1　前　言
　　某造紙廠年(nian)産1.5×105t本色商品木漿(jiāng)工程,其制漿生産(chan)線現場流量測量(liàng)儀表多數采用電(diàn)磁流量計。
　　經過四(si)年的運行,在連蒸(zheng)系統中,監測連續(xu)蒸煮轉送循環流(liu)量的電磁流量計(jì),因工作環境條件(jiàn)惡劣(壓力1200kPa、溫度160℃、介(jie)質腐蝕等),引起電(dian)磁🈲流量傳感器襯(chèn)裏聚四氟乙烯的(de)損壞,緻使轉送循(xún)環儀🌍表無法運行(hang),工藝人員隻能憑(ping)經驗操作。當流量(liàng)💔低于一定值時,容(rong)易引起轉送管道(dao)的堵塞,導緻整條(tiáo)設備線停機。
2　解決(jue)思路
　　由于進口電(dian)磁流量計價格昂(ang)貴,到貨周期長,而(er)國🌈内同口徑📞的💁電(diàn)磁流量計的技術(shu)指标達不到特定(ding)工作環境的要求(qiu);據故障技術分析(xī),原先的進口電🏃‍♀️磁(ci)流量計(正常運行(háng)時間累計🛀🏻不滿兩(liǎng)年)也是因無法适(shì)應特定環境的檢(jian)測工作而損壞的(de)。爲了盡快🍓解決生(shēng)産上的難題,采用(yòng)了小口徑電磁流(liu)量計測量分流支(zhi)管流❗量的辦法,目(mù)前國内電磁流量(liàng)‼️計無📧法同時滿足(zu)高溫、高壓、耐🈲腐蝕(shi)、大通徑的技術要(yao)求。
　　電磁流量計的(de)測量原理是基于(yu)法拉第電磁感應(yīng)定律。即:導電液體(ti)在磁場中作切割(ge)磁力線運動時🈲,導(dǎo)體㊙️中産生感🏃應電(diàn)❗壓,其感應電壓爲(wèi):
U=kB`nD
式中:
k———儀表常數;
B———磁(cí)感應強度;
`n———測量管(guan)截面内的平均流(liu)速;
D———測量管的内直(zhi)徑。
　　測量流量時(圖(tú)1),流體流過垂直于(yú)流動方向的磁場(chǎng)✊,導電性流體的流(liú)動感應出一個與(yǔ)平均流速(亦即🛀體(tǐ)積流量♊)成正比的(de)電壓(因此要求被(bei)測的流動液體具(jù)有💯最低限💚度的電(dian)導率),其感應電壓(ya)信号通過🔞二個與(yu)液🔞體直接接觸的(de)電極檢出,并通過(guò)電纜傳㊙️送至放大(dà)器🐉,然後轉換成統(tong)一輸出信号。

　　已知正常運行(hang)時,原轉送循環的(de)設定流量範圍爲(wèi)🚩0～QTL/s(下标🔴1表示主管,下(xia)标2表示支管,下标(biao)T表示總管),這時🤩對(dui)應輸出的标準信(xin)㊙️号爲♋4～20mADC,該信号經送(song)往DCS(集散控制🌈系統(tong))運算後,顯示在操(cao)作監視✌️器上爲0～QTL/s的(de)流量。若設計的分(fen)流支管中的最大(dà)流量Q2和主管的流(liu)量Q1之和爲轉送循(xún)環總管最大流量(liang)QTL/s,那麽可以通過設(shè)定支管電磁流量(liàng)計的量程爲0～QTL/s,則其(qi)對應的輸出标準(zhǔn)信号也爲4～20mADC,經DCS運算(suan)後,顯示在操作監(jiān)視器上的流量範(fàn)圍還是0～QTL/s,不影響工(gōng)藝人員的正常操(cāo)作(圖2)。
3　管路設計及(jí)儀表選型

　　雖然流量控(kòng)制閥不是安裝在(zai)并聯管路的主管(guǎn)上,但可參考并聯(lián)管路中的工作流(liu)量特性:
X=Q全開/Qmax
式中(zhong):
Q全開———主管控制閥(fá)全開時通過的流(liú)量;
Qmax———工藝總管流體(ti)通過的最大流量(liang)。
　　假設主管上裝有(yǒu)一個常全開的流(liú)量控制閥。系數X值(zhí)主要☀️反映理想流(liú)量特性畸變的嚴(yán)重程度。理想流量(liàng)特性主要是指🔅閥(fa)的前、後壓差恒定(dìng)時,流體通過閥門(mén)的流量與開度之(zhī)間的關系,理想流(liú)量特性主要取決(jue)于閥芯的❄️形狀,分(fèn)爲🔱線性、對數、快開(kāi)、抛物線四種。目前(qián),該工藝總管所用(yong)流量控👉制閥的理(lǐ)想🚩流量特性是對(dui)數型,因爲這與轉(zhuan)換器輸出信号欲(yu)與被控變量(流量(liang))Q成正比及負荷(産(chǎn)量)變化有關。當X=1時(shí),即旁路閥全關,控(kòng)制閥的工作流量(liàng)特性與理想🥵流量(liang)特性相同。随X值的(de)減小,雖然控制閥(fá)本身的流量特性(xìng)曲線沒有變化,但(dàn)管路系統的可控(kong)比将大大降低,洩(xiè)漏量增大;另外🔞,實(shi)際系統總是同時(shí)存在🥵串聯💛管路阻(zǔ)力的影響,其閥上(shang)壓差随流量的增(zēng)加而降低,使得系(xì)統的可控比進一(yi)步下降🚶。導緻控制(zhi)閥實際可調的變(biàn)化流量範圍更小(xiao),甚至不起控制🈲作(zuò)用。所以,控制閥并(bìng)聯于管路這種工(gōng)作方式不好(注意(yì)🚶:我這裏僅是假設(she),實際的流量控制(zhi)❤️閥安裝在工藝總(zong)管上)。設計中,一般(ban)要求X值不應低于(yu)0.8,即旁路🐅流量最多(duō)隻能占總流量的(de)百分之十🍓幾。
　　已知(zhī)工藝總管内徑dT爲(wei)300mm,正常運行時,轉送(sòng)循環設定🈲的最大(da)流量QT爲260L/s,可求得正(zhèng)常流速VT。
總管流速(sù):

  考慮到目前工藝(yì)生産能力才達到(dào)80%左右,還有預期擴(kuo)大❤️生👈産等因素,故(gù)假設今後正常運(yun)行時,分流支管最(zui)大流量Q2爲5L/s,流速V2爲(wèi)3m/s,那麽支管管路設(shè)計尺寸爲:

　　選用直(zhí)徑爲58×4.0mm的無縫鋼管(guan)作爲支管管路。參(can)考有關🧑🏾‍🤝‍🧑🏼電磁流💃量(liàng)計選型設計資料(liào),最後選用分體式(shì)電磁流量計,傳感(gan)器型号爲AE205G-CS2-ESJ/ECG(DN50PN25Tmax=180℃陶瓷襯(chen)裏),采用如圖3的分(fèn)流支管測量🌈流💁量(liang)。
4　核定量程
　　由于電(dian)磁流量轉換器的(de)量程适應範圍廣(guǎng),新工程剛上馬,流(liu)速處于較低的狀(zhuang)态,當後期工程上(shang)去後,管内流速就(jiu)處于較高狀态,隻(zhi)要在現場更改儀(yí)表的滿量❓程就能(néng)适應,不需要更換(huan)儀表。因此,要設定(dìng)支管電磁流量計(ji)的量程,必須💛知道(dào)經過支管的流速(sù)V2,而V2爲未知,但我們(men)知道,并聯管路除(chú)遵循質量守衡、能(neng)量守衡的✂️原則外(wai),還受各支管的流(liú)動阻力(内摩擦力(li))必相等這一條件(jian)的約束,即:
∑hf1=∑hf2=…=∑hfn=∑hf (1)
　　因此,主(zhǔ)管及支管中的摩(mó)擦阻力必須服從(cong)式(1)的規律,即:
∑hf1=∑hf2或

式(shi)中:
hf———1kg流體流動時爲(wei)克服摩擦阻力而(er)損失的能量,J/kg;
L、Le———直管(guan)的長度及管件的(de)當量長度,m;
V———速度,m/s;
d———圓(yuán)管内徑,m;
λ———摩擦系數(shù),無因次。
　　已知主管(guan)内徑d1爲300mm的鋼管輸(shu)送156℃的蒸煮液,在3000mm長(zhǎng)的一♋段主管路上(shang)并聯了一根内徑(jing)d2爲50mm的鋼管,其上裝(zhuāng)有電磁流量計,45°彎(wān)頭2個🚩(選用45°彎頭的(de)目的是避免主管(guan)流速太高時,支管(guǎn)産生逆向環流;或(huò)主管流速太低㊙️時(shi),支管可能沒有流(liu)🐪量),切斷閥2個(設置(zhì)手動旁路切斷閥(fa)的主要目的在于(yú)當電磁流量計發(fā)生故障時🌈切斷旁(páng)路,便👅于檢修,保證(zheng)工藝過程繼續進(jin)行)。管道✍️中輸送的(de)蒸煮液(大部分㊙️爲(wèi)循環利用的稀黑(hei)液),經㊙️化驗得知,其(qi)密度ρ爲1088kg/m3,粘度μ爲0.003Pa·s。
根(gen)據質量守衡定律(lü)QT=Q1+Q2,則
總流量:QT=(π/4)d12v1+(π/4)d22v2
260×10-3=(3.14/4)×0.32v1+(3.14/4)×0.052v
支管内(nèi)流速:v2=132.48-36v1(3)

　　取管壁粗(cu)糙度ε1=0.3mm(舊管),ε2=0.1mm(新管),故(gu)由相對粗糙度ε/d及(ji)雷諾準數Re即📧可查(cha)出λ,但查λ時又要有(yǒu)v的數值,故無法查(chá)λ值,此時可以采用(yòng)試差計算法:根據(ju)實踐經驗,在管道(dao)常用的速度範圍(wéi),假設一個合适的(de)流速,從而可以算(suàn)出Re值,然後從摩擦(ca)系數與Re數及相對(dui)粗糙度間的關系(xì)圖中查出λ,用式(2)計(ji)算∑hf,先算出∑hf2作爲參(can)照值,最後根據式(shi)(3)及式(2)求算∑hf1,若算出(chū)∑hf1=∑hf2,則說明所設的v值(zhi)合⛱️适,否則再另設(she)v值,重複上述計算(suàn),直至算出的∑hf1=∑hf2爲止(zhǐ)。
假設v2=0.32m/s,由式(3)算出
v1=(132.48-v2)/36=3.67(m/s)
根(gēn)據Re=dvρ/μ,求得:
Re1=(0.3×3.67×1088)÷0.003=399296
Re2=(0.05×0.32×1088)÷0.003=5803
主管、支管(guǎn)的相對粗糙度爲(wei):
ε1/d1=0.3/300=0.001
ε2/d2=0.1/50=0.002
由此,查得λ1=0.0206,λ2=0.0386。
　　下步計(jì)算閥門、管件的當(dāng)量長度。因主管、支(zhī)管的Re值均大于4000,流(liu)型均屬于湍流,可(kě)從管件與閥門的(de)阻力系數與當量(liang)長🔞度數據表中查(chá)得:
45°彎頭　　0.85m
全開截止(zhǐ)閥　15m
總當量長度　∑Lei=0.85×2+15×2=31.7(m)
直(zhi)管長度　3m
傳感器測(ce)量管阻力系數　ξ2=0.02(廠(chang)家提供),因此:

=1.39(J/kg)
　　由計(ji)算結果知,∑hf1≈∑hf2,所以選(xuǎn)用支管流速v2=0.32m/s是合(hé)适的。
根據Q=(π÷4)d2v,求得:支(zhi)管流量:
Q2=(3.14÷4)×0.052×0.32×1000=0.628(L/s)
所以,支管(guan)流量的量程應設(shè)爲0～0.628L/s。
　　最後,通過對不(bu)同産量下流量控(kòng)制的比對,監視器(qì)🤩顯示的流量與實(shi)際流量變化趨勢(shi)一緻,這說明了對(duì)支管流量量程的(de)核定是比較理想(xiǎng)的。
5　保護措施
　　爲了(le)延長電磁流量計(ji)的使用壽命,把分(fèn)流支管中👄流體的(de)💞溫度降低20～30℃,這雖然(ran)會引起流體粘度(du)和密度的一🏃🏻‍♂️定變(biàn)化,對流速産生影(ying)響,但這個影響很(hěn)小,在實際流量測(ce)量中可以忽略。降(jiang)溫後的流體彙入(rù)總管時,對工藝參(can)數的影響也可以(yi)忽略。支📧管中流體(ti)溫度降低20～30℃,這對電(diàn)磁流量計來說,其(qi)工作環境大大☎️改(gǎi)善。在安裝電磁流(liu)量計時,在前直管(guan)段上套上一根直(zhí)徑100mm的管子,制成單(dān)程套管式換熱器(qì)(圖3),使電磁流量計(jì)的使用壽命得到(dao)延長。
6　結束語
　　由于(yu)進口設備、表計價(jià)格昂貴,到貨周期(qi)長。從價格上考慮(lü)對💘于大口徑電磁(cí)流量計,口徑越大(dà),價格越😍高。而采用(yòng)🔞小口徑、陶瓷襯裏(lǐ)的電磁流量計,不(bú)僅可🌍以使儀表運(yùn)行在較好的工作(zuo)狀态下,還可降低(dī)儀表的投資費用(yòng)。

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