摘要:針對(dui) 靶式流量計(jì) 和 渦街式流(liú)量計 在測量(liang)硬水流量的(de)過程中經常(cháng)出現測量值(zhi)不準确的現(xian)象進行研究(jiū)。根據硬水在(zai)流動過程中(zhong)結垢的特點(diǎn),從流量計 的(de)取壓方式和(he)測量方式兩(liǎng)方面進行綜(zong)合分析,查✍️找(zhǎo)問題出🧡現的(de)原因,通過分(fèn)析讨論最終(zhong)選擇了彎管(guan)式取壓方式(shì),采用了彎管(guan)流量計。在生(sheng)産過程中,彎(wān)管流量計有(yǒu)效地解決了(le)靶✊式流量計(jì)和渦街式流(liú)量計在測量(liang)硬水流量過(guo)程中出現的(de)問題。
　　流量計(ji)廣泛應用于(yu)石油化工生(shēng)産中，貫穿于(yú)全過程中,任(rèn)何一💃🏻個環節(jie)都離不開流(liu)量計量。流量(liàng)計測💃量不準(zhun)确影響各個(ge)生産環節的(de)産品質量,嚴(yan)重的還會發(fā)生生産💛安全(quán)事故。流量✊計(jì)測量的是否(fǒu)準确與流量(liang)計的測量方(fang)式和被測介(jie)質的特點有(yǒu)很大的關系(xì)。電脫✏️鹽一級(jí)注水流量計(jì)測量範圍爲(wei)0~5T/h。使用介質爲(wei)生産🌍循環水(shuǐ)，水的溫度在(zài)60~80℃,硬度8~13,屬于硬(yìng)水。由😄于生産(chǎn)循環水,水質(zhì)差,硬度大,在(zài)生産過程中(zhong)易結垢🐇。在采(cai)用靶式流量(liàng)計時，經常出(chū)現測量⭕值不(bu)準确和不變(bian)化的問題，需(xū)要經常維㊙️修(xiu)，清理靶片和(he)靶杆上的水(shuǐ)垢。後來對改(gai)變了測量方(fang)式,在采用渦(wō)街流量計時(shí),經常出現測(cè)量值波動大(da)和回零問題(tí)，需要每周維(wei)修多次。根據(jù)在生産中出(chū)現的問題,結(jie)合硬水特點(diǎn)和流量計的(de)測量方式和(he)取壓💔方式進(jìn)行一一分析(xī)和讨論。
靶式(shi)流量計
1.1現象(xiàng)
　　在生産測量(liang)過程中,采用(yong)了靶式流量(liàng)計。工藝反映(yìng)其測量🍉值不(bu)準确,出現偏(piān)高或偏低以(yǐ)及不動彈的(de)現象。對的🔞電(dian)路模塊😄、FIV1101的開(kāi)💁度和泵的出(chu)口壓力進行(háng)檢查,均屬正(zhèng)常。拆卸,發現(xian)靶片👌和反饋(kui)杆上,結有一(yī)層水垢,并且(qiě)反饋杆的彈(dan)性較差。這些(xie)水垢對靶式(shì)流量計有那(na)🍓些影響呢?首(shǒu)先看其測量(liang)原理和結構(gòu)✌️，
1.2測量原理和(hé)結構
　　當介質(zhì)在測量管道(dào)中流動時,因(yin)其自身的動(dong)能通過阻🤞流(liu)元件(靶片和(he)杠杆3)時而産(chan)生的壓差,并(bing)對阻流元件(jian)有💛一作用力(li)F1如圖1所示凹(ao)，其作用力的(de)大小與介質(zhì)流速的平方(fang)成正比,其數(shù)學公☁️式表達(da)如下:

　　式中:F1爲(wei)阻流元件所(suo)受的作用力(lì)(Kg);Cj爲物體阻力(lì).系數;A爲阻流(liú)元件的軸向(xiang)投影面積(mm2);p爲(wèi)工況下介質(zhi).密度(Kg/m3);V爲介質(zhi)在測量管中(zhong)的平均流速(su)(m/s)。
　　阻流件(靶片(pian))接受的作用(yong)力F作用在杠(gang)杆3(反饋杆)上(shàng),杠杆3在F的作(zuo)用下,以軸封(feng)膜片爲支點(diǎn)(軸封膜片一(yī)方面作爲杠(gang)杆的支點,另(lìng)一方面起密(mì)封作用)将力(li)F1傳給副杆1,形(xíng)成力F2副杆💞1的(de)另一端與電(diàn)容力傳感器(qì)相連,電容🔴力(lì)傳感器把副(fu)杆1傳遞的力(lì)F2轉換成毫伏(fu)電壓信号輸(shū)出:

　　式中:U爲電(diàn)容力傳感器(qi)輸出的電壓(ya)(mV);K爲比例常數(shù);F爲阻流元件(jiàn)(靶片)所受的(de)作用力(Kg)。
　　由此(cǐ),電壓信号經(jing)前置放大、A/D轉(zhuan)換、微處理器(qì)、D/A轉換器等電(dian)路,輸出4~20mA開方(fāng)電流模拟信(xin)号及HART數字信(xin)号,即可🙇‍♀️得到(dao)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻相應🔅的瞬時(shí)流量和累積(jī)總量。

1.3分析故(gù)障産生的原(yuán)因
1)當水垢結(jié)在靶片上,使(shǐ)靶片面積A增(zeng)加,由公式(1)可(kě)知，作用⛱️在靶(bǎ)片上的沖量(liang)也随之增加(jia)。在杠杆1和杠(gang)杆3的傳遞下(xià)🛀,作用在電容(róng)力傳感器上(shàng)的力F2增加,由(you)公式(2)可知,電(diàn)容力傳感器(qi)輸出的♌電壓(ya)信号增加,造(zào)成測量值比(bi)🙇‍♀️真實.值偏高(gao)。
2)當水垢結在(zài)杠杆3上,使杠(gàng)杆3的直徑增(zeng)加,造成杠杆(gan)3與軸封膜片(pian)✨之間産生應(yīng)力F3。F經過杠杆(gan)1傳遞給電容(rong).力傳感器🔆上(shàng),因🈚此,F=F1+F3。随♉着F的(de)方向變化,造(zao)成F2增大或減(jiǎn)小，使電容力(lì)傳❗感器輸出(chu)的電壓信号(hào)增大或減小(xiao),導緻測量值(zhi)比真實✉️值偏(pian)高或🈲偏低。
3)随(sui)着水垢結在(zài)杠杆3上的厚(hòu)度達到一定(ding)程度後,使杠(gàng)杆🐅3與軸封膜(mo)片之間包死(sǐ),杠杆3失去了(le)彈性,軸封膜(mo)片失去了支(zhī)點作用,F的大(dà)小已不能通(tōng)過杠杆1和3傳(chuán)遞給✔️電容.力(li)💃傳感器,而F2的(de)大小保持不(bú)變,因此,電容(rong)力傳感器輸(shū)出的電壓信(xin)号不變,造成(cheng)測量值不動(dòng)彈的假現象(xiàng)。
2渦街流量計(jì)
2.1現象
　　在采用(yòng)靶式流量計(ji)測量硬水流(liu)量的過程中(zhong),因硬水結垢(gòu)影響了力的(de)傳遞,導緻測(ce)量不正确,所(suo)以需要改變(bian)流量計的測(cè)量方式,選擇(zé)了測量流體(tǐ)頻率的流量(liang)🛀🏻計一渦街流(liu)量計。采用了(le)渦街式流量(liang)計,在投入使(shi)用🚶‍♀️的一個月(yue)😍内,其運行穩(wěn)定,反映靈敏(mǐn),測量㊙️正确。随(suí)後，出現測量(liang)指示值不正(zheng)确,閃動頻率(lǜ)大,并且跳動(dòng)的指示💃🏻植越(yue)來越小，直💋至(zhì)爲零。檢查電(diàn)路模塊、FIV1101的開(kai)度和泵的出(chu)口壓力，均屬(shu)正常。推測的(de)傳感器☎️出現(xian)了問題，拆卸(xiè)🛀,發現滞流元(yuán)件上結有一(yī)層水垢,滞流(liú)元件與底座(zuo)之間包死。
2.2測(ce)量原理和結(jie)構
　　渦街流量(liàng)計是應用流(liu)體振蕩原理(lǐ)來測量流量(liàng)的流體在管(guan)道中經過渦(wō)街流量變送(sòng)器時,在三角(jiǎo)柱的旋☂️渦發(fā)生體後上下(xia)交替産生正(zhèng)比于流速的(de)兩列旋渦,如(ru)圖2所示囚，旋(xuán)渦的釋放頻(pin)率與流過旋(xuan)渦發生體的(de)流體平均速(sù)度及旋渦發(fā)生體特征寬(kuān)度有關,可用(yong)數☁️學公式四(sì)表示:

　　式中:爲(wei)旋渦的釋放(fàng)頻率(Hz);爲流過(guò)旋渦發生體(ti)的.流體平均(jun)速♈度(m/s);d爲旋渦(wo)發生體特征(zheng)寬度(m);S,爲斯特(tè)羅哈數,無♊量(liang)綱☂️,它的數值(zhi)範圍爲0.14~0.27。S,是雷(lei)諾數的函數(shù),s1=(IRe)。
　　當雷諾數R。在(zai)102~105範圍内,S,值約(yue)爲0.2，因此,在測(ce)量中,要盡量(liàng)🈲滿足流體的(de)雷諾數在102~105,旋(xuán)渦頻率=0.2V/d。
　　由此(cǐ)可知,通過測(ce)量旋渦頻率(lǜ)就可以計算(suàn)出流過旋渦(wō)發生體的流(liú)體平均速度(du)v,再由式q=A可以(yi)求出流量q,其(qí)中A爲流體流(liú)過旋渦發生(sheng)體的截面積(ji)。
　　當旋渦在滞(zhi)流元件兩側(cè)産生時,利用(yòng)壓電傳感器(qi)測出與流體(tǐ)流向垂直的(de)交變升力變(biàn)化,将升力的(de)變化🏃🏻‍♂️轉換爲(wei)電的頻率信(xin)号,再将頻率(lü)信号進行放(fàng)大和整形，輸(shu)出👅到二次儀(yi)表,進.行累積(ji)、顯示團。

2.3分析(xi)故障産生的(de)原因
　　由于檢(jiǎn)測元件一壓(yā)電傳感器安(an)裝在滞流元(yuán)件中,當水🧑🏽‍🤝‍🧑🏻垢(gou)結在滞流元(yuan)件上會造成(cheng)以下後果:
1)造(zao)成滞流元件(jiàn)的寬度d增大(dà),由公式(3)可知(zhī)，檢測元件接(jiē)收到✍️渦旋列(lie)産生的頻率(lǜ)減小,輸出電(dian)壓信号減小(xiǎo)，因🈲此測💋量指(zhi)🌈示值比真🏃‍♀️實(shi)值偏低。
2)使檢(jiǎn)測元件接收(shōu)到渦旋列産(chǎn)生的頻率信(xìn)号減弱,影響(xiang)了測量信号(hao)的穩定性和(hé)連續性,因此(ci)出現了測量(liang)值不穩定🏃🏻‍♂️的(de)現象。
3)随着水(shui)垢厚度的不(bú)斷增加，當達(dá)到一定程度(dù)後,使檢測元(yuán)🍓件接受不到(dao)渦旋列産生(sheng)的頻率信号(hào),導緻測量👄值(zhi)爲零。
3探讨和(he)選型
　　在采用(yong)靶式和渦街(jiē)式流量計測(ce)量硬水流量(liang)的過⭐程中,出(chu)🎯現☀️測量不正(zheng)确的現象,從(cóng)以上分析故(gu)障原因可知(zhī),是由水質結(jié)♋垢引起的,所(suǒ)以要提高在(zài)測量🔆過程中(zhong)的穩定性和(he)正🈲确率,有以(yi)下兩📱種選擇(ze):
1)更換流量計(jì)的類型,選擇(ze)适合測量硬(yìng)水流量的流(liu)量計;
2)更換被(bei)測介質,電脫(tuō)鹽注水由硬(ying)水改爲純淨(jìng)水。
　　因節能減(jiǎn)排和生産實(shí)際,隻能考慮(lü)流量計的選(xuan)型,什麽樣的(de)流量計在測(cè)量硬水流量(liàng)時,不受結垢(gòu)的⛷️影響或受(shòu)✨其的影響較(jiao)小呢?要從以(yǐ)下3方面分析(xī):
1)硬水在流量(liang)計中不結垢(gòu);
2)硬水與測量(liang)元件之間隔(ge)離;
3)硬水結垢(gou)對流量計在(zai)測量的過程(chéng)中影響較小(xiao)。
　　根據各種類(lei)型流量計的(de)結構、測量方(fāng)式和特點,符(fú)合條件1)和2)件(jiàn)的有:差壓孔(kong)闆流量計、超(chāo)聲波流量計(ji)🛀和電磁流量(liàng)計💋。如果♻️采用(yong)差壓孔闆流(liú)量計,差壓變(biàn)送器的測壓(ya)室與被介質(zhì)被引壓管内(nèi)的引壓液隔(gé)離9,符合條件(jian)2)。但是孔⁉️闆的(de)表面要求光(guang)潔⚽度極高,當(dāng)🤩水垢結在孔(kong)闆上,将影響(xiǎng)到孔闆兩側(cè)的壓差,造成(chéng)測量不準确(que)😍;另外,距地面(mian).50em,不利于鋪設(she)引壓管。所以(yi),采用差壓孔(kǒng)闆流🔴量計測(cè)✂️量硬水流量(liàng)的效果不佳(jiā)。因超聲波流(liú)量計和電磁(cí)流量計.的價(jia)格昂貴,投資(zi)費用高,不易(yì)采用。從條件(jiàn)3)考慮,采用了(le)國内近階段(duàn)出現測量流(liú)量的一個新(xin)品種一-彎管(guan)式流量計。
4彎(wan)管式流量計(ji)
4.1測量原理和(he)結構
　　彎管式(shì)流量計與傳(chuan)統的孔闆流(liú)量計一樣同(tong)屬于差壓式(shì)🐕流量計的範(fan)疇,隻是它們(men)産生差壓的(de)方式不同,孔(kong)闆是利用流(liú)體的縮放原(yuán)理産生的差(cha)壓,而彎管傳(chuán)感器是利用(yòng)流體的慣性(xing)原理産生的(de)差壓。當流體(ti)通過彎管時(shi),受到彎管的(de)約束,流體被(bei)迫作類似的(de)圓周運動。當(dang)流體在作圓(yuan)周運動時,産(chan)生的離心力(lì)F作用在彎管(guan)的内外兩側(ce),使彎管傳感(gǎn)器内♌外兩側(cè)之間産生一(yī)個壓力差,此(cǐ)壓力差(也就(jiù)是壓差值)的(de)大小與流體(ti)的密度有關(guan),與流體的平(píng)均流速有關(guan),與流體作圓(yuán)周運動的曲(qu)率半徑有關(guan)。它們之間遵(zun)循作圓周運(yun)動物體都必(bì)須遵循的牛(niu)頓運動定律(lǜ)網:

　　其中:F爲流(liu)體對彎管的(de)離心力;?爲流(liú)體在彎管中(zhōng)的平均流🙇🏻速(su);R爲彎管中心(xīn)曲率半徑
　　通(tōng)過對上述公(gong)式進行整合(hé)、積分處理之(zhi)後,可得公式(shì):

　　其中:?爲介質(zhì)中彎管傳感(gan)器中的平均(jun)流速;R/d爲彎管(guan)傳💁感器的彎(wan)🍓徑比;ΔP爲流體(tǐ)通過彎管傳(chuán)感器的差壓(yā)值;ρ爲👉介質的(de)密度。
　　這個公(gong)式描述了介(jie)質在彎管傳(chuan)感器中流動(dong)時,介質對彎(wan)管施加的離(lí)心力與介質(zhì)的密度,介質(zhi)的平均流速(su)以及彎📱管的(de)彎徑比之間(jiān)的關系。另外(wai),隻要💞介質在(zài)彎管傳感器(qì)中流動的最(zuì)小雷諾數達(da)到一個極低(dī)值♌以上，彎管(guǎn)🈲流量計的流(liu)量系數ax就是(shi)一個🏒定值。用(yòng)引壓管把彎(wān)管内外兩側(ce)的壓差△P引出(chu),傳遞給 差壓(ya)變送器 ,如圖(tú)3所示問,再通(tong)過公式(5),即可(ke)得到流經彎(wān)管内的流體(ti)速🙇‍♀️度🈲?。

4.2分析運(yun)行效果良好(hǎo)的原因
1)測壓(ya)室與被測介(jiè)質被引壓管(guǎn)内的介質隔(gé)離,使測壓室(shi)内不易結垢(gou);
2)引壓管内的(de)介質水相對(duì)穩定,并與管(guan)道内的被測(ce)介質進行鈣(gai)離子交換的(de)速度慢,并且(qiě)交換量極小(xiao),所以在引壓(yā)管和測壓室(shì)内結垢的速(sù)度極小，不會(hui)🐕影響引壓和(he)測壓效果♌;
3)引(yǐn)壓管在測壓(ya)室與取壓口(kou)之間有一段(duan)距離,易于👌散(san)🌍熱,降低🐅了引(yin)壓管内鈣離(lí)子的熱運動(dong)和結垢的😄速(sù)度👉。
5結束語
　　在(zài)采用彎管式(shì)流量計測量(liang)電脫鹽注水(shui)的過程中,表(biǎo)🔴現🏃‍♂️出運行穩(wen)定,測量正确(que),反映靈敏的(de)效果。的維修(xiu)次數由過去(qù)每周的二三(sān)次,變爲每年(nian)維修一次,主(zhu)要是清理取(qǔ)壓彎管💞和測(cè)壓室内的水(shuǐ)垢，并且投用(yòng)後偏移量小(xiǎo),運行正常。

　　　　因(yīn)此在選用流(liú)量計時,要考(kao)慮的因素很(hen)多:精度、可靠(kao)性、費用、流體(tǐ)特性及其它(ta)因素。要嚴格(ge)分析流量計(ji)的工作性能(neng),被測流體的(de)物理和化學(xué)特性,結合現(xiàn)場環境因素(su)、安裝條件和(he)設備的性價(jià)比等情況,選(xuǎn)擇合适的流(liú)量計,避免因(yīn)選型不當産(chan)生不穩定的(de)安全生産因(yin)素和造成不(bú)必要的經濟(ji)損失。

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