1　前　言
　　某造紙廠年(nian)産1.5×105t本色商品木漿(jiang)工程,其制漿生産(chǎn)線現場流量測量(liang)儀表多數采用電(dian)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(ji),因工作環境條件(jiàn)惡劣(壓力1200kPa、溫度160℃、介(jiè)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(háng),工藝人員隻能憑(píng)經驗操作。當流量(liang)低于一定值時,容(rong)易引起轉送管道(dào)的堵塞,導緻整條(tiáo)設備線停機。
2　解決(jué)思路
　　由于進口電(diàn)磁流量計價格昂(áng)貴,到貨周期長,而(er)國🔅内同口徑⭕的電(dian)磁流量計的技術(shu)指标達不到特定(dìng)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(hang)時間累計不滿兩(liǎng)年)也是因無法适(shi)應特定環境的🚶檢(jian)測工作而損壞的(de)。爲了盡快解決生(sheng)産上的難題,采用(yòng)了小口徑電磁流(liu)量計測🌈量分流支(zhī)管流量的辦法,目(mù)前💛國内電磁流量(liang)🌏計無法同時滿足(zu)高溫、高壓、耐腐蝕(shí)、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(tǐ)在磁場中作切割(gē)磁力線運動時,導(dao)體😍中産生感💔應電(dian)壓,其感應電壓爲(wèi):
U=kB`nD
式中:
k———儀表常數;
B———磁(ci)感應強度;
`n———測量管(guǎn)截面内的平均流(liú)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(liu)動感應出一個與(yǔ)平均流速(亦即體(ti)積流量)成正🧡比的(de)電壓(因此要求被(bèi)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(guo)電纜傳👌送至放大(da)器,然後轉換成統(tong)一輸出信号。

　　已知正常運行(háng)時,原轉送循環的(de)設定流量範圍爲(wei)0～QTL/s(下标🈲1表示主管,下(xia)标2表示支管,下标(biāo)T表示總管),這時對(duì)應輸出的标準信(xìn)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(cāo)👣作監視器上爲0～QTL/s的(de)流量。若設計的分(fèn)流支管中的最大(dà)流量☀️Q2和主管的流(liú)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(zhun)信号也爲4～20mADC,經DCS運算(suàn)後,顯示在操作監(jian)視器上的流量範(fàn)圍還是0～QTL/s,不影響工(gong)藝⭐人員的正常操(cāo)作(圖2)。
3　管路設計及(ji)儀表選型

　　雖然流量控(kong)制閥不是安裝在(zai)并聯管路的主管(guǎn)上,但可參考并聯(lian)管路中的工作流(liú)量特性:
X=Q全開/Qmax
式中(zhōng):
Q全開———主管控制閥(fá)全開時通過的流(liu)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(liu)量控制閥。系數X值(zhí)主要反映理想流(liú)量特性畸變的嚴(yan)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(men)㊙️的流量與開度之(zhi)間的關系,理想流(liu)量特性主要取決(jué)于閥芯的形狀,分(fèn)爲線性、對數、快開(kai)、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(yù)與被控變量(流量(liàng))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(kong)♌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(xing)曲線沒有變化,但(dan)管路系統的可控(kong)比将大大降低,洩(xiè)漏量增大;另外,實(shí)際系統總是同時(shí)存在☔串聯管路阻(zǔ)力的影響,其閥上(shàng)🤞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(zhì)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(yi)🏃‍♀️:我這裏僅是假設(she),實際的流量控制(zhi)閥安裝在工藝總(zǒng)管上💋)。設計中,一般(bān)要求X值不應低于(yú)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(zhi)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(dà)流量QT爲260L/s,可求得正(zheng)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(zuì)大流量Q2爲5L/s,流速V2爲(wèi)3m/s,那麽支管管路設(she)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(liang)計選型設計資料(liào),最後選用分體式(shi)電磁流量計,傳感(gǎn)器型号爲AE205G-CS2-ESJ/ECG(DN50PN25Tmax=180℃陶瓷襯(chèn)裏),采用如圖3的分(fen)流支管測量流㊙️量(liàng)。
4　核定量程
　　由于電(diàn)磁流量轉換器的(de)量程适應範圍廣(guang),新工程👈剛上🔞馬,流(liu)🈲速處于較低的狀(zhuàng)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(yi)表🔆的滿量程就能(neng)🙇‍♀️适應,不🈲需要更換(huàn)儀表。因此,要設定(ding)支管電磁流量計(jì)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(chu)遵循質量守衡、能(néng)量守衡的🐇原則外(wai),還受各🐉支管的流(liu)動阻力(内摩擦力(lì))必相等這一條件(jiàn)🆚的約束,即:
∑hf1=∑hf2=…=∑hfn=∑hf (1)
　　因此,主(zhu)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(ér)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(yuan)管内徑,m;
λ———摩擦系數(shu),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(jìng)d2爲50mm的鋼管,其上裝(zhuāng)有♊電磁🐉流量計,45°彎(wan)頭2個(選用45°彎頭的(de)目的是避免主管(guǎn)流速太高時,支💛管(guǎn)産生逆向環流;或(huò)主管流速太低時(shí),支管可能沒有流(liú)量),切斷閥2個(設置(zhì)手動旁路切🙇🏻斷閥(fa)的主要目的在于(yu)當電磁流量計♊發(fā)生故障時切斷旁(pang)路,便于⭐檢修,保證(zhèng)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(qí)密度ρ爲1088kg/m3,粘度μ爲0.003Pa·s。
根(gēn)據質量守衡定律(lǜ)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(cū)糙度ε1=0.3mm(舊管),ε2=0.1mm(新管),故(gù)由相對粗糙度ε/d及(ji)雷諾準🔞數Re即可查(chá)出λ,但查λ時又要有(yǒu)v的數值,故無法查(cha)λ值,此時可以采用(yòng)🤩試差計算法:根據(jù)實踐經驗,在管道(dào)常用的速度範圍(wei),假設一個合适的(de)流速,從而可以算(suan)出Re值,然後從摩擦(cā)😄系數與Re數及相對(duì)粗糙度間的關系(xi)圖中查出λ,用式(2)計(jì)算∑hf,先算出∑hf2作爲參(can)照值,最後⛷️根據式(shì)(3)及式🤟(2)求算∑hf1,若算出(chu)∑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(suan),直至算出的∑hf1=∑hf2爲止(zhi)。
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(guan)的相對粗糙度爲(wèi):
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(zhi)管的Re值均大于4000,流(liú)型均屬于湍流,可(ke)從管件與閥門的(de)阻力系數與當量(liang)長度數據表✊中查(cha)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(cè)量管阻力系數　ξ2=0.02(廠(chang)家提供),因此:

=1.39(J/kg)
　　由計(jì)算結果知,∑hf1≈∑hf2,所以選(xuan)用支管流速v2=0.32m/s是合(he)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(dui)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(fen)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(cè)量中可以忽略。降(jiang)溫後的💋流體彙入(ru)總管時,對工藝參(can)數的影響也可♻️以(yǐ)忽略。支管中流體(tǐ)溫度降低20～30℃,這對電(dian)磁流量計來說,其(qi)工作環境大大⛹🏻‍♀️改(gai)善。在安裝電磁流(liú)量計時,在💛前直管(guan)段上套🌏上一根直(zhi)徑100mm的💛管子,制成單(dan)程套管式換熱器(qì)(圖3),使電磁流👄量計(jì)的使用壽命✨得到(dào)延長。
6　結束語
　　由于(yú)進口設備、表計價(jia)格昂貴,到貨周期(qi)長。從價格🤞上考慮(lǜ)對于⛱️大口徑電磁(ci)流量計,口徑越大(dà),價格越高。而采用(yong)小口徑、陶🔞瓷襯裏(li)的電磁流量計,不(bú)僅可以使儀表運(yun)行在較好的工作(zuo)狀态下,還可降低(di)儀表的投資費用(yong)。

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