摘要:針對(dui) 靶式流量計 和(he) 渦街式流量計(ji) 在測量硬水流(liu)量的過程中經(jing)常出現測量值(zhi)不準确的現象(xiang)進行研究。根據(jù)硬水在流動過(guò)程中結垢的特(tè)點,從流量計 的(de)取壓方式和測(ce)量方式兩方面(miàn)進行綜合分析(xī),查找問題出❄️現(xian)的原因,通過分(fen)析讨論最終選(xuan)擇了彎管式取(qu)壓方式,采用了(le)彎管流量計。在(zai)生産過程中,彎(wān)管流量計有效(xiào)地解決了靶式(shì)流量計和渦街(jie)式流量計在🙇🏻測(ce)量硬水流量過(guò)程中出現的問(wèn)題。
　　流量計廣泛(fan)應用于石油化(hua)工生産中，貫穿(chuān)于全過程中,任(ren)何一🛀🏻個環節都(dōu)離不開流量計(ji)量。流量計測量(liàng)不準确影響各(gè)個生産環節的(de)産品質量,嚴重(zhong)的還會發生生(sheng)産安全事故。流(liu)量計測量的是(shì)否準确與流量(liàng)計的測量方式(shi)和被測介質的(de)特點有很大的(de)關系。電脫鹽一(yi)級注水流量計(jì)測量🛀範圍爲0~5T/h。使(shi)用⭐介質爲生産(chan)循環水，水的溫(wen)度🔞在60~80℃,硬度8~13,屬于(yu)硬水。由于生産(chan)循環水,水質差(cha),硬度大,在生産(chǎn)過程中易結垢(gòu)。在采用靶式流(liu)量🌍計時，經常出(chu)現測量值不準(zhun)确和不變化的(de)問題，需要經常(chang)維修，清理靶片(pian)和靶杆上的水(shuǐ)垢。後來對改變(biàn)了測量方式,在(zài)采用渦街流量(liàng)計時,經常🏒出現(xiàn)測量值波動大(dà)和回零問題，需(xū)要每周維修多(duō)次。根據在生産(chǎn)中出現的問題(tí),結合硬水特點(diǎn)和流量計的測(ce)量方式和取壓(yā)方式進行一一(yī)分析和讨論。
靶(bǎ)式流量計
1.1現象(xiang)
　　在生産測量過(guò)程中,采用了靶(ba)式流量計。工藝(yi)反映😄其測✔️量值(zhí)不準确,出現偏(pian)高或偏低以及(jí)不動彈的現象(xiàng)。對的電路模塊(kuài)、FIV1101的開度和泵的(de)出口壓力進行(hang)🌏檢查,均屬正常(chang)。拆卸,發現靶片(piàn)和反饋杆上,結(jié)有一層水垢,并(bing)且反饋杆🐇的彈(dàn)性較差。這些水(shui)垢對靶式♈流量(liàng)計有那些影響(xiang)呢?首先看其測(ce)量原理和結構(gou)🙇🏻，
1.2測量原理和結(jie)構
　　當介質在測(cè)量管道中流動(dong)時,因其自身的(de)動能通過阻流(liu)元件(靶片和杠(gàng)杆3)時而産生的(de)壓差,并對阻流(liú)元件有一作用(yòng)力F1如圖1所示凹(āo)，其作用力的大(dà)小☀️與介質流速(sù)的平方成正比(bǐ),其🚶‍♀️數學公式表(biao)達如下:

　　式中:F1爲(wei)阻流元件所受(shòu)的作用力(Kg);Cj爲物(wu)體阻力.系數;A爲(wei)阻🌈流元件的軸(zhou)向投影面積(mm2);p爲(wèi)工況下介質.密(mi)度💋(Kg/m3);V爲介質在測(ce)量管中的平均(jun1)流速(m/s)。
　　阻流件(靶(bǎ)片)接受的作用(yong)力F作用在杠杆(gǎn)3(反饋杆)上😍,杠杆(gan)3在F的作用下,以(yi)軸封膜片爲支(zhi)點(軸封膜片一(yī)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻方面作爲杠杆(gan)的支點,另👨‍❤️‍👨一方(fāng)面起密封作用(yong))将力F1傳給副杆(gan)1,形成力F2副杆1的(de)另一端與電容(rong)力傳感器相連(lián),電容力傳感器(qi)把副杆1傳遞的(de)力F2轉換成毫伏(fú)電壓信号輸出(chu):

　　式中:U爲電容力(lì)傳感器輸出的(de)電壓(mV);K爲比例常(cháng)數;F爲阻❄️流元件(jian)(靶🔴片)所受的作(zuò)用力(Kg)。
　　由此,電壓(ya)信号經前置放(fàng)大、A/D轉換、微處理(lǐ)器、D/A轉換器等電(diàn)路,輸出4~20mA開方電(dian)流模拟信号及(jí)HART數字信号,即可(ke)得到相應的瞬(shun)時流量和累積(ji)總量。

1.3分析故障(zhàng)産生的原因
1)當(dāng)水垢結在靶片(piàn)上,使靶片面積(ji)A增加,由公式(1)可(ke)知，作用在靶🌐片(pian)上的沖量也随(suí)之增加。在杠杆(gǎn)1和杠杆3的傳遞(di)下,作用🌈在電🐉容(rong)力🌈傳感器上的(de)力F2增加,由公式(shi)(2)可知,電容力傳(chuán)感器輸出的❤️電(diàn)壓信号增加,造(zao)成測量值比真(zhen)實.值偏高。
2)當水(shui)垢結在杠杆3上(shàng),使杠杆3的直徑(jing)增加,造成杠杆(gan)3與軸封膜片之(zhi)間産生應力F3。F經(jīng)過杠杆1傳遞給(gěi)電容.力傳感器(qi)上,因此,F=F1+F3。随着F的(de)方向變化,造成(chéng)F2增大或減小，使(shi)電容力傳🌐感器(qì)輸出的電壓信(xìn)号增大或減小(xiǎo),導緻測量值比(bǐ)真實值偏高或(huò)偏低。
3)随着水垢(gou)結在杠杆3上的(de)厚度達到一定(ding)程度後,使杠杆(gan)3與軸🔆封膜片之(zhi)間包死,杠杆3失(shī)去了彈性,軸封(feng)膜片失去了支(zhī)點作用,F的大小(xiǎo)已不能通過杠(gang)杆1和3傳遞給電(diàn)容.力傳感器,而(er)F2的大小保持不(bu)變,因此,電🏃‍♀️容力(lì)傳感器輸出的(de)電壓信号不變(biàn),造成🔱測量值不(bu)動彈的假現象(xiang)。
2渦街流量計
2.1現(xiàn)象
　　在采用靶式(shi)流量計測量硬(ying)水流量的過程(cheng)中,因硬⭐水結垢(gou)影響了力的傳(chuán)遞,導緻測量不(bu)正确,所以需要(yao)改變流💛量計的(de)測❓量方式,選擇(ze)了測量流體頻(pin)率🐇的流量計一(yī)渦街流量計。采(cǎi)用了渦街式流(liú)量計,在投入使(shǐ)用的一個月内(nei),其運行穩定,反(fan)映靈敏,測量💚正(zheng)确。随後，出現測(cè)量指示值不正(zhèng)确,閃動頻率大(dà),并且跳動的指(zhǐ)❗示植越來越小(xiǎo)，直至爲零。檢查(chá)電路模塊、FIV1101的開(kai)度和泵的出口(kou)壓力，均屬正💛常(cháng)。推測的傳感器(qì)出現了問題，拆(chāi)卸,發現滞流元(yuan)件上結有一層(céng)水垢,滞流元件(jian)與底座之🚩間包(bao)死。
2.2測量原理和(he)結構
　　渦街流量(liang)計是應用流體(tǐ)振蕩原理來測(ce)量流量的🧑🏽‍🤝‍🧑🏻流體(tǐ)🏃‍♀️在管道中經過(guo)渦街流量變送(song)器時,在三角柱(zhu)的旋渦發生體(tǐ)後上下交替産(chǎn)生正比于流速(sù)的兩列旋渦,如(ru)圖2所示囚，旋渦(wō)的釋放頻率與(yu)流過旋渦發生(shēng)體的流體平均(jun)速度及旋渦發(fa)生體特征寬度(dù)有關,可用數🔱學(xue)公式四表示:

　　式(shi)中:爲旋渦的釋(shi)放頻率(Hz);爲流過(guò)旋渦發生體的(de).流體平均速度(dù)(m/s);d爲旋渦發生體(tǐ)特征寬度(m);S,爲斯(sī)特羅哈數,無量(liang)綱💰,它的數值範(fan)圍爲0.14~0.27。S,是雷諾數(shu)的函數,s1=(IRe)。
　　當雷諾(nuò)數R。在102~105範圍内,S,值(zhi)約爲0.2，因此,在測(cè)量中,要盡量滿(man)足🏃‍♂️流體的雷諾(nuo)數在102~105,旋渦頻率(lü)=0.2V/d。
　　由此可知,通過(guo)測量旋渦頻率(lü)就可以計算出(chū)流過旋渦發生(shēng)體的流體平均(jun)速度v,再由式q=A可(kě)以求出流量q,其(qí)中A爲流體流過(guo)旋渦發生體的(de)截面積。
　　當旋渦(wo)在滞流元件兩(liǎng)側産生時,利用(yong)壓電傳感器測(cè)出與✂️流體😄流向(xiang)垂直的交變升(shēng)力變化,将升力(li)的變化轉換⛷️爲(wèi)電的頻率信号(hào),再将頻率信号(hào)進行放大和整(zhěng)🤞形，輸出到二次(cì)儀表,進.行累積(ji)、顯示團。

2.3分析故(gu)障産生的原因(yīn)
　　由于檢測元件(jiàn)一壓電傳感器(qì)安裝在滞流元(yuan)件中,當水垢結(jié)在滞流元件上(shang)會造成以下後(hou)果:
1)造成滞流元(yuan)件的寬度d增大(dà),由公式(3)可知，檢(jiǎn)測元件💞接收到(dao)渦⛹🏻‍♀️旋列産生的(de)頻率減小,輸出(chū)電壓信号減⛹🏻‍♀️小(xiao)，因此測量指示(shi)值比真✊實值偏(piān)低。
2)使檢測元件(jiàn)接收到渦旋列(lie)産生的頻率信(xìn)号減弱,影響了(le)測量信号的穩(wen)定性和連續性(xing),因此出現了測(ce)量♍值不穩定的(de)現象。
3)随着水垢(gou)厚度的不斷增(zeng)加，當達到一定(dìng)程度後,使檢測(cè)元❗件接🔴受不到(dào)渦旋列産生的(de)頻率信号,導緻(zhi)💚測量值爲🛀零。
3探(tàn)讨和選型
　　在采(cai)用靶式和渦街(jie)式流量計測量(liàng)硬水流量的過(guò)🈲程中,出現測量(liang)不正确的現象(xiàng),從以上分析故(gù)障原因可知,是(shi)由水質結垢引(yǐn)起的,所以要提(tí)高在測量‼️過程(cheng)中的穩定性和(he)正确率,有以下(xia)兩種選擇:
1)更換(huan)流量計的類型(xíng),選擇适合測量(liàng)硬水流量的流(liu)量計;
2)更換被測(ce)介質,電脫鹽注(zhù)水由硬水改爲(wei)純淨水。
　　因節能(néng)減排和生産實(shí)際,隻能考慮流(liú)量計的選型,什(shi)麽樣的🔞流☀️量計(ji)在測量硬水流(liú)量時,不受結垢(gòu)的影響或受其(qi)的影響㊙️較小呢(ne)?要從以下3方面(miàn)分析:
1)硬水在流(liu)量計中不結垢(gòu);
2)硬水與測量元(yuan)件之間隔離;
3)硬(ying)水結垢對流量(liang)計在測量的過(guo)程中影響較小(xiǎo)。
　　根據各種類型(xíng)流量計的結構(gòu)、測量方式和特(tè)點,符♻️合條件1)和(hé)🏃2)件的有:差壓孔(kǒng)闆流量計、超聲(shēng)波流量計和電(diàn)磁流量計🔴。如果(guǒ)采用差壓孔闆(pan)流量計,差壓變(biàn)送器的測壓室(shi)🌈與被介質被引(yǐn)壓管内的引壓(yā)液隔離9,符合條(tiáo)💞件2)。但是孔闆的(de)表面要求光潔(jié)度極高,當水垢(gou)結在孔闆上,将(jiang)影響到孔闆兩(liang)側🤟的壓差,造成(cheng)測量不準确;另(ling)外,距地面.50em,不利(li)于鋪設引壓管(guǎn)♌。所以👌,采用差壓(yā)孔闆流量計測(cè)量硬水流量的(de)效果不佳。因超(chāo)聲波流量計和(he)電磁流量計.的(de)價格⭐昂貴,投資(zi)費用高,不🏃🏻易采(cǎi)用。從條件3)考慮(lǜ),采用了國内近(jìn)階段出現測量(liang)流量的一個新(xin)🥰品種一-彎管式(shi)流量計。
4彎管式(shì)流量計
4.1測量原(yuan)理和結構
　　彎管(guan)式流量計與傳(chuán)統的孔闆流量(liang)計一樣同屬于(yu)差壓式流量計(ji)的範疇,隻是它(ta)們産生差壓的(de)方式🏃‍♂️不同,孔闆(pan)是利用流體的(de)縮放原理産生(shēng)的差壓,而彎管(guǎn)傳🔞感器是♈利用(yòng)流體的慣性原(yuan)理🙇🏻産生的差壓(yā)。當流體通過彎(wan)管時,受到彎管(guǎn)的約束,流體被(bèi)迫作🔞類似的圓(yuan)周運動。當流體(tǐ)在作圓周運動(dong)時,産生的離心(xin)力F作用在彎管(guan)的内外兩側,使(shǐ)彎管傳感🙇🏻器内(nei)外兩側之間産(chǎn)生一個壓力差(chà),此壓力差(也就(jiù)是壓差值)的大(dà)小與流體🏃的密(mi)度有關,與流🛀體(tǐ)的平均流速有(you)關,與流體作圓(yuán)周運動的曲率(lǜ)半徑有關。它們(men)之間遵循作圓(yuan)周運動物⁉️體都(dou)必須遵循的牛(niú)頓運🏒動定律網(wang):

　　其中:F爲流體對(dui)彎管的離心力(li);?爲流體在彎管(guan)中的平📐均流速(sù)💯;R爲彎管中心曲(qu)率半徑
　　通過對(duì)上述公式進行(háng)整合、積分處理(li)之後,可得公式(shi)🔞:

　　其中:?爲介質中(zhōng)彎管傳感器中(zhōng)的平均流速;R/d爲(wei)彎管傳感器的(de)👈彎徑比;ΔP爲流體(tǐ)通過彎管傳感(gǎn)器的差壓值;ρ爲(wèi)介質的密🏃度。
　　這(zhe)個公式描述了(le)介質在彎管傳(chuán)感器中流動時(shí),介質對🔅彎管施(shī)加的離心力與(yǔ)介質的密度,介(jiè)質的平均流速(sù)以及彎管的彎(wan)徑比之間的關(guān)系。另外,隻要㊙️介(jie)質在彎管傳感(gan)器中流動的最(zuì)小雷🌈諾數達到(dao)一個極低值💘以(yi)上，彎管流量計(jì)的流量系數ax就(jiù)是一個定值。用(yong)引壓管把彎管(guǎn)内外兩側的壓(ya)差△P引出,傳遞給(gěi) 差壓變送器 ,如(ru)圖3所示問,再通(tōng)過公式(5),即可得(de)到流經彎管内(nei)的🎯流❄️體速度?。

4.2分(fèn)析運行效果良(liang)好的原因
1)測壓(yā)室與被測介質(zhi)被引壓管内的(de)介質隔離,使測(ce)壓室内不易❤️結(jie)垢;
2)引壓管内的(de)介質水相對穩(wěn)定,并與管道内(nei)的被測介質進(jìn)行鈣🤞離子交換(huan)的速度慢,并且(qiě)交換量極小,所(suǒ)以在引壓管和(hé)測壓室内結垢(gòu)的速度極小，不(bú)會影響引壓和(hé)測壓效果;
3)引壓(yā)管在測壓室與(yǔ)取壓口之間有(yǒu)一段距離,易于(yu)散熱,降👈低了引(yǐn)壓管内鈣離子(zǐ)的熱運動和結(jié)垢的速度。
5結束(shù)語
　　在采用彎管(guǎn)式流量計測量(liang)電脫鹽注水的(de)過程中,表❌現出(chū)運行穩定,測量(liàng)正确,反映靈敏(mǐn)的效果。的維修(xiū)次數由過去每(měi)周的二三次,變(bian)爲每年維修一(yi)次🌈,主要是清理(li)取壓彎管和測(cè)壓室内的📧水垢(gòu)，并且投用後偏(piān)移量小,運行⭐正(zhèng)常。

　　　　因此在選用(yòng)流量計時,要考(kao)慮的因素很多(duo):精度、可靠性、費(fei)用、流體特性及(jí)其它因素。要嚴(yan)格分析流量🥵計(jì)的工作性能,被(bei)測🏃🏻流體的物理(lǐ)和化學特性,結(jié)合現場環境因(yin)素✏️、安裝條件和(hé)設備的性價比(bi)等情況,選擇合(hé)适🐅的流量計,避(bi)免因選型不當(dāng)産👈生不穩定的(de)安全生産因素(sù)和造成不必要(yao)的經濟損失。

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