設計

節流式流量計是一種使用歷史悠久，實驗數據較完善的測量裝置。它是以測量流體流經節流裝置所產生的靜壓差來顯示流量大小的一種流量計。最基本的配置是由節流裝置、差壓信號管路和差壓變送器組成。工業上最常用的是節流裝置是已經標準化了的“標準節流裝置”。如，標準孔板、噴嘴、文丘利噴嘴、文丘利管。現在節流裝置特別是噴嘴流量測量朝一體化方向，將高精度的差壓變送器和溫度補償與噴嘴做成一體化，大大提高了精度。采用皮托管技術可對節流裝置進行在線標定。現今在工業測量中也采用一些非標準節流裝置，如雙重孔板，圓缺孔板，環形孔板等，這些儀表一般需要實流標定。標準節流裝置結構比較簡單，但由于它尺寸公差、形狀和位置公差的要求比較高，加工的技術難度較高。以標準孔板為例，它屬于超薄板狀零件，加工易產生變形，較大的孔板在使用過程中也易產生變形而影響精度。節流裝置的取壓孔一般不會開得太大，在使用過程中也會產生變形而影響測量精度。標準孔板由于在使用過程中經過流體對它的摩擦，也會使其與測量有關的結構要素（如銳角）產生磨損而降低測量精度。

盡管差壓流量計發展較早，但隨著其他各種形式的流量儀表的不斷完善和開發，隨著工業發展對流量計量要求的不斷提高，差壓流量計在工業測量中的地位已經部分地被先進的、高精度的、便利的流量儀表所取代