蒸汽流量計(jì)工作原理是由設(shè)計(jì)在流場(chǎng)中的旋渦發(fā)生體、檢測(cè)探頭及相應(yīng)的電子線路等組成。當(dāng)流體流經(jīng)旋渦發(fā)生體時(shí),它的兩側(cè)就形成了交替變化的兩排旋渦,這種旋渦被稱(chēng)為卡門(mén)渦街。在卡門(mén)渦街理論的基礎(chǔ)上又提出了卡門(mén)渦街的頻率與流體的流速成正比,并給出了頻率與流速的關(guān)系式:f = St × V/d 式中:
f 渦街發(fā)生頻率 (Hz)
V 旋渦發(fā)生體兩側(cè)的平均流速(m/s )
St 斯特羅哈爾系數(shù)(常數(shù))
這些交替變化的旋渦就形成了一系列交替變化的負(fù)壓力,該壓力作用在檢測(cè)探頭上,便產(chǎn)生一系列交變電信號(hào),經(jīng)過(guò)前置放大器轉(zhuǎn)換、整形、放大處理后,輸出與旋渦同步成正比的脈沖頻率信號(hào)(或標(biāo)準(zhǔn)信號(hào))。
三、流量計(jì)使用選擇及應(yīng)用:
1、為了使用方便,電池供電型采用微功耗*,采用鋰電池供電可不間斷運(yùn)行一年以上,節(jié)省了電纜和顯示儀表的采購(gòu)安裝費(fèi)用,可就地顯示瞬時(shí)流量、累積流量等。
2、溫度補(bǔ)償一體型渦街流量計(jì)還帶有溫度傳感器,可以直接測(cè)量出飽和蒸汽的溫度并計(jì)算出壓力,從而顯示飽和蒸汽的質(zhì)量流量。
3、溫壓補(bǔ)償一體型帶有溫度、壓力傳感器,用于氣體流量測(cè)量可直接測(cè)量出氣體介質(zhì)的溫度和壓力,從而顯示氣體的標(biāo)況體積流量。
4、廣泛應(yīng)用于石油、化工、冶金、機(jī)械、造紙,以及城市管道供熱、供水、煤氣等行業(yè)的各種低黏度液體、氣體、蒸汽等單相流體的工藝計(jì)量和節(jié)能管理。
四、蒸汽流量計(jì)主要特點(diǎn):
1、可在很寬的流量范圍內(nèi) 量氣體、液體和蒸汽的流量而不受流體物理性質(zhì)的影響;
2、不受溫度、壓力的影響,同時(shí)不易堵,不易卡,不易結(jié)垢,耐高溫,高壓;
3、安全防爆,適用于惡劣環(huán)境;
4、無(wú)可動(dòng)部件、無(wú)孔洞縫隙設(shè)計(jì),產(chǎn)品無(wú)磨損、耐臟污,無(wú)須機(jī)械維修,使用壽命長(zhǎng);
5、采用微功耗*,電池供電的現(xiàn)場(chǎng)顯示型流量計(jì),可不斷電運(yùn)行兩年以上;
6、溫壓補(bǔ)償一體化設(shè)計(jì);
7、電流輸出均為電隔離型,具有良好的共模干擾抑制能力;
8、同時(shí)顯示流量值與累計(jì)流量值,不必輪流切換;
9、采用抗振動(dòng)探頭,有效消除外界振動(dòng)影響;
10、采用分體式信號(hào)轉(zhuǎn)換器,電纜 長(zhǎng)100米;
11、量程比寬達(dá)20:1;
12、儀表整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理,動(dòng)態(tài)測(cè)量范圍寬,壓力損失??;
13、表體采用不銹鋼材質(zhì),可適用于腐蝕性介質(zhì)的測(cè)量;
14、蒸汽流量計(jì)現(xiàn)場(chǎng)液晶顯示,脈沖、4~20mA輸出或485通迅,可與工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)連接。
五、
蒸汽流量計(jì)主要技術(shù)指標(biāo)表 ( 一 )
公稱(chēng)通徑 (mm) | 25 , 40 , 50 , 65 , 80 , 100 , 125 , 150 , 200 , 250 , 300 , (300 ~ 1000 插入式 ) |
公稱(chēng)壓力 (MPa) | DN25-DN200 4.0(>4.0 協(xié)議供貨 ) , DN250-DN300 1.6(>1.6 協(xié)議供貨 ) |
介質(zhì)溫度 (℃) | 壓電式: -40 ~ 260 , -40 ~ 320 ;電容式: -40 ~ 300, -40 ~ 400 , -40 ~ 450 (協(xié)議訂貨) |
本體材料 | 1Cr18Ni9Ti , ( 其它材料協(xié)議供貨 ) |
允許振動(dòng)加速度 | 壓電式 : 0.2g 電容式 :1.0 ~ 2 .0g |
度 | ±1%R , ±1.5%R , ±1FS ;插入式: ±2.5%R , ±2.5%FS |
范圍度 | 1 : 6 ~ 1 : 30 |
供電電壓 | 傳感器: +12V DC , +24V DC ;變送器: +12V DC , +24V DC ;電池供電型: 3.6V 電池 |
輸出信號(hào) | 方波脈沖 ( 不包括電池供電型 ) :高電平 ≥5V ,低電平 ≤1V ;電流: 4 ~ 20mA |
壓力損失系數(shù) | 符合 JB/T9249 標(biāo)準(zhǔn) Cd≤2.4 |
防爆標(biāo)志 | 本安型: ExdⅡia CT2-T5 隔爆型: ExdⅡCT2-T5 |
防護(hù)等級(jí) | 普通型 IP65 潛水型 IP68 |
環(huán)境條件 | 溫度 -20℃ ~ 55℃ ,相對(duì)濕度 5% ~ 90% ,大氣壓力 86 ~ 106kPa |
適用介質(zhì) | 氣體、液體、蒸汽 |
傳輸距離 | 三線制脈沖輸出型: ≤ 300m ,兩線制標(biāo)準(zhǔn)電流輸出型 (4 ~ 20mA) :負(fù)載電阻 |
1 .氣體: 常溫常壓空氣, t= 20℃ , P=0.1MPa (絕壓), ρ= 1.205 kg /m 3 , υ=15×10 -6 m 2 /s 。
2 .液體: 常溫水, t= 20℃ , ρ= 998.2kg /m 3 , υ=1.006×10 -6 m 2 /s 。
(二)蒸汽流量計(jì)確定流量范圍和儀表口徑的基本步驟:
1 . 明確以下工作參數(shù)。
( 1 )被測(cè)介質(zhì)的名稱(chēng)、組份
( 2 )工作狀 流量
( 3 )介質(zhì) 高壓力和溫度
( 4 )工作狀態(tài)下介質(zhì)的粘度
2 . 渦街流量?jī)x表測(cè)量的是介質(zhì)的工作狀態(tài)體積流量,因此應(yīng)先根據(jù)工藝參數(shù)求出介質(zhì)的工作狀態(tài)體積流量 , 相關(guān)公式如下:
( 1 )已知?dú)怏w標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)體積流量,可通過(guò)以下公
式求出工況體積流量
公式( 3 )
(2) 已知?dú)怏w標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)密度ρ,可通過(guò)以下公
式求出工況密度
公式( 4 )
( 3 )已知質(zhì)量流量 Q m 換算為體積流量 Q v
公式( 5 )
式中:
Q v : 介質(zhì)在工況狀態(tài)下的體積流量 (m 3 /h)
( Q v = 3600f /K K: 儀表系數(shù) )
Q o : 介質(zhì)在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積流量 (Nm 3 /h)
Q m : 質(zhì)量流量 (t/h)
ρ: 介質(zhì)在工況狀態(tài)下的密度 (kg/m 3 )
ρ o :介質(zhì)在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的密度 (kg/m 3 ) ,常用氣體介質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)密度,見(jiàn)表(三)
P : 工況狀態(tài)表壓 (MPa)
t : 工況狀態(tài)溫度 (℃)
3 .儀表下限流量的確定。渦街流量?jī)x表的上限適用流量一般可不計(jì)算,渦街流量?jī)x表口徑的選擇主要是對(duì)流量下限的計(jì)算。下限流量的計(jì)算應(yīng)該滿(mǎn)足兩個(gè)條 小雷諾數(shù)不應(yīng)低于界限雷諾數(shù)( Re=2×10 4 );對(duì)于應(yīng)力式渦街流量?jī)x表在下限流量時(shí)產(chǎn)生的旋渦強(qiáng)度應(yīng)大于傳感器旋渦強(qiáng)度的允許 值(旋渦強(qiáng)度與升力 ρ v 2 成比例關(guān)系)。這些條件可表示如下:
由密度決定的工況可測(cè)下限流量:
由運(yùn)動(dòng)粘度決定的線性下限流量:
公式( 7 )
式中:
Q ρ :滿(mǎn)足旋渦強(qiáng)度要 體積流量 (m 3 /h)
ρ 0 : 參比條件下介質(zhì)的密度
Q υ : 滿(mǎn) 線性體積流量 (m 3 /h)
ρ : 被測(cè)介質(zhì)工況密度( kg/m 3 )
Q 0 : 參比條件下儀 體積流量
(m 3 /h)
υ : 工作狀態(tài)下介質(zhì)的運(yùn)動(dòng)粘度 (m 2 /s)
υ o : 參比條件下介質(zhì)的 運(yùn)動(dòng)粘度 (m 2 /s)
通過(guò) 公式( 6 )、( 7 )計(jì)算出 Q ρ 和 Q ν 。 比較 Q ρ 和 Q ν , 確定流量?jī)x表可測(cè)下限流量和線性下限流量:
Q υ ≥ Q ρ :可測(cè)流量范圍為 Q ρ ~ Qmax , 線性流量范圍為 Q υ ~ Qmax
Q υ < Q ρ :可測(cè)流量范圍和 線性流量范圍為
Q ρ ~ Qmax
Qmax :渦街流量?jī)x表的上限體積流量 (m 3 /h)
公式( 6 ) 4 .儀表上限流量以表 ( 二 ) 中的上限流量為準(zhǔn) . 氣體的上限流速應(yīng)該小于 70m /s, 液體的上限流速應(yīng)該小于 7m /s
5 . 當(dāng) 用戶(hù)測(cè)量的介質(zhì)為蒸汽時(shí),常采用的計(jì)量單位是質(zhì)量流量,即: t/h 或 Kg/h 。由于蒸汽(過(guò)熱蒸汽和飽和蒸汽)在不同溫度和壓力下的密度是不同的,因此蒸汽流量范圍的確定可由公式 (8) 進(jìn)行計(jì)算得出
公式( 8 )
式中:
ρ : 蒸汽的密度( kg/m 3 )
ρ 0 : 1.205kg /m 3
Q 蒸汽 :蒸汽質(zhì)量流量( t/h )
6 .計(jì)算壓力損失,檢測(cè) 壓力損失對(duì)工藝管線是否有影響 ,公式 ( 單位: Pa) :
Δ p= Cd ρ V 2 /2 公式( 9 )
式中:
ρ :工況介質(zhì)密度( kg/m 3 ) V: 平均流速( m/s )
7 . 被測(cè)介質(zhì)為液體時(shí) , 為防止氣化和氣蝕 , 應(yīng)使管道壓力符合以下要求 :
p ≥ 2.7 Δ p+1.3p 0 公式( 10 )
式中:
Δ p: 壓力損失( Pa )
p 0 :工作溫度下液體的飽和蒸汽壓( Pa 絕壓)
Po: 流體的蒸汽壓力 (Pa 絕壓 )
8 . 渦街流量計(jì)不適合測(cè)量高粘度液體。當(dāng)計(jì)算出的可測(cè)流量下限不滿(mǎn)足設(shè)計(jì)工藝要求時(shí),應(yīng)該考慮選用其它類(lèi)型流量計(jì)。
9 .通過(guò)計(jì)算如果有兩種口徑都可滿(mǎn)足要求,為了提高測(cè)量效果、降低造價(jià),應(yīng)選用口徑較小的表。應(yīng)該注意的是,盡可能使常用量處在流量范圍上限的 1/2 ~ 2/3
Δ p: 壓力損失( Pa ) Cd :壓力損失系數(shù)
表 ( 二 ) 蒸汽流量計(jì) 參比條件下渦街流量傳感器工況流量范圍表
儀表口徑 (mm) | 液體 | 氣體 | ||
測(cè)量范圍 (m 3 /h) | 輸出頻率范圍 (Hz) | 測(cè)量范圍 (m 3 /h) | 輸出頻率范圍 (Hz) | |
25 | 1.2 ~ 16 | 25 ~ 336 | 8.8 ~ 55 | 190 ~ 1140 |
40 | 2 ~ 40 | 10 ~ 200 | 27 ~ 205 | 140 ~ 1040 |
50 | 3 ~ 60 | 8 ~ 160 | 35 ~ 380 | 94 ~ 1020 |
80 | 6.5 ~ 130 | 4.1 ~ 82 | 86 ~ 1100 | 55 ~ 690 |
100 | 15 ~ 220 | 4.7 ~ 69 | 133 ~ 1700 | 42 ~ 536 |
150 | 30 ~ 450 | 2.8 ~ 43 | 347 ~ 4000 | 33 ~ 380 |
200 | 45 ~ 800 | 2 ~ 31 | 560 ~ 8000 | 22 ~ 315 |
250 | 65 ~ 1250 | 1.5 ~ 25 | 890 ~ 11000 | 18 ~ 221 |
300 | 95 ~ 2000 | 1.2 ~ 24 | 1360 ~ 18000 | 16 ~ 213 |
(300) | 100 ~ 1500 | 5.5 ~ 87 | 1560 ~ 15600 | 85 ~ 880 |
(400) | 180 ~ 3000 | 5.6 ~ 87 | 2750 ~ 27000 | 85 ~ 880 |
(500) | 300 ~ 4500 | 5.6 ~ 88 | 4300 ~ 43000 | 85 ~ 880 |
(600) | 450 ~ 6500 | 5.7 ~ 89 | 6100 ~ 61000 | 85 ~ 880 |
(800) | 750 ~ 10000 | 5.7 ~ 88 | 11000 ~ 110000 | 85 ~ 880 |
(1000) | 1200 ~ 1700 | 5.8 ~ 88 | 17000 ~ 170000 | 85 ~ 880 |
>(1000) | 協(xié)議 | 協(xié)議 |
表 ( 三 ) 蒸汽流量計(jì) 常用氣體介質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)密度( 0℃ ,絕壓 P=0.1MPa )
氣體名稱(chēng) | 密度 (kg/m 3 ) | 氣體名稱(chēng) | 密度 (kg/m 3 ) |
空氣 ( 干 ) | 1.2928 | 乙炔 | 1.1717 |
氮?dú)?/td> | 1.2506 | 乙烯 | 1.2604 |
氧氣 | 1.4289 | 丙烯 | 1.9140 |
氬氣 | 1.7840 | 甲烷 | 0.7167 |
氖氣 | 0.9000 | 乙烷 | 1.3567 |
氨氣 | 0.7710 | 丙烷 | 2.0050 |
氫氣 | 0.08988 | 丁烷 | 2.7030 |
一氧化碳 | 1.97704 | 天然氣 | 0.8280 |
二氧化碳 | 1.3401 | 煤制氣 | 0.8020 |
例一:已知?dú)怏w壓力和溫度及標(biāo)況下的流量時(shí)
某壓縮空氣,標(biāo)況流量范圍為 Q N =1 200-12000Nm 3 /h , 壓力 P=0.7Mpa( 表壓 ) ,溫度 t= 30℃ 。試確定流量計(jì)口徑。
步驟一:計(jì)算壓縮空氣的工況體積流量
由公式 (3):
工況使用下限體積流量為 :
Q vmin =Q N ×0.101325×(273.15+t)/293.15/ ( P +0.1 )
=1200×0.101325×(273.15+30)/293.15/ ( 0.7 +0.1 )
=157(m 3 /h)
工況使用流量上限為 : Q vmax =1570(m 3 /h)
步驟二:根據(jù)使用工況流量范圍 157 -1570m 3 /h ,查表(二),滿(mǎn)足下限流量條件的流量計(jì)為 DN80 、 DN100 和 DN125 ,考慮到上限流量 1270m 3 /h 及使用效果和經(jīng)濟(jì)成本,初選 DN100, DN100 流量計(jì)的工況流量范圍是 100 -1700m 3 /h ,接近使用流量范圍,初選 DN100 流量計(jì),但應(yīng)具體核算 DN100 流量計(jì)在該工況條件下的可測(cè)下限流量。核算 DN100 流量計(jì)在該工況條件下的可測(cè)下限流量:
由公式 (4) 及公式 (6):
=37.46(m 3 /h)
即,流量計(jì)在該工況條件下的可測(cè)下限流量是
37.46m 3 /h ,遠(yuǎn)小于要求的工況下限流量 157m 3 /h ,確定選用 DN100 流量計(jì)。
例二:已知蒸汽壓力和溫度及工況流量時(shí)
測(cè)量介質(zhì)為過(guò)熱蒸汽,蒸汽溫度為 320 ℃ ,壓力為 1.5MPa (絕壓) , 流量范圍為 3t/h ~ 25t/h, 試 確定流量計(jì)口徑。
步驟一:計(jì)算蒸汽的等效空氣參比條件下的體積流量范圍,經(jīng)查附表 ( 二 ), 該狀態(tài)下蒸汽的密度為 : 5.665Kg /m 3 , 由公式 (8) :
=765(m 3 /h)
6379(m 3 /h)
步驟二:根據(jù)等效參比流量范圍 765 -6379m 3 /h ,查表(二),比較適合該流量范圍為 DN200 口徑。
二.儀表的安裝設(shè)計(jì)
儀表的正確安裝是保障儀表正常運(yùn)行的重要環(huán)節(jié),若安裝不當(dāng),輕則影響儀表的使用精度,重則會(huì)影響儀表的使用壽命,甚至?xí)p壞儀表。
安裝環(huán)境要求:
盡可能避開(kāi)強(qiáng)電設(shè)備、高頻設(shè)備、強(qiáng)開(kāi)關(guān)電源設(shè)備。儀表的供電電源盡可能與這些設(shè)備分離。
避開(kāi)高溫?zé)嵩春洼椛湓吹闹苯佑绊?。若必須安裝,須有隔熱通風(fēng)措施。
避開(kāi)高濕環(huán)境和強(qiáng)腐蝕氣體環(huán)境。若必須安裝,須有通風(fēng)措施。
渦街流量?jī)x表應(yīng)盡量避免安裝在振動(dòng)較強(qiáng)的管道上。若必須安裝,須在其上下游 2D 處加設(shè)管道緊固裝置,并加防振墊,加強(qiáng)抗振效果。
儀 裝在室內(nèi),安裝在室外應(yīng)注意防水,特別注意在電氣接口處應(yīng)將電纜線彎成 U 形,避免水順著電纜線進(jìn)入放大器殼內(nèi)。
儀表安裝點(diǎn)周?chē)鷳?yīng)該留有較充裕的空間,以便安裝接線和定期維護(hù)。
儀表管道安裝要求:
渦街流量?jī)x表對(duì)安裝點(diǎn)的上下游直管段有一定要求,否則會(huì)影響介質(zhì)在管道中的流場(chǎng),影響儀表的測(cè)量精度。儀表的上下游直管段長(zhǎng)度要求見(jiàn)圖 ( 三 )
DN 為儀表工稱(chēng)口徑 單位 :mm
圖 ( 三 )
注 : 調(diào)節(jié)閥盡可能不安裝在渦街流量?jī)x表的上游 , 而應(yīng)安裝在渦街流量?jī)x表的下游 10D 處。
上、下游配管內(nèi)徑應(yīng)相同。如有差異,則配管內(nèi)徑 Dp 與渦街儀表表體內(nèi)徑 Db, 應(yīng)滿(mǎn)足以下關(guān)系
0.98Db≤Dp≤1.05Db
上、下游配管應(yīng)與流量?jī)x表表體內(nèi)徑同心,它們之間的不同軸度應(yīng)小于 0.05Db
儀表與法蘭之間的密封墊,在安裝時(shí)不能凸入管內(nèi),其內(nèi)徑應(yīng)比表體內(nèi)徑大 1 -2mm
測(cè)壓孔和測(cè)溫孔的安裝設(shè)計(jì)。被測(cè)管道需要安裝溫度和壓力變送器時(shí),測(cè)壓孔應(yīng)設(shè)置在下游 3-5D 處,測(cè)溫孔應(yīng)設(shè)置在下游 6-8D 處,見(jiàn)圖(七)。 D 為儀表工稱(chēng)口徑,單位: mm
儀表在在管道上可以水平、垂直或傾斜安裝。
測(cè)量氣體時(shí),在垂直管道安裝儀表,氣體流向不限。但若管道內(nèi)含少量液體,為了防止液體進(jìn)入儀表測(cè)量管,氣流應(yīng)自下而上流動(dòng),如圖(四) a 所示
測(cè)量液體時(shí),為了保證管內(nèi)充滿(mǎn)液體,所以在垂直或傾斜管道安裝儀表時(shí),應(yīng)該保證液體流動(dòng)方向從下而上。若管道內(nèi)含少量氣體,為了防止氣體進(jìn)入儀表測(cè)量管,儀表應(yīng)安裝在管線的較低處
如圖(四) b 所示
在管道上用氣焊開(kāi)一個(gè)略小于φ 100mm 的圓孔,并把圓孔周?chē)糖宄蓛?,以保證測(cè)頭旋轉(zhuǎn)流利
• 在管道圓孔處焊上廠家提供的法蘭,要求法蘭軸線與管道軸線垂直。 將球閥及傳感器安裝在焊接好的發(fā)蘭上。
調(diào)節(jié)絲杠,使插入深度符合要求(保證測(cè)頭中心軸線和管道中心軸線重合),流體流向必須與方向標(biāo)上的指示箭頭保持一致。
均勻擰緊壓蓋上的螺絲。 ( 注:壓蓋的松緊程度決定儀表的密封程度和絲杠能否旋動(dòng) )
檢查各環(huán)節(jié)是否完成好,慢慢打開(kāi)閥門(mén)觀察是否有泄漏(需特別注意人身安全)若有泄露請(qǐng)重復(fù)步驟 5 、 6
儀表配線設(shè)計(jì)及參數(shù)設(shè)置
第三部分 : 儀表配線設(shè)計(jì)
一 . 輸出頻率信號(hào)的三線制渦街流量?jī)x表配線設(shè)計(jì)
輸出頻率信號(hào)的三線制流量傳感器采用 DC24V 或 DC12V 電源供電,一般通過(guò)三芯屏蔽電纜線 (RWP3 × 0.5mm ) 與顯示儀表或計(jì)算機(jī)相連,屏蔽層應(yīng)可靠地接到放大器殼的接地螺絲上。屏蔽電纜線的選擇應(yīng)適合現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境要求,另外屏蔽電纜線要與其它強(qiáng)功率電力線分離,不能平行走線。傳感器端子接線見(jiàn)圖(八)
二.輸出標(biāo)準(zhǔn) 4 ~ 20mA 電流信號(hào)的兩線制渦街流量?jī)x表配線設(shè)計(jì)
輸出標(biāo)準(zhǔn) 4 ~ 20mA 電流信號(hào)的兩線制變送器采用 DC24V 電源供電,一般通過(guò)兩芯屏蔽電纜線 (RWP3 × 0.5mm ) 與顯示儀表或計(jì)算機(jī)相連,屏蔽層應(yīng)可靠地接到放大器殼的接地螺絲上。屏蔽電纜線的選擇應(yīng)適合現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境要求,另外屏蔽電纜線要與其它強(qiáng)功率電力線分離,不能平行走線。變送器端子接線見(jiàn)圖(九)
三.帶 RS-485 通訊接口功能的渦街流量?jī)x表配線設(shè)計(jì)
帶 RS-485 通訊功能的渦街流量?jī)x表采用 DC24V 電源供電,與其它設(shè)備之間采用四線制傳輸方式。儀表
端子接線見(jiàn)圖(十)