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如何選擇流量儀表

如何選擇流量儀表

影響流量儀表的因素較多，原理有10余種，類型不少于200多個。有人對美國現場千余臺流量儀表進行了調查，發現其中60%所選擇的方法不太合適，即使方法合適，又有約一半以上在安裝和布局上有問題

毛新業，美國Air Monitor 公司中國代表處技術顧問，高級工程師，流量儀表專家

影響流量儀表的因素較多，原理有10余種，類型不少于200多個。有人對美國現場千余臺流量儀表進行了調查，發現其中60%所選擇的方法不太合適，即使方法合適，又有約一半以上在安裝和布局上有問題，正確選擇并非易事。歸納起來選擇流量儀表取決于以下六個因素：

一、儀表技術參數

選擇的依據首先是工藝對流量儀表的技術要求，如：

1）總量、流量

總量（單位為m3或kg），多用于貿易核算，準確度是首位。

流量（瞬時量單位為m3/h，kg/h），多用于流程工業是控制系統的信息源頭，重復性常是首位。

2）連續，開關

一般儀表的輸出為連續量，而開關量可用于簡單的二位式控制，或設備保護，要求可靠性良好。

3）準確度

準確度不僅取決儀表本身，還取決于校驗系統，是外加特性。要說明在什么流量范圍內的準確度，如用于控制系統還應考慮與整個系統準確度相匹配。

注意：廠家注明的誤差是%Fs（上限）；還是%R（測值）。

4）重復性

重復性是指環境條件介質參數不變時，對某一流量值多次測量的一致性，是儀表本身的特征。

不少廠家把重復性誤導為準確度，準確度應由重復性與標定裝置的流量不確定度兩部分組成。

5）量程比，在一定準確度范圍內，最大與最小流量之比。

差壓式流量儀表，從儀表本身可以有較大量程比，因受二次表制約，一般只有3:1。

6）壓力損失

流量儀表（除電磁、超聲）都有檢測件（如孔板、渦輪……），以及強制改變流向（如彎頭、科氏）都將產生不可恢復壓力損失，它將額外增加了輸送的動力，才能維持正常運行，有些儀表永久壓縮很可觀，在歷行節能的今天應引起重視。

7）輸出信號

一般為標準的模擬信號（0-10V，4~20mA等）已不能適應系統發展要求。

通訊要求數字信號，Rosemount推出了HART協議，RS232/RS485轉換器，RS232限于2Km以內，RS485可達10km。

8）響應時間

輸出信號隨流量參數變化反應的時間，對控制系統來說短越好；對脈動流則希望有較慢的輸出響應。

9）綜合性能

儀表的性能指標是相互制約的，如樣本中壓力上限為2mpa；溫度為250℃，口徑為1m；則當口徑為1m時，壓力可能只能為1.5mpa，溫度只能是200℃，不可能同為極限值。

二、流體特性

1）流體類型：液體、氣體，還是蒸汽，有些儀表如電磁不能測電導率太低的流體；插入熱式則不能測液體。

2）溫度、壓力、密度，是選擇儀表提供的重要參數，特別是在工況下的參數，對于氣體流量還應了解其體積流量是工作狀態、還是標準狀態。

3）粘性：液體粘性相差較大會影響選型，如粘性大的液體宜用容積式流量計，而不宜選用渦輪、浮子、渦街等流量計。

4）腐蝕、結垢、臟污：這類流體，不宜選用有轉動件及有檢測件的儀表。即使對于超聲、電磁這種流量計，也會因腐蝕管道帶來誤差。如口徑50mm，結垢0.5~1mm，將帶來0.5~1%的誤差。

5）特殊參數：某些流體參數會影響儀表的工作，如壓縮性系數影響差壓式；比熱及熱傳導系數影響熱式；電導率影響電磁；聲速影響超聲。

6）單、多相

相是指在一個系統中具有相同的物理、化學性質的物質，不同的相有較明顯的界面，通常工業中大多為單相，隨著工業的發展出現了多相流（氣固、氣液、液固或氣固液）等的流量測量問題。


三、流動的狀態

與許多物理參數（如壓力、溫度、物位、成分）不同的是流量必須以流體流動為前提，沒有流動就不存在流量。

1）滿管、非滿管。一般流體均應充滿管道，但當液體流量較小，管道又處于水平時，則可能出現非滿管流動，大多數流量儀表都無法解決，目前電磁已有非滿管流量計型號。

2）層流、紊流。反映流體在管道中流動的狀態，影響流量系數的大小，當Re＜2320時為層流，僅有很少情況如流體粘性大，管道小，流速低才會出現層流，工業中多為紊流。

3）封閉、明渠。流程工業中多為封閉管道。

4）充分發展紊流。流量儀表多為速度型，即管內流速分布影響流量系數，所以要求流量儀表應安裝在一種特定的充分發展紊流中。只要儀表前具有30倍管徑長度即可取得。

5）脈動流，流體中任一參數（流速、溫度、壓力、密度）隨時間變化的流動，易產生誤差，應附加設備去掉脈動流準確進行測量。


四、安裝

流量儀表常由于安裝不當無法正常工作，如方向裝反、流速分布不理想，引壓管中出現二相，環境惡劣，缺少必要的附件……

1）管道的布局。有些儀表如浮子式只能安裝在垂直管道上；而有些為避免流體的重力只能裝在水平管道上；而流體中含有固體顆粒又不宜安裝在水平管道上。

2）流向。流量儀表中絕大多數不能反向安裝。

3）直管段長度。除浮子、容積、科氏外，都要求儀表前后有較長的直管段，以節流裝置及測點速的插入式儀表要求高（達30~50D）。

4）管徑。不少流量儀表管徑范圍較窄，限制了選用，可采用變徑管彌補，但要注意變徑后仍應處于儀表的正常工作范圍，應避免流速過小，輸出太弱；流速過高、強度受損的情況。

5）維護空間。應具有必要的裝卸、維護空間。

6）配件。針對某一儀表，應考慮安裝必要的配件，如流動調整器、過濾器、氣體分離器、阻尼器……等等。


五、環境

流量儀表應避免安裝在以下環境。

1）高溫。流量儀表的檢測部分無法避開，則應使變送器部分遠離高溫區。

2）振動。在壓縮機、定排量泵、振蕩伐門后，不能安裝渦街、漩進、科氏等流量計。

3）粉塵。儀表的變送器應遠離或加防護罩。

4）腐蝕。潮濕，如無法避閉應選用耐蝕材料做儀表殼體。

5）防爆易燃。應增加儀表的防爆安全事故，采用氣密性外殼及降低電源電壓。

6）電磁干擾：儀表在強電磁干擾附近應加裝防護罩，以屏蔽電磁干擾。

處于惡劣工作環境，流量儀表的檢測儀表難以回避，而二次表（變送器）則不然，此時不宜用一體化儀表。


六、經濟性

1）初始購置費。開始與廠商接觸時，應注意：①理性對待廠商所宣傳的技術指標；②根據需求選用，不要盲目追求高指標。③要注意儀表的制造材料。

2）安裝。管徑大特別要注意安裝中的附加問題，如是否為便于維修加裝旁路管道；必要的配件，如過濾器、流動調整器……

3）維修、配件。有些儀表的檢測件，轉動件易于磨損，腐蝕（如渦輪、容積、孔板）維修量不小。

4）校驗。有些儀表工作一段時間后，因腐蝕、磨損，準確度會下降，如用于貿易核算，應定期校驗。

5）運行費。流量儀表一般均有永久壓損，因此會帶來額外的運行費，特別是管徑較大時，其年運行費可能數倍于購置費。

6）誤差的損失。如用于貿易核算，特別是較貴重的能源、化工原料，應選用精確度高的儀表，否則因誤差造成的經濟損失，將數倍于購置費。


七、小結

流量儀表的選擇，可根據以上六類影響因素，選擇大致可按以下程序：



滿足同一工藝要求的流量儀表可能不止一種，可以同時做幾套方案進行比較。