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流量测量方法和仪表的选择考虑因素(3)

信息来源:gkong.biz  时间:2010-04-21  浏览次数:118

  3 流体特性方面的考虑
  3.1 总论
  1.2节初选测量方法
  按流体类型等初定若干适用方案后,还应向工艺流程部门获取详细的流体物性诸多参量和属性,进一步考虑对所选择方案的适应性。除了流体类别以外,通常还要考虑流体的温度、压力、密度、粘度和润滑性、腐蚀性和磨蚀性等,有些应用场所还有卫生要求。某些测量方法还要考虑流体物性中特殊参量,例如采用电磁流量计要了解液体的电导率。
  各类流量仪表总会受到流体物性中某一种或几种参量的影响,所以流体的物性很大程度上支配着待选仪表的型式。所选择测量方法和仪表不仅要适应被测流体的性质,还要考虑在测量过程中流体物性某一参量变化的影响量。
  常见流体密度、粘度、蒸汽压力和其他参量可以从手册中查到评估在使用条件下流体各参量和所选定仪表技术规范的适应性。然而常会遇到不十分清楚流体的确切成分、温度和压力变化、流动特性等,要用户确定流体各物性的值是有困难的,此时应向制造厂咨询,估计拟选定的仪表可否使用。
  3.2 流体温度和压力
  必须仔细地界定流体的工作压力和温度,特别在测量气体时温度压力变化造成过大的密度变化可能耍改变所选择的测量方法。如温度或压力变化造成较大流动特性变化而影响测量准确度等性能时,必要作温度和(或)压力修正。此外,流量仪表外壳的结构设计和选用材质也决定于流体的温度和压力,因此必须确切知道压力和温度的最大和最小值。压力和温度变动很大时,更应特别仔细选择。
  测量气体流量时还要肯定某些仪表(如差压式)流量上限位的温度和压力,是在工况状态下还是在标准状态下?
  3.3 流体密度和比重
  大部分液体应用场所,其密度和比重相对恒定,除非温度变化很大而引起较大密度变化,一般不需作修正。
  在气体应用场所,有些仪表的范围度和线性度,取决于气体密度,通常要知道在标准状态下和使用状态下的值以便选择。亦有将流动状态的值转换到某些公认的参比值,这种方法在石油气储运方面应用普遍。低密度气体对某些测量方法特别是利用气体动量推动检测元件工作的仪表(例如涡轮流量计),呈现困难。
  3.4 粘度和润滑性
  仪表性能往往随雷诺数而变,雷诺数与流体粘度有关。气体和液体不同,其粘度并不会因温度和压力变化而有显著的变化,其值一般较低,且各种气体之间差别较小。因此确切的气体粘度数据并不如液体那样重要。
  粘度对不同类型流量仪表范围度的影响趋势各异,对大部分容积式仪表粘度增加范围度扩大,而涡轮式和涡街式仪表则相反,粘度增加范围度缩小。
  在评估仪表的适应性时,通常要掌握液体的温度-粘度特性。 某些非牛顿流体(如钻井泥浆、纸浆、巧克力、油漆)性质的液体,它们的流动状态复杂,不易断定其属性,因此选择仪表时要非常谨慎,必要时与制造厂磋商。 润滑性是更不易评价的特性。通常认为高粘度液体也有好的润滑性,但是有时候不定如此。润滑性对有活动测量元件的仪表(例如容积式和涡轮式)非常重要,有些液体特别是溶剂润滑性极差,会缩短仪表轴承寿命轴承工况又影响仪表运行性能和范围度。
  3.5 化学腐蚀和结垢
  流体的化学性有时成为选择测量方法和仪表的决定因素。某些流体会引起仪表接触零件腐蚀,表面结垢或析出结晶体金属表面产生电解化学作用。这些现象都将降低流量仪表性能和使用寿命,仪表制造厂为此采取措施提供若干变型产品或专用仪表,以相适应。例如选用针对某些流体抗腐蚀材料或结构上防腐蚀措施,如金属浮子流量计内衬耐腐蚀工程塑料,孔板用陶瓷材料制造。但那些测量元件结构和形状复杂的仪表(如容积式、涡轮式等)就不易处理使之用于腐蚀液体。
  有些流量仪表从原理上就具有耐腐蚀性或易于作耐腐蚀措施。超声换能器装在管道外壁不与被测流体接触的超声流量计本质上就是防腐蚀的。电磁流量计只有一对形状简单的电极和测量管衬里与液体接触,易作针对性选择适用材料的防腐措施。 "
  仪表腔体和测量元件上结垢或析出结晶,将减少活动部件的间隙,降低敏感元件的灵敏度或测量性能。又如结垢在超声式仪表应用上阻碍超声波发射,在电磁式仪表应用上绝缘了电极的信号检测表面使之无法工作。仪表制造厂往往采用流量传感器外界加温防止析出结晶或装置除垢器等防范措施。
  某锌冶炼厂原用管道输送厂区间冶锌溶液,不仅各类型管道用流量仪表结垢严重影响工作、即使3-5个月清除一次管道结垢,其难度和工程虽都很大。后来将全厂管道改用明渠输送,并用堰式仪表测量流量,才方便了除垢工作。
  3.6 压缩系统和其他参量
  测量气体需要知道压缩系数值以求取工作状态下流体密度。成分固定的流体通过压力、温度和压缩系数计算密度;成分变动的流体和工作于接近(或在)超临界区,应考虑在线测量密度。 某些流量测量方法要考虑特定的流体韧性,如热式仪表要有能适应的热传导和热容量,电磁式仪表依赖于液体的一定电导率才能工作。 与某些物质在一起会引起燃烧或急剧反应的流体,要对拟使用的仪表在设计上给予验证。例如已经知道测量乙炔气流量时,流量仪表内部若存在急剧的压力和速度梯度会突然燃烧。
  3.7 多相和多组份流
  测量多相和多组份流动应十分谨慎对待。经验表明用于多相或多组份流,测量性能会大幅度改变,且有些情况还是末知的。流量仪表一般都在单相流动状态下评定其测量性能,现在还没有以单相流标定的仪表来评定用于双相时系统变化的标准。使用时尽可能把各相分离后分相测量以保证获得最低测量不确定度,然而有些应用场所这种方法还不切实可行或不合乎要求。
  单工质流体有时候也呈现双相,常见的例于是湿蒸汽,水微粒随着蒸汽流动,(湿蒸汽干度:湿蒸汽两相流中气相质量流量所占两相质量流量的份额)。环境温度和介质的温度压力变化干度可能偏离原定流动状态,仪表就不能适应。这些应用场所仪表虽还可以应用,然而提出仪表规范时要比应用于单相时更要谨慎。
  浆液可用电磁流量计,专门设计的质量式、超声式或差压式仪表也可以测量,能获得流量与信号之间稳定关及但仪表的仪表系数或流出系数的确定却不是都能解决的。多相流的复杂流动相间能量、动量和质量的相互作用极其复杂,只有个别情况才能获得较满意的结果,使用时要极慎重处理。要充分了解流动条件。即明确粒子大小、固相含量和固体性质。固体性质可能是有磨蚀性的、纤维状的或是尺寸不一的颗粒。磨蚀性混合体产生稳定的磨损率,导致仪表误差以一定的率稳定地增加,从而估计出仪表损坏的年限。 在流动中的液相和气相混合体,各相特性及其可能产生相间转换现象将影响流动特性。流动型态取决于液和气的相对占有率和管道方向(水平或垂直)。不同流型需要各自适用和仪表,而确切的相间分布往往不清楚。甚难估计在这种情况下获得的测量性能,但其测量误差通常比单相流体测量时要多几倍。
  两种或两种以上液体汇流混合,并测量其混合液流量,如液体相互间溶合则不存在问题;但如不相溶合、往往存在流束(线)均匀性问题,流动或成为分层流或成为块状流,取决于相对含量和密度差。测量气-液流的仪表可能处于大幅度变动着的流动特性,而流动特性则取决于安装设计。

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