摘要:随着(zhe)現代工業自動化(hua)生産工藝對管道(dào)流體💰測量💜穩定性(xìng)和精準性提出的(de)的要求,一種新型(xing)多孔平衡流量計(ji) 應運而生,文章介(jiè)紹多孔平衡流量(liàng)計的工作原理,通(tōng)過對流量計在鹽(yán)行業使用過程中(zhōng)發生的兩起案例(lì)深刻分析,闡明🙇🏻選(xuan)用平衡流量計需(xu)注意的事項,爲同(tong)行業相同工藝制(zhì)定運✊行指導數據(jù)、開展設備維修提(tí)供借鑒參考。
1引言(yán)
　　随着現代工業自(zì)動化生産工藝對(duì)管道流體測量穩(wen)定性和㊙️精準性提(ti)出的更高要求，一(yi)種新型多孔平衡(heng)流量計應👅運而生(sheng)，它由美國航空航(hang)天局馬歇🧡爾航空(kōng)飛行中心設計。作(zuò)爲第三代節流裝(zhuang)置,多孔平衡流量(liang)計簡稱平⭐衡流量(liàng)計,它将流體測量(liàng)精度🔞、重複性、可靠(kào)性推到了一個前(qián)所未有的高度,廣(guǎng)泛🍓應用于石油㊙️、化(hua)工、冶金、電力、天然(ran)氣、水處理等🔱行業(yè)。多孔平衡流量計(jì)設備性能良好,但(dàn)在設計選型及設(shè)備安裝時需注意(yì)🥰細節處理，否則影(yǐng)響性能發揮。
2多孔(kǒng)平衡流量計的工(gōng)作原理
　　多孔平衡(heng)流量計是一種差(chà)壓式測量儀表,其(qí)工作原理與其✌️他(tā)差壓流量計--樣,都(dou)是基于密封管道(dao)中的能量轉換原(yuán)理。在理想流體的(de)情況下管道中的(de)流量與差壓的平(píng)方根成正比,再用(yong)測量出的差壓🌈代(dài)人伯努利方程即(ji)可計算出管道中(zhong)的流量,如圖♈1所示(shi)。
 
　　節流器原理是在(zai)常規的孔闆節流(liu)闆中心一個圓孔(kǒng)的基礎👉上結合多(duo)孔節流器的特點(dian),組成對稱分布擁(yong)有數量不等的🐇函(han)數孔，當介質流過(guò)圓孔時,流體被平(píng)衡調整，渦流被最(zuì)小化，形成近似理(lǐ)想流體，通過取壓(yā)裝置和變送器,可(ke)獲得穩定的差壓(yā)信号,如圖2所示。
 
　　将(jiāng)測得的差壓信号(hao)代人以下簡易公(gōng)式,即可測算出🏃🏻理(lǐ)想狀态下被測流(liu)體流量;
 
式中:
qm一介(jiè)質流量(kg/h);
K一儀表常(chang)數;
Ɛ一流體流束膨(péng)脹系數;
△P一所測差(chà)壓值;
ρ一介質密度(dù)(kg/m3)。
　　多孔平衡流量計(ji)實現了流場平衡(heng)整流最佳效果,将(jiāng)測㊙️量常規🏃🏻中的死(sǐ)區效應降到最低(dī)，節流件前後産生(shēng)的渦流也有較🤟大(da)程❤️度降低。在測量(liang)理想狀态下的流(liu)體時,對直管段的(de)要求也大大降低(di),雜物滞留現象基(jī)本消除。永久壓力(li)損💋失由于渦💛流減(jian)少降低爲常規節(jiē)流裝置的1/3,量程比(bǐ)擴展到10:1。它采用的(de)無🔞銳角設計，提高(gāo)了産品使用壽命(mìng)。
　　多孔平衡流量計(ji)的優異表現，獲得(de)大家的一緻認可(kě)并在工業領域得(dé)到廣泛應用。但是(shi),在實際使用過程(chéng)🧡中，也會遇到一些(xie)問題造成測量數(shu)據異常，影響工藝(yì)操作。下面就實際(jì)應用❗中的兩起多(duō)孔平衡流量計運(yùn)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼行異常情♈況進行(hang)分析。
3多孔平衡流(liú)量計應用中測量(liang)異常的案例分析(xi)
3.1案例一
　　新建鹽鈣(gai)聯産項目2020年投人(rén)試生産，鹽鈣生産(chan)工藝分爲NaCl與2H2O.CaCl2兩個(gè)産品生産系統,均(jun1)沿用傳統的蒸發(fā)制鹽工藝。該套工(gong)藝裝置采㊙️用多孔(kǒng)平衡流量計(3台)測(cè)量低壓蒸汽進汽(qì)量,正⚽常運行時,理(lǐ)論.上蒸汽流量應(yīng)滿足A=B+C。其中A流量計(ji)🤞爲總管進汽流量(liàng)計;B流量計與圖中(zhong)控制閥之間有一(yī)套自動控制調節(jie)氣量閉環👉程序,定(ding)量控制調節系統(tong)進汽量用以實現(xiàn)供氣的穩定性;C流(liú)量計出口設計有(you)一台開🌈關閥,閥門(mén)設有中停功能,運(yùn)行時固♍定開度使(shi)用。A、B流量計⛱️口徑與(yu)現場低壓主蒸汽(qì)管道口徑同爲DN800,流(liu)量計型号爲🤞MBF4(非貿(mào)易型)。
由于試生産(chan)階段2H2O.CaCl2生産系統暫(zan)未開啓,C流量計狀(zhuàng)态爲✂️0,理論.上🔞流經(jīng)A、B的蒸汽流量數據(jù)應保持一緻。但實(shi)際上A與B兩台流量(liàng)計所測🔴量數據并(bìng)不一緻,流量無🚶規(guī)律性🛀🏻波動,極不穩(wen)定,B流量計的閉環(huan)⛷️程序由于數據波(bo)動過大無法投入(ru)運行。由于鹽鈣項(xiàng)♊目屬全國首套(石(shí)膏晶種)2H2O.CaCl2生産裝置(zhì),在國内還沒有可(ke)以借鑒💁的經驗,能(néng)源消耗的準确度(dù)對指導運行生産(chǎn)就顯得十分重要(yào)，盡快解決問題已(yi)迫在眉睫。
3.1.1設備現(xiàn)場及故障現象.
　　 多(duo)孔平衡流量計的(de)管道介質蒸汽來(lai)自動力車間分氣(qì)缸(如圖3所示),主管(guǎn)道經過沿路8m高的(de)支架爬升至車間(jian)廠房30m高㊙️的樓頂,再(zai)由樓頂直管段引(yin)入NaCl與2H2O.CaCl2各系統。經查(cha)驗流量計安裝嚴(yan)格按照設計院的(de)設計要求，滿足直(zhí)管段前3DN後1DN的距離(li)要求。
 
　　 流體檢測是(shi)采用一體式非貿(mào)易型多孔平衡流(liú)量計,通過差壓信(xin)号進人DCS系統程序(xù)搭建的數學公式(shì)中計算,原⭕則上A與(yǔ)B兩👈台流量計的測(cè)量結果應完全相(xiang)等。而實際系統試(shi)運行中,随着流量(liang)計管路上調節閥(fa)的開關動作,兩🍉台(tai)流量計測量數據(ju)🌈會出現不💋規律的(de)變化。檢測記錄所(suo)顯示的流量💛與動(dong)力車間分氣缸出(chu)口流量數據也存(cun)在較大差異。
3.1.2産生(sheng)異常的原因分析(xi)及解決方案
　　 鹽鈣(gai)項目DCS控制系統采(cǎi)用和利時的MACS6.5系統(tǒng)，蒸汽流量🔱采用🍓qm=Kε√AP/ρ計(jì)算。經過分析,溫壓(ya)補償不足是導緻(zhì)測量不穩定的原(yuan)因之一。現場工況(kuàng)壓力爲0.5MPa,介質溫度(du)爲150℃左右。設計時未(wèi)考慮采集溫度和(hé)壓力信号且管道(dào)上也未安裝溫度(du)和壓力的采集裝(zhuāng)置。現場在管道.上(shàng)📧采用新增壓力變(bian)送器和熱電阻,安(ān)裝原則是前溫❤️後(hou)壓，然後通💜過系統(tǒng)内所配備的計算(suan)模塊:(STEAMCOMP水蒸氣流量(liàng)補償、理想氣體流(liú)量補償)将采集到(dào)的新的壓力💯溫度(dù)信号與流量計自(zi)身的差壓信号一(yi)并引人,進行溫壓(ya)補償。結果顯📱示,測(cè)量數據變化呈現(xian)一-定📐的規律性,但(dan)不穩定性依然存(cun)在。調整未取得預(yù)想🍓的效果。通過DCS系(xì)統自帶計算🐆模塊(kuài)同時引人溫壓補(bu)🚩償信号所搭建的(de)數學模型也💰無法(fǎ)正确測量流量;
 
式(shì)中:
qm一質量流量,kg/h;
C一(yi)流出系數;
β一-管徑(jing)比;
Ɛ一被測介質可(ke)膨脹系數;
d-孔闆開(kai)孔直徑,m;
△P一差壓，Pa;
ρ一(yi)工作狀态下介質(zhi)密度，kg/m3。
　　将式(2)中所有(you)系數當作常數後(hòu)的簡化得(1)式(Qm=Kε√AP/ρ),由于(yu)儀表系㊙️數K不⭐一定(dìng)是一個不變常數(shu),積算儀通過将K值(zhí)設置最多分成8段(duàn)進🐆行分斷計算，用(yòng)來提高測量數據(jù)的精🤩度。
　　待設備安(ān)裝到位投人使用(yòng)後，所測蒸汽流量(liang)開始出現以下三(san)種比較有規律性(xìng)的波動。
3.1.2.1當閥門開(kāi)度在14%左右時，管道(dào)流量約在90t/h時，上述(shu)兩台流🥵量計的流(liu)量能達到一-緻,此(cǐ)時管道内介質流(liú)通量似乎達到相(xiàng)對的平衡狀态。
3.1.2.2當(dāng)調節閥開度從14%開(kai)始增加時,理論上(shàng)兩台流量計的🎯流(liu)量應同比例增大(da)流量數據，但是現(xian)場卻出現A流量計(jì)流⭕量增加量要略(lue)低于B流量計。
3.1.2.3當調(diao)節閥開度從14%開始(shi)減少時，理論上兩(liang)台流量計🏃的流量(liang)因同♋步降低,但是(shì)此時A流量計的流(liu)量明顯🌈增高較大(dà),隻有B流量計的流(liú)量減少。
3.1.3原因剖析(xī)及技術改造
現象(xiang)一:由于調節閥安(ān)裝在兩台流量計(jì)中間，當調節閥🍉在(zài)14%的時候,A流量計的(de)工作壓力在正常(chang)工況範圍的0.4MPa,通過(guò)新增的壓⁉️力變送(sòng)器所測數據顯示(shì)，此時流量計B的工(gong)作壓力由于閥[]變(bian)👌徑的阻✍️礙作用,實(shi)際工作壓力隻有(you)0.16MPa。但是B流量計的設(she)計額定工況壓力(lì)也是0.4MPa。此時實際上(shàng)B一直未能達到自(zi)身額定工況，雖然(ran)測量出一個📞數據(ju)剛好和A達到一緻(zhi),通過經💜驗判斷可(kě)能是👨‍❤️‍👨巧合。
現象二(er):當閥門]從14%開至17~19%時(shí),由于閥廣開度的(de)增加,閥門🏃‍♀️]後端B流(liu)❗量🚶計的蒸汽總管(guǎn)壓力升高較爲明(míng)顯,達到了0.25MPa。由于✨B流(liú)量計此時的⭐工況(kuàng)壓力變化很大，幾(ji)乎翻倍,所⭕以此時(shí)B流量計測量數⛷️據(ju)增幅🔴也很大。而A流(liu)量計由于一直處(chù)在額定工況,且壓(yā)力變化不大，所以(yi)A流量計增幅不大(da)。
現象三:當閥門從(cong)14%關至9%時,由于閥門(mén)開度減少,閥廣]後(hòu)蒸汽總♊管📱壓力下(xià)降至0.09MPa左右，B流量計(jì)此時工況已經低(di)至根本無㊙️法正常(cháng)測量數據的地步(bù),反而A流量🐇計由于(yú)受到閥❓[]關閉影🔞響(xiǎng),A流量😘計蒸汽總管(guan)壓力上升較爲明(ming)顯，已經升至0.458MPa。此時(shi)蒸💁汽流通平衡被(bèi)打破，原本可通過(guò)的蒸汽受到閥門(men)開度減小的影響(xiǎng)受阻,在閥門與A流(liu)量計之間形成渦(wō)流，受渦流影響,已(yi)計量過的蒸汽在(zai)流量計📧上反複流(liu)通再次計量,造成(chéng)💔了A流量計流量數(shu)🌂據大幅增加。
通過(guò)三種現象的分析(xi),問題根源均與流(liú)量計中間安裝的(de)調節閥有關。工程(cheng)技術部門]提出技(jì)改意見🔴:重新定位(wei)調節🌈閥本體和流(liu)量計的安裝位置(zhì),同時🔆增加流量測(cè)量點的壓力與溫(wen)度檢測。
　　通過現場(chǎng)踏勘确定,将調節(jie)閥從30m高的樓頂移(yi)至21m高，與溫度、壓力(lì)、流量表計重新定(ding)位安裝(如圖4所示(shì)),消除調節閥開啓(qǐ)🚶對管道壓力的影(yǐng)響。改造後試運行(háng)生産,觀察新裝壓(yā)力變送器的數據(jù)顯示，可确定兩台(tai)流量計所處的管(guan)道内的壓力均爲(wei)額定工作壓🌈力,無(wu)論調節閥如何調(diào)節,兩台流量計的(de)管道壓力都在同(tóng)步變化中。多孔平(ping)衡流量計投人試(shi)使用後,流量數據(ju)不受閥🤞廣]調節影(yǐng)響,A和B流量計測量(liang)保持⚽一緻,工藝穩(wěn)定,問題🈲得到徹底(dǐ)解決。
 
3.2案例二
　　二次(ci)冷凝水回收工程(chéng)屬鹽鈣項目輔助(zhù)工程，用以🧡回✨收鹽(yán)系統⛹🏻‍♀️一次、二次蒸(zhēng)汽冷凝水循環利(lì)用。在該☂️工藝系統(tong)管道上安裝的多(duo)孔平衡流量計，與(yu)案例一出現了相(xiang)似的故障，測量數(shù)據無規律變化且(qiě)不準确。
3.2.1設備現場(chang)及故障現象
　　如圖(tu)5所示，在冷凝水U型(xíng)管低點設計安裝(zhuang)了一台多🤞孔平衡(heng)流量計，用于測量(liàng)管道回收的冷凝(ning)水量。安裝至U型管(guan)的低點，理論上🔞是(shi)最佳測量位置，原(yuan)則上也滿足🈲多孔(kong)平☎️衡流量計所要(yao)求的安裝直管尺(chǐ)寸🌈。但在使用過程(chéng)中頻繁出現數據(ju)測量不準，數據時(shí)有時無現象。
 
3.2.2産生(shēng)異常原因分析及(jí)解決方案
　　此工程(cheng)按照設計要求，鹽(yán)鈣系統蒸汽用量(liang)爲120t/h，滿負荷生産時(shi)冷凝水出水率應(yīng)爲70%左右，回收流量(liàng)約爲80t/h。此冷凝水回(huí)收管管徑爲DN250，當水(shuǐ)從高處管流向U型(xíng)管段時，理論上水(shui)流經U型🏃‍♂️管低點管(guǎn)段應該是滿管狀(zhuàng)态，故流量計安裝(zhuāng)位置符合要求。
　　因(yīn)系統處于試生産(chan)期間，鹽鈣蒸汽使(shǐ)用量僅爲40t/h左❗右，産(chan)生的冷🔞凝水量也(yě)不穩定，冷凝水泵(beng)經常出現泵不上(shàng)水㊙️的情況。從泵到(dao)流量計之間有300m左(zuo)右的管道，且大部(bù)分管道在6m高管架(jia)上🌈，泵水輸🥵送存在(zài)間歇，會在管道💯内(nei)形成較大的沖擊(ji)震蕩。由于水流量(liang)不🏃‍♀️足導緻從6m的管(guan)架高處向低處流(liú)時的自由落體速(sù)💰度大于此時管道(dào)内水的流速，在U型(xíng)管内形成氣泡，當(dāng)氣泡流經垂直安(an)裝的😘流量計差壓(ya)取壓孔處，導緻所(suǒ)測差壓連續被🔞中(zhong)斷。參考公式；Qm=Kɛ√ΔP/ρ，由于(yu)K、ρ、ɛ都是常數，差壓ΔP成(chéng)爲💃了流量測量的(de)重要👌決定性參數(shù)。
　　通過對工藝現場(chǎng)認真分析得出，理(lǐ)論上該U型管的最(zui)低段都是滿管狀(zhuang)态，但是當工藝生(shēng)産在非滿負荷或(huo)更低🧡的生産狀态(tài)時，氣泡現象就在(zài)所難免。爲了将氣(qi)泡因素影響降至(zhì)最低，工程技🤟術部(bu)門提出改變多孔(kong)平衡流量計的安(ān)裝方式，安裝位置(zhi)不變，但取壓口及(ji)冷凝水罐從水平(ping)安裝調整爲斜向(xiang)下45°安裝。改造後使(shǐ)用效果顯示，流量(liang)測量數據穩👌定且(qie)有規律的變化，運(yùn)🐅行數月未見異常(chang)狀況發生。
4應用案(an)例分析總結
　　結合(hé)以上兩個案例的(de)分析技改，可以看(kàn)出多孔平衡流量(liàng)計設備性能的良(liáng)好發揮與諸多因(yīn)素相關，在實🔴際應(yīng)用中💘，我們要綜合(hé)考慮、全面衡量，将(jiāng)影響因素降🌈至最(zuì)低。
4.1充分考慮安裝(zhuāng)位置選擇對流量(liàng)測量的影響
　　當測(ce)量介質爲蒸汽或(huò)水時，要考慮管道(dào)長度、管道壓力及(ji)管道内流體雜質(zhì)的影響，安裝方式(shi)首選斜向下45°角度(du)。在測量蒸汽介質(zhi)流量時，溫壓補償(cháng)的投用、管道額定(ding)壓力的确💛保、疏水(shuǐ)閥的安🍓裝均有助(zhu)于流量測量的穩(wen)定精準。同時，U型管(guan)的氣泡渦流需充(chōng)分考慮，從使🚩用經(jīng)驗來看，U型管中的(de)垂直下降管和低(di)點位直管均不是(shi)安裝位置👣，而上升(sheng)管段或者斜管段(duàn)在管壓作用下，可(kě)産生更好的測量(liang)穩定效果。
4.2充分考(kao)慮設計工藝與實(shi)際工況的差異影(ying)響
　　案例一多孔平(ping)衡流量計所測數(shu)據異常是由多重(zhong)因素📧導緻，筆者通(tong)過長時間現場觀(guān)察、比對實測數據(ju)，提🐪出了解決🔞問題(ti)的辦🐉法。考慮到算(suàn)式2中的大部分常(cháng)數⭐都是廠家特定(dìng)的，設備♻️出廠都進(jìn)行過數據校驗，而(er)實際工況中大多(duo)數被測流體并🍉不(bú)是理想狀态中的(de)流🌈體，應用在測🧡量(liang)蒸汽流量時受外(wai)界幹㊙️擾影響的因(yin)素比較大。所以，筆(bi)者認爲，設計此類(lei)流量計時，應充分(fen)考慮工藝管道的(de)應用狀況、管道介(jie)質特性對設計進(jin)行優化。如案例一(yi)中🍓設🐉計提供的非(fei)貿易型流量計、進(jìn)汽調節閥的安裝(zhuang)位置、溫壓補償的(de)缺項均不利于實(shi)際生産，需對比實(shi)際運行進行調整(zheng)。
5結束語
　　多孔平衡(héng)流量計相較于傳(chuán)統節流裝置有着(zhe)無可比拟的優點(diǎn)🌏，多個函數孔徑的(de)設計能最大限度(dù)地将流場平衡整(zheng)流成理想流體，從(cóng)而充分發揮差壓(ya)式流量🐕計的優🏃🏻‍♂️勢(shi)。多孔平衡流量計(ji)因其獨特的性能(néng)、較高的穩定性和(he)測量精度，以及較(jiào)強的适應性，廣泛(fan)适用于多種工藝(yì)場合。

文章來源于(yú)網絡,如有侵權聯(lián)系即删除！