摘要:針(zhēn)對 靶式(shì)流量(liàng)計(jì) 和 渦街(jiē)式流量計(jì) 在測(cè)量硬(yìng)水流量的(de)過程(chéng)中經常出(chū)現測量值(zhí)不準(zhǔn)确的(de)現(xiàn)象進行研究(jiū)。根(gēn)據硬水(shuǐ)在流動過程中結垢(gòu)的特(tè)點,從(cóng)流量計(jì) 的取壓(yā)方式和測量方(fāng)式兩方面(miàn)進行(háng)綜合分析,查找(zhǎo)問題出現(xiàn)的原(yuán)因,通過(guò)分(fèn)析讨(tǎo)論最(zuì)終選(xuǎn)擇了彎(wān)管式(shì)取壓方(fāng)式,采(cǎi)用了(le)彎(wān)管流量計。在生産(chǎn)過程中,彎管流量計有(yǒu)效(xiào)地解(jiě)決了靶(bǎ)式(shì)流量(liàng)計和渦(wō)街式流(liú)量計(jì)在測量硬(yìng)水流量過程中(zhōng)出現(xiàn)的(de)問題。
　　流(liú)量計(jì)廣泛應用(yòng)于石油化(huà)工生(shēng)産中(zhōng)，貫穿于全過程中(zhōng),任何一(yī)個環(huán)節都離不(bú)開流量(liàng)計量。流量計測(cè)量不準确影響(xiǎng)各個生(shēng)産環節的産品質量,嚴重(zhòng)的還(hái)會發生生産安(ān)全事故。流量計(jì)測量的是否準(zhǔn)确與流量計的測量(liàng)方式和被(bèi)測介質的特點(diǎn)有很(hěn)大的關(guān)系(xì)。電脫鹽一(yī)級注水流(liú)量計(jì)測量範圍爲0~5t/h。使用介質(zhì)爲生産循環(huán)水，水的(de)溫(wēn)度在(zài)60~80℃,硬度(dù)8~13,屬于(yú)硬水(shuǐ)。由于生(shēng)産(chǎn)循環(huán)水,水(shuǐ)質差,硬度(dù)大,在生産過程(chéng)中易結垢(gòu)。在采(cǎi)用靶式流(liú)量計時，經常(cháng)出現測(cè)量值不準确和不變化的(de)問題(tí)，需要經常維修(xiū)，清理靶片和靶(bǎ)杆上(shàng)的水垢。後(hòu)來對改變了測(cè)量方式,在采用(yòng)渦街流量計時(shí),經常(cháng)出現測量值波動(dòng)大和回零問題，需要每(měi)周維修多次。根(gēn)據在(zài)生産中出(chū)現的問題,結合(hé)硬水特點和流量計(jì)的(de)測量方(fāng)式和取(qǔ)壓方式進行一一分析和讨論。
靶式流量計
1.1現(xiàn)象
　　在生(shēng)産測量(liàng)過(guò)程中(zhōng),采用(yòng)了靶式流(liú)量計。工藝(yì)反(fǎn)映(yìng)其測(cè)量值(zhí)不準(zhǔn)确,出現偏高或(huò)偏低(dī)以及不動(dòng)彈的現象。對的(de)電路(lù)模塊、fiv1101的開(kāi)度和泵的(de)出口(kǒu)壓力(lì)進行(háng)檢查(chá),均屬(shǔ)正常。拆卸(xiè),發現(xiàn)靶片和反(fǎn)饋杆上,結(jié)有一層水垢,并且反(fǎn)饋杆的彈性較差。這些(xiē)水垢對(duì)靶(bǎ)式(shì)流量(liàng)計有(yǒu)那些(xiē)影響呢?首(shǒu)先看其測(cè)量原理和結構，
1.2測量(liàng)原理(lǐ)和結構
　　當(dāng)介質(zhì)在(zài)測量管(guǎn)道中(zhōng)流動時,因(yīn)其自身的動能(néng)通過(guò)阻流元件(jiàn)(靶片和(hé)杠杆3)時(shí)而産(chǎn)生的(de)壓差(chà),并對阻(zǔ)流元件(jiàn)有一作(zuò)用(yòng)力f1如(rú)圖1所示凹，其作(zuò)用力的大(dà)小與介質流速的平(píng)方成正比,其數(shù)學公(gōng)式表(biǎo)達如下:

　　式中(zhōng):f1爲阻流(liú)元件所受的作(zuò)用力(kg);cj爲物體阻(zǔ)力.系(xì)數;a爲阻流(liú)元件的軸(zhóu)向投影面積(jī)(mm2);p爲(wèi)工況(kuàng)下介質.密度(kg/m3);v爲(wèi)介質在測量管(guǎn)中的平均(jun1)流速(m/s)。
　　阻流(liú)件(靶(bǎ)片)接(jiē)受的作(zuò)用(yòng)力f作用在杠杆3(反饋(kuì)杆(gǎn))上,杠杆(gǎn)3在f的(de)作用(yòng)下,以軸封膜片爲支點(軸(zhóu)封膜片(piàn)一方面(miàn)作爲(wèi)杠杆的支點,另一方面起(qǐ)密封作用)将力(lì)f1傳給(gěi)副杆1,形成力f2副杆1的(de)另一(yī)端與(yǔ)電容力傳(chuán)感器相連,電容力傳感器把副(fù)杆1傳遞的力f2轉換成毫伏(fú)電壓(yā)信号輸出(chū):

　　式中:u爲(wèi)電容力傳感(gǎn)器輸(shū)出的電(diàn)壓(yā)(mv);k爲比(bǐ)例常(cháng)數;f爲(wèi)阻流(liú)元件(jiàn)(靶片(piàn))所受的作用力(lì)(kg)。
　　由(yóu)此(cǐ),電壓信号(hào)經前置(zhì)放大、a/d轉(zhuǎn)換、微處理(lǐ)器、d/a轉(zhuǎn)換器等電路,輸(shū)出4~20ma開方電流模(mó)拟信(xìn)号(hào)及hart數字(zì)信号,即可得到(dào)相應(yīng)的(de)瞬時流量和(hé)累(lèi)積(jī)總量。

1.3分析(xī)故障(zhàng)産生的原因
1)當水垢(gòu)結在靶(bǎ)片上,使靶片面積(jī)a增加,由公式(shì)(1)可知，作(zuò)用在(zài)靶片上的沖量也随之增(zēng)加。在杠杆1和杠杆3的傳遞下,作(zuò)用在電(diàn)容力傳(chuán)感器上的力f2增加,由(yóu)公式(2)可知(zhī),電容(róng)力傳(chuán)感器輸出的電壓信(xìn)号增(zēng)加,造成測(cè)量值比(bǐ)真實.值(zhí)偏高(gāo)。
2)當(dāng)水垢結(jié)在杠杆3上(shàng),使杠(gàng)杆3的直徑增加(jiā),造成杠(gàng)杆3與軸封膜(mó)片之(zhī)間産(chǎn)生應力f3。f經(jīng)過杠(gàng)杆1傳遞給電容(róng).力傳感器(qì)上,因(yīn)此,f=f1+f3。随着f的方向變化,造(zào)成f2增大或減(jiǎn)小，使電容(róng)力傳感器輸出的電壓信号增(zēng)大或減小,導緻(zhì)測量值比真實(shí)值偏高或偏低。
3)随着水(shuǐ)垢結在(zài)杠杆3上的(de)厚度達到一(yī)定程度後,使杠杆(gǎn)3與軸(zhóu)封膜片之間包(bāo)死,杠杆3失去了(le)彈性,軸封(fēng)膜片(piàn)失去了(le)支點作(zuò)用,f的大小已不(bú)能通過杠杆1和3傳遞給電容.力(lì)傳感器,而(ér)f2的大(dà)小保持(chí)不變,因(yīn)此,電容力(lì)傳感(gǎn)器輸出的電壓(yā)信号不(bú)變,造成測量值不動彈(dàn)的假現象(xiàng)。
2渦街(jiē)流量(liàng)計
2.1現象
　　在(zài)采(cǎi)用靶式流量(liàng)計測量硬水(shuǐ)流(liú)量的過程(chéng)中,因(yīn)硬水(shuǐ)結(jié)垢影響(xiǎng)了力(lì)的傳遞,導緻測(cè)量不(bú)正确(què),所以需要(yào)改變流量計的(de)測量(liàng)方式,選擇(zé)了測(cè)量流(liú)體(tǐ)頻(pín)率的(de)流(liú)量計一渦街(jiē)流量(liàng)計。采用了渦街式流(liú)量計(jì),在投入使用的(de)一個月内,其運行穩定,反映靈(líng)敏,測量正(zhèng)确(què)。随後，出(chū)現(xiàn)測(cè)量指(zhǐ)示值不正确,閃(shǎn)動頻率大,并且(qiě)跳動的指示植(zhí)越來越小，直至(zhì)爲零(líng)。檢查(chá)電路模塊、fiv1101的(de)開(kāi)度和(hé)泵的(de)出口壓力(lì)，均屬(shǔ)正常。推測(cè)的傳(chuán)感(gǎn)器出現(xiàn)了問題(tí)，拆(chāi)卸,發(fā)現滞流(liú)元件上(shàng)結有一層水垢(gòu),滞流元(yuán)件與底(dǐ)座之間(jiān)包死(sǐ)。
2.2測(cè)量原(yuán)理和(hé)結構(gòu)
　　渦街流(liú)量計是應用流體(tǐ)振蕩(dàng)原理(lǐ)來測量流(liú)量的流體在(zài)管(guǎn)道中(zhōng)經過渦街(jiē)流量變送器時(shí),在三(sān)角柱的旋(xuán)渦(wō)發生體後上(shàng)下交(jiāo)替産生正(zhèng)比于流(liú)速(sù)的兩(liǎng)列旋渦,如圖2所(suǒ)示囚，旋渦的釋(shì)放頻(pín)率(lǜ)與流過(guò)旋渦發生體的流體平均(jun1)速度及旋渦發(fā)生體(tǐ)特征(zhēng)寬度有關(guān),可用數學(xué)公式(shì)四表示:

　　式中:爲(wèi)旋渦的釋放頻(pín)率(hz);爲流(liú)過旋渦(wō)發生體的.流體(tǐ)平均速度(m/s);d爲旋(xuán)渦發生(shēng)體(tǐ)特征寬度(m);s,爲斯(sī)特羅(luó)哈數,無(wú)量綱,它的數(shù)值範(fàn)圍爲(wèi)0.14~0.27。s,是雷諾數(shù)的函(hán)數,s1=(ire)。
　　當雷諾數(shù)r。在102~105範圍(wéi)内,s,值(zhí)約爲(wèi)0.2，因此,在測量中(zhōng),要盡量滿(mǎn)足流體的(de)雷諾數在(zài)102~105,旋渦頻(pín)率=0.2v/d。
　　由此(cǐ)可知(zhī),通過(guò)測量(liàng)旋渦頻率(lǜ)就可以計(jì)算出流過(guò)旋渦發生(shēng)體的(de)流體平均速度(dù)v,再由式q=a可(kě)以求(qiú)出流量(liàng)q,其中a爲(wèi)流體流過旋渦(wō)發生體的截面(miàn)積。
　　當旋渦在(zài)滞(zhì)流元(yuán)件兩側産(chǎn)生時,利(lì)用(yòng)壓電傳感(gǎn)器測出與(yǔ)流體流向垂直(zhí)的交變升(shēng)力變(biàn)化,将升力的變(biàn)化轉(zhuǎn)換爲(wèi)電的(de)頻率信(xìn)号,再将頻率(lǜ)信号(hào)進行(háng)放大(dà)和整形，輸(shū)出到二次(cì)儀表(biǎo),進.行累(lèi)積、顯示(shì)團。

2.3分(fèn)析故(gù)障産生的原因(yīn)
　　由于(yú)檢測(cè)元件(jiàn)一壓(yā)電傳感器(qì)安裝在滞(zhì)流元(yuán)件中(zhōng),當水垢結在滞(zhì)流(liú)元件上會造(zào)成以下後果(guǒ):
1)造成滞流元件的寬度d增大,由公(gōng)式(3)可(kě)知，檢測元件(jiàn)接收到(dào)渦旋(xuán)列産生的頻(pín)率(lǜ)減小,輸出電壓信号(hào)減小，因此(cǐ)測量指示(shì)值比真(zhēn)實值偏(piān)低。
2)使(shǐ)檢測元件接收(shōu)到渦(wō)旋列産生(shēng)的頻率信号減(jiǎn)弱,影響(xiǎng)了測量(liàng)信号的穩(wěn)定性和連(lián)續性,因此(cǐ)出現了測(cè)量值(zhí)不穩定的現象。
3)随着(zhe)水垢厚度(dù)的不斷增加，當(dāng)達到一(yī)定程(chéng)度(dù)後,使(shǐ)檢測元件(jiàn)接受不(bú)到(dào)渦旋(xuán)列産生的頻率信号,導緻測量(liàng)值爲零。
3探讨和(hé)選型
　　在采(cǎi)用靶式和(hé)渦街式流(liú)量計測量硬水(shuǐ)流量(liàng)的(de)過程中(zhōng),出現測量不(bú)正(zhèng)确的現象(xiàng),從以上分析故障原(yuán)因可(kě)知,是由水質結垢引(yǐn)起的(de),所以(yǐ)要提(tí)高在(zài)測量(liàng)過程中的穩定(dìng)性和正确(què)率,有(yǒu)以(yǐ)下兩種(zhǒng)選(xuǎn)擇:
1)更換流量(liàng)計的類型(xíng),選擇(zé)适合測量硬水(shuǐ)流量的流(liú)量計(jì);
2)更換被測介質(zhì),電脫鹽注水由(yóu)硬水(shuǐ)改爲純淨(jìng)水。
　　因節能(néng)減排和生産實際,隻(zhī)能考(kǎo)慮流量計的選型,什麽樣(yàng)的流量計(jì)在測量硬(yìng)水流(liú)量時(shí),不受結(jié)垢的影(yǐng)響或(huò)受其的影(yǐng)響較(jiào)小呢(ne)?要從(cóng)以下3方面分析(xī):
1)硬水在(zài)流量計(jì)中不(bú)結垢(gòu);
2)硬水(shuǐ)與測(cè)量元件之(zhī)間隔離;
3)硬(yìng)水結(jié)垢對流量(liàng)計在(zài)測量(liàng)的過程中(zhōng)影響較小。
　　根據各種(zhǒng)類(lèi)型流量(liàng)計的結構、測量(liàng)方式和(hé)特點,符(fú)合條件1)和2)件的有:差壓孔闆流(liú)量計(jì)、超聲(shēng)波流量(liàng)計和(hé)電磁流(liú)量計。如果采(cǎi)用(yòng)差壓孔闆流量(liàng)計,差壓變送器(qì)的測(cè)壓室與被介質被引壓管(guǎn)内的引壓液(yè)隔(gé)離9,符合(hé)條(tiáo)件2)。但是孔闆的(de)表面(miàn)要求光潔(jié)度極高(gāo),當水垢結在(zài)孔闆(pǎn)上,将(jiāng)影響(xiǎng)到孔闆兩側的壓差,造成測量(liàng)不準(zhǔn)确;另外,距地面.50em,不利于鋪(pù)設引(yǐn)壓管。所以(yǐ),采用差壓孔闆(pǎn)流量計測(cè)量硬水流量的效果(guǒ)不(bú)佳。因超聲波(bō)流量計和(hé)電磁(cí)流量(liàng)計.的價格(gé)昂貴,投(tóu)資(zī)費用(yòng)高,不易(yì)采用。從(cóng)條件3)考慮,采用了國(guó)内(nèi)近階段出現測量(liàng)流量(liàng)的一個(gè)新(xīn)品種(zhǒng)一-彎管式流量(liàng)計。
4彎(wān)管(guǎn)式(shì)流量(liàng)計
4.1測(cè)量原理和結構
　　彎管(guǎn)式流(liú)量計(jì)與(yǔ)傳統的(de)孔闆流量(liàng)計一樣同屬于(yú)差壓(yā)式流(liú)量計的範(fàn)疇,隻是(shì)它們産生差(chà)壓(yā)的方式(shì)不同(tóng),孔闆(pǎn)是利用流體(tǐ)的縮放(fàng)原理(lǐ)産生的差(chà)壓,而(ér)彎管傳感(gǎn)器是利用流體(tǐ)的慣性原理産(chǎn)生的差壓(yā)。當流(liú)體通過彎管時(shí),受到彎管(guǎn)的約束,流體(tǐ)被迫作類似的圓(yuán)周運動(dòng)。當流體在作(zuò)圓周運動時,産生的離心(xīn)力f作用在彎管(guǎn)的内(nèi)外兩(liǎng)側,使彎管(guǎn)傳感器内(nèi)外兩側之間産生一(yī)個壓力差(chà),此壓(yā)力差(chà)(也就是壓差值)的大小與流體的密度有(yǒu)關,與流體的平均流速有(yǒu)關,與(yǔ)流體作圓(yuán)周運(yùn)動的(de)曲率(lǜ)半徑有(yǒu)關。它們之間(jiān)遵循作圓周運動物(wù)體都必須(xū)遵循的牛頓運(yùn)動定律(lǜ)網:

　　其中:f爲流體對彎管(guǎn)的離(lí)心力;?爲流體在彎管(guǎn)中的平均流(liú)速(sù);r爲彎管中(zhōng)心曲率半(bàn)徑(jìng)
　　通過對(duì)上述(shù)公式進行整合(hé)、積分處理之後,可得公式:

　　其中(zhōng):?爲介質中(zhōng)彎管(guǎn)傳感(gǎn)器中的平(píng)均流(liú)速;r/d爲(wèi)彎管(guǎn)傳感器的彎徑(jìng)比;Δp爲流體通過(guò)彎管傳感(gǎn)器的差壓值(zhí);ρ爲介質(zhì)的密度。
　　這個公(gōng)式描述了(le)介質在彎管(guǎn)傳感器(qì)中流動時,介質對彎管施(shī)加的(de)離心力與介質的密(mì)度(dù),介質的(de)平均流(liú)速以及(jí)彎管的彎徑比(bǐ)之間的(de)關(guān)系。另(lìng)外,隻要介質在(zài)彎管傳感(gǎn)器中流動的(de)最小雷(léi)諾數達到一個(gè)極低(dī)值以上，彎(wān)管流量(liàng)計的流量系(xì)數ax就是一(yī)個定值(zhí)。用(yòng)引壓(yā)管把(bǎ)彎管(guǎn)内外兩側(cè)的壓(yā)差△p引(yǐn)出,傳(chuán)遞給 差壓(yā)變送器 ,如圖3所示問(wèn),再(zài)通過公(gōng)式(5),即可(kě)得到流經彎管内(nèi)的流(liú)體速度?。

4.2分析(xī)運(yùn)行效(xiào)果良好的原因
1)測壓室與被測介(jiè)質被引(yǐn)壓管内的介質(zhì)隔離,使測壓室内不易結垢;
2)引(yǐn)壓管(guǎn)内的(de)介質水相對穩定,并(bìng)與管道内的被(bèi)測介(jiè)質進行鈣(gài)離子交(jiāo)換(huàn)的速(sù)度慢,并(bìng)且(qiě)交換(huàn)量極(jí)小,所以在(zài)引壓管和(hé)測壓(yā)室内(nèi)結垢的速(sù)度極小，不(bú)會影響引(yǐn)壓(yā)和測壓效果;
3)引壓(yā)管在測壓室與取壓(yā)口之間(jiān)有(yǒu)一(yī)段(duàn)距離(lí),易(yì)于散熱,降低(dī)了(le)引壓管(guǎn)内鈣(gài)離子的熱(rè)運(yùn)動和結垢的(de)速度(dù)。
5結(jié)束語
　　在(zài)采用(yòng)彎管(guǎn)式流(liú)量計(jì)測量電脫鹽注水(shuǐ)的(de)過程中(zhōng),表(biǎo)現(xiàn)出運行(háng)穩定(dìng),測(cè)量正确,反映靈敏的效(xiào)果。的(de)維(wéi)修(xiū)次數(shù)由過去(qù)每周的(de)二(èr)三次,變爲每(měi)年維修一次,主(zhǔ)要是清理(lǐ)取壓彎管和(hé)測壓室内的水垢(gòu)，并且投(tóu)用後偏移量(liàng)小,運(yùn)行正常(cháng)。

　　　　因(yīn)此在選用流量(liàng)計時,要(yào)考(kǎo)慮的(de)因素很多:精度(dù)、可靠性、費(fèi)用、流(liú)體特性及(jí)其它(tā)因素。要嚴格分析流量(liàng)計的工(gōng)作性能,被(bèi)測流(liú)體的物(wù)理(lǐ)和化(huà)學特性,結合現場環(huán)境(jìng)因(yīn)素、安(ān)裝條件(jiàn)和設備(bèi)的性(xìng)價比等情(qíng)況,選擇合适的(de)流量(liàng)計,避免因選型(xíng)不(bú)當(dāng)産生(shēng)不穩(wěn)定的安全生産因(yīn)素(sù)和造成(chéng)不(bú)必要的經(jīng)濟損失。

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