摘要:随着現(xian)代工業自動(dòng)化生産工藝(yi)對管道流體(ti)測量🐕穩定性(xing)和精準性提(ti)出的的要求(qiu),一種新型多(duō)孔平衡流量(liang)計 應運而生(sheng),文章介紹多(duo)孔平衡流量(liàng)計的工作原(yuán)理,通過對流(liú)量計在鹽行(hang)業使用過程(chéng)中發生的兩(liǎng)起案例深刻(ke)分析🔅,闡明選(xuan)用平衡流量(liang)計需注意的(de)事項,爲同行(háng)業相同工藝(yi)制定運🌂行指(zhi)導數據、開展(zhǎn)設備維修提(ti)供借鑒參考(kao)。
1引言
　　随着現(xian)代工業自動(dong)化生産工藝(yi)對管道流體(ti)測量穩定性(xing)🐆和精準性提(tí)出的更高要(yao)求，一種新型(xing)多孔🔴平衡流(liú)量計應💘運而(ér)生，它由美國(guo)航空航天局(jú)馬歇爾航空(kong)飛行中心設(shè)計。作爲第三(sān)代節流裝置(zhì),多孔平衡流(liu)量計簡稱平(píng)衡流量計,它(ta)将流體🛀測量(liàng)精度、重複性(xing)、可靠👈性推到(dao)了一個前所(suǒ)未有的高度(dù),廣泛應用于(yú)石油、化工、冶(ye)金、電力、天然(rán)氣、水處理等(deng)🛀🏻行業。多孔平(ping)衡流量計設(she)備性✉️能良好(hao),但在設計選(xuǎn)型及設備安(ān)裝時需注意(yì)細節處理，否(fǒu)則影響性能(neng)發揮。
2多孔平(ping)衡流量計的(de)工作原理
　　多(duo)孔平衡流量(liang)計是一種差(cha)壓式測量儀(yí)表,其工作原(yuán)理🤞與其他差(cha)壓流量計--樣(yang),都是基于密(mì)封管道中的(de)能🧡量轉換原(yuán)理。在理想🔅流(liu)體的情況下(xià)管道中的流(liú)量與差壓的(de)平方根成正(zhèng)比,再用測量(liàng)出的差壓代(dai)人伯努利方(fang)程即🔞可計算(suàn)出管道中的(de)流量,如圖⭐1所(suǒ)示。
 
　　節流器原(yuan)理是在常規(guī)的孔闆節流(liú)闆中心一個(ge)圓孔的基礎(chu)上結合多孔(kǒng)節流器的特(tè)點,組成對稱(chēng)分布擁✂️有數(shù)量不等的函(hán)數孔，當介質(zhì)流過圓孔時(shí),流體被平衡(héng)調整，渦流被(bei)🆚最小化，形成(chéng)近似理想流(liú)體，通過取壓(yā)裝置和變送(song)器,可獲得穩(wěn)定的差壓信(xìn)号,如圖2所示(shì)。
 
　　将測得的差(chà)壓信号代人(ren)以下簡易公(gōng)式,即可測算(suàn)出理想狀态(tai)🈲下被測流體(ti)流量;
 
式中:
qm一(yī)介質流量(kg/h);
K一(yī)儀表常數;
Ɛ一(yi)流體流束膨(péng)脹系數;
△P一所(suo)測差壓值;
ρ一(yi)介質密度(kg/m3)。
　　多(duō)孔平衡流量(liang)計實現了流(liu)場平衡整流(liu)最佳效果,将(jiang)測量常規中(zhōng)的死區效應(yīng)降到最低，節(jiē)流件前後産(chǎn)生的渦流也(ye)有較大程度(dù)降低。在測量(liàng)理想狀态下(xia)的流體時,對(dui)👣直管段的要(yào)求也大大降(jiang)低,雜物滞留(liú)現象基本消(xiao)除。永久壓力(li)損失由于渦(wo)流減少降低(di)爲常規節😘流(liu)裝置的1/3,量程(chéng)比擴展到10:1。它(ta)采用的無🏃‍♀️銳(ruì)角設計，提高(gao)了産品使用(yong)壽命。
　　多孔平(píng)衡流量計的(de)優異表現，獲(huò)得大家的一(yi)緻認😘可并在(zai)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻工業領域得(de)到廣泛應用(yong)。但是,在實際(ji)使用🌈過程中(zhōng)，也會遇到一(yi)⭐些問題造成(chéng)測量數據異(yi)常，影響工藝(yì)操作。下面就(jiù)實際應用中(zhōng)的兩起多孔(kong)平衡㊙️流量計(ji)運行異常情(qing)況進行分析(xī)。
3多孔平衡流(liu)量計應用中(zhōng)測量異常的(de)案例分析
3.1案(àn)例一
　　新建鹽(yan)鈣聯産項目(mù)2020年投人試生(shēng)産，鹽鈣生産(chǎn)工藝分爲NaCl與(yǔ)♉2H2O.CaCl2兩個産品生(shēng)産系統,均沿(yán)用傳統的蒸(zhēng)發制鹽工藝(yì)。該套工藝裝(zhuāng)置采用多孔(kǒng)平衡流量計(jì)(3台)測量低壓(ya)蒸汽進汽量(liàng),正常運行時(shí),理論.上蒸汽(qi)流量應滿足(zu)A=B+C。其中A流量計(jì)爲總管進✍️汽(qì)流量計🈲;B流量(liang)計與⛹🏻‍♀️圖中控(kòng)制閥之間有(you)一套自動控(kong)制調節氣量(liang)閉環🛀程序,定(ding)量控制調節(jiē)系統進汽量(liàng)用以實現供(gong)氣的穩定性(xìng);C流量計出口(kǒu)設計有一台(tai)開關閥,閥門(mén)設有中💘停功(gong)能,運行時固(gù)定開度使用(yong)。A、B流量計口徑(jìng)與現場低壓(ya)主蒸汽管道(dào)口徑同爲🐉DN800,流(liu)量計型号爲(wei)MBF4(非貿易型)。
由(you)于試生産階(jiē)段2H2O.CaCl2生産系統(tǒng)暫未開啓,C流(liú)量計狀态爲(wèi)0,理👉論.上流經(jīng)A、B的蒸汽流量(liang)數據應保持(chi)一緻。但實際(jì)上A與B兩台流(liu)量計所測量(liàng)數據并不一(yi)緻,流量無規(guī)律性波動,極(jí)不穩定,B流量(liang)計的閉環😍程(chéng)序由于數據(ju)波動過大無(wú)法投🤩入運行(háng)。由于鹽鈣項(xiàng)目屬全國😄首(shǒu)套(石膏晶種(zhong))2H2O.CaCl2生産裝置📱,在(zai)國内還沒有(you)可以借鑒👄的(de)經驗,能源🐪消(xiāo)♌耗的準确度(du)對🧑🏾‍🤝‍🧑🏼指導運行(háng)生産就顯😄得(dé)十分重要，盡(jin)快⁉️解決問題(ti)已迫在眉睫(jié)。
3.1.1設備現場及(ji)故障現象.
　　 多(duō)孔平衡流量(liàng)計的管道介(jie)質蒸汽來自(zì)動力車間🧑🏾‍🤝‍🧑🏼分(fèn)氣缸(如圖3所(suo)示),主管道經(jīng)過沿路8m高的(de)支架爬升至(zhi)車間廠🔱房30m高(gāo)的樓🙇‍♀️頂,再⭐由(yóu)樓頂直管段(duàn)引入NaCl與2H2O.CaCl2各系(xi)統。經🏃‍♀️查驗流(liu)量計安裝嚴(yan)格♉按照設計(ji)院的設計要(yao)求，滿足✍️直管(guan)段前3DN後1DN的距(jù)離要求。
 
　　 流體(ti)檢測是采用(yong)一體式非貿(mao)易型多孔平(píng)衡流量計,通(tong)過差壓信号(hao)進人DCS系統程(cheng)序搭建的數(shù)學公式中計(jì)🌍算,原則上A與(yǔ)B兩👄台流量計(jì)的測量結果(guo)應完全相等(děng)。而實際系統(tǒng)試運行中,随(suí)着流量計管(guǎn)路上調節閥(fa)的開關動作(zuò),兩台流量計(ji)測量數據會(hui)出現不規律(lǜ)的變化。檢測(cè)記錄所顯示(shi)的流量與動(dong)力車間🌈分氣(qì)缸出口流量(liàng)數據也存在(zai)❄️較大差異。
3.1.2産(chan)生異常的原(yuan)因分析及解(jiě)決方案
　　 鹽鈣(gài)項目DCS控制系(xì)統采用和利(li)時的MACS6.5系統，蒸(zhēng)汽流量🌈采用(yòng)qm=Kε√AP/ρ計算。經🈲過分(fen)析,溫壓補償(cháng)不足是導緻(zhi)測量不穩定(dìng)的原因之一(yi)。現💜場工況壓(ya)力爲0.5MPa,介質溫(wen)度爲150℃左右。設(shè)計🔞時未考慮(lü)采集溫度和(hé)壓力信号且(qie)管道上也未(wei)安裝👉溫度和(hé)壓力的采集(ji)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻裝置。現場在(zài)管道.上采用(yòng)新增壓🏃力變(bian)送器和熱電(dian)阻,安裝原則(zé)是前溫後壓(yā)，然後通過系(xì)統内所配備(bèi)的計算模塊(kuai):(STEAMCOMP水蒸氣流量(liang)補償、理想氣(qi)體流量📱補償(chang))将采集到的(de)新的壓🌈力🤞溫(wēn)度信号與流(liu)量計自身的(de)差壓信号一(yi)并引人,進行(háng)溫壓補償。結(jié)果顯示,測量(liàng)✊數據變化呈(cheng)現一-定的規(gui)律性,但不穩(wen)定性依然存(cun)在。調整未取(qu)得預想的效(xiào)果。通過DCS系統(tǒng)自帶計算‼️模(mó)塊同時引人(ren)溫壓補🔞償信(xìn)号所搭建的(de)數學模型也(yě)㊙️無法正确測(cè)量流量;
 
式中(zhōng):
qm一質量流量(liang),kg/h;
C一流出系數(shu);
β一-管徑比;
Ɛ一(yī)被測介質可(kě)膨脹系數;
d-孔(kǒng)闆開孔直徑(jìng),m;
△P一差壓，Pa;
ρ一工(gong)作狀态下介(jiè)質密度，kg/m3。
　　将式(shi)(2)中所有系數(shu)當作常數後(hòu)的簡化得(1)式(shi)(Qm=Kε√AP/ρ),由于儀表系(xì)數🙇🏻K不一定是(shi)一個不變常(cháng)數,積算儀通(tong)過将K值設置(zhì)最多👈分成🏒8段(duàn)進行分斷計(jì)算，用來提高(gāo)測量數據的(de)精度。
　　待設備(bei)安裝到位投(tou)人使用後，所(suǒ)測蒸汽流量(liàng)開始出現以(yi)下🔴三種比較(jiào)有規律性的(de)波動。
3.1.2.1當閥門(men)開度在14%左右(you)時，管道流量(liang)約在90t/h時，上述(shu)兩台流量計(ji)的流量能達(dá)到一-緻,此時(shi)管道内介質(zhì)流通量似乎(hu)達到相📐對的(de)平衡狀态。
3.1.2.2當(dāng)調節閥開度(du)從14%開始增加(jiā)時,理論上兩(liǎng)台流量計的(de)流量應同比(bǐ)例增大流量(liàng)數據，但是現(xiàn)場卻出現A流(liú)量計流量增(zeng)⛹🏻‍♀️加量要略❄️低(dī)于B流量計。
3.1.2.3當(dang)調節閥開度(du)從14%開始減少(shǎo)時，理論上兩(liǎng)台流量計的(de)流量因同步(bu)降低,但是此(cǐ)時A流量計的(de)流量明顯增(zēng)高較大,隻有(you)B流量❌計的流(liu)量減少。
3.1.3原因(yīn)剖析及技術(shu)改造
現象一(yi):由于調節閥(fa)安裝在兩台(tái)流量計中間(jian)，當調節📧閥在(zai)14%的🧡時候,A流量(liang)計的工作壓(yā)力在正常工(gōng)況範圍的0.4MPa,通(tong)過新增的壓(ya)力變送器所(suo)測數據顯示(shì)，此時流量計(ji)🥵B的工作壓力(lì)由于閥[]變🌐徑(jìng)的阻礙作用(yong),實際工作壓(ya)力隻有0.16MPa。但是(shi)B流量計的設(shè)計額定工況(kuang)壓力也是0.4MPa。此(cǐ)時實際上B一(yi)直未能達到(dào)自身額定工(gōng)況，雖然測量(liang)出一個數據(ju)剛好和A達到(dao)一緻,通過經(jing)驗判💰斷可能(neng)是巧合。
現象(xiàng)二:當閥門]從(cong)14%開至17~19%時,由于(yú)閥廣開度的(de)增加,閥🐅門]後(hòu)端B流量計的(de)蒸汽總管壓(ya)力升高較爲(wèi)明顯,達到了(le)0.25MPa。由于B流量計(jì)此時的工況(kuang)壓力變化很(hěn)大，幾乎翻倍(bei),所🚶‍♀️以此時🏒B流(liú)量計測量數(shù)據增幅也很(hen)大。而A流量計(jì)由于一直處(chù)在🌈額定工況(kuàng)💘,且壓力變化(hua)不大，所以A流(liu)量計增幅不(bú)大。
現象三:當(dāng)閥門從14%關至(zhì)9%時,由于閥門(men)開度減少,閥(fa)廣]後蒸汽總(zong)管壓力下降(jiang)至0.09MPa左右，B流量(liang)計此時工況(kuang)已🈲經低至根(gēn)💚本無法正常(cháng)測量數據的(de)地步,反而A流(liú)量計由于受(shou)到閥☁️[]關閉影(ying)響,A流量🔞計蒸(zheng)汽總管壓力(lì)上升較爲明(ming)顯，已經升至(zhi)0.458MPa。此時蒸汽流(liu)通平衡被打(da)破，原本可通(tong)過的蒸汽受(shòu)到閥門開度(du)減小的影響(xiǎng)受🌐阻,在閥門(mén)與💚A流量計之(zhī)間形成🈲渦流(liú)，受渦流影響(xiǎng),已計量過的(de)蒸汽在流量(liàng)計上反複流(liú)通再次計量(liang),造✂️成☂️了A流量(liàng)計流量數據(jù)大幅增加。
通(tōng)過三種現象(xiang)的分析,問題(tí)根源均與流(liu)量計中間安(an)裝的調節🔱閥(fá)有關。工程技(jì)術部門]提出(chu)技改意見:重(zhòng)新定位調節(jiē)🚩閥本體和流(liú)量計的安裝(zhuang)位置,同時增(zeng)加流量測量(liàng)點的壓⭐力與(yu)溫度檢測。
　　通(tōng)過現場踏勘(kan)确定,将調節(jie)閥從30m高的樓(lou)頂移至21m高，與(yu)溫度、壓㊙️力㊙️、流(liú)量表計重新(xīn)定位安裝(如(rú)圖4所示),消除(chu)調節閥♈開啓(qi)對管道壓力(lì)的影響。改造(zào)後試運行生(sheng)産,觀察新裝(zhuang)壓力變送器(qi)的數據顯🌈示(shì)，可确定兩台(tai)流量計所處(chù)的管道内的(de)壓力均爲額(e)定工作壓力(li),無論調節🤞閥(fa)如何調節,兩(liǎng)台流量計的(de)管道壓力🔴都(dou)在同步變化(huà)♋中。多孔平衡(heng)流量計投人(rén)試使用後,流(liú)量數據不受(shòu)閥廣]調節影(ying)響,A和B流量計(jì)測量保持一(yī)💃🏻緻,工藝穩定(dìng),問題得到徹(che)底解決。
 
3.2案例(lì)二
　　二次冷凝(ning)水回收工程(chéng)屬鹽鈣項目(mù)輔助工程，用(yong)以回收鹽系(xi)統一次、二次(ci)蒸汽冷凝水(shuǐ)循環利用。在(zài)該工藝系統(tong)管道上安裝(zhuāng)的多孔平衡(heng)流量計，與案(an)例一出現了(le)相似🔅的故障(zhang)，測量數💃🏻據無(wu)規律變化且(qiě)不準确。
3.2.1設備(bei)現場及故障(zhang)現象
　　如圖5所(suo)示，在冷凝水(shuǐ)U型管低點設(shè)計安裝了一(yi)台多孔平衡(héng)流量計，用于(yú)測量管道回(huí)收的冷凝水(shuǐ)量。安裝至♌U型(xíng)管的低點，理(li)🍓論上是最佳(jiā)測量位置，原(yuán)則上也滿足(zú)多孔平衡流(liu)量計所要🆚求(qiú)的安裝直管(guǎn)尺寸。但在使(shi)用過程中頻(pín)繁出現數🔴據(ju)測量不準，數(shu)據時🌈有時無(wú)現象。
 
3.2.2産生異(yì)常原因分析(xī)及解決方案(an)
　　此工程按照(zhao)設計要求，鹽(yan)鈣系統蒸汽(qi)用量爲120t/h，滿負(fù)荷🛀生産時冷(lěng)凝水出水率(lǜ)應爲70%左右，回(huí)收流量約爲(wèi)80t/h。此冷🐅凝水回(hui)收管管徑爲(wei)DN250，當水從高處(chù)管流向U型管(guǎn)段時，理論上(shàng)水流經U型‼️管(guan)低點管段應(yīng)✏️該是滿管狀(zhuang)态，故流量‼️計(ji)安裝位置符(fu)合要求。
　　因系(xì)統處于試生(shēng)産期間，鹽鈣(gài)蒸汽使用量(liang)僅爲40t/h左右，産(chan)生的冷凝水(shui)量也不穩定(ding)，冷凝水泵經(jīng)常出現泵不(bú)上水的情🌂況(kuang)。從泵到流量(liang)計之間有300m左(zuo)右的管道，且(qiě)大部分管道(dào)在6m高管架上(shàng)，泵水輸送存(cún)在間歇，會在(zai)管道内形成(cheng)較💃🏻大的沖擊(jī)震蕩。由于水(shui)流量不足導(dao)緻從6m的管架(jià)高處向低處(chù)流時的自由(you)落體速度大(dà)于此時管📧道(dao)内水的流速(su)，在U型管内形(xing)成氣泡☂️，當氣(qì)泡流經垂直(zhí)安裝的流量(liàng)計差壓取壓(yā)孔處，導緻所(suǒ)測差壓連續(xù)被中斷。參考(kǎo)公式；Qm=Kɛ√ΔP/ρ，由于K、ρ、ɛ都(dōu)是常數，差壓(ya)ΔP成爲了流量(liàng)測量🧡的重要(yao)決定性參數(shù)。
　　通過對工藝(yì)現場認真分(fen)析得出，理論(lùn)上該U型管的(de)最🔞低段都是(shì)滿管狀态，但(dan)是當工藝生(shēng)産在非滿負(fu)荷或更低的(de)生産狀态時(shí)，氣泡現象就(jiù)在所難免。爲(wèi)了将氣泡因(yīn)素影響降至(zhi)最低，工程技(jì)術部門提出(chū)改變多孔平(píng)衡流量計的(de)安裝方式，安(ān)裝位置不變(bian)❓，但取壓口及(jí)🆚冷凝水罐從(cong)水平安裝調(diao)整爲斜向下(xia)45°安裝。改造後(hou)✂️使用效果顯(xiǎn)示，流量測量(liang)數據穩定且(qiě)有規律的變(bian)化，運行數月(yuè)未見異常狀(zhuàng)況發生。
4應用(yòng)案例分析總(zǒng)結
　　結合以上(shàng)兩個案例的(de)分析技改，可(kě)以看出多孔(kong)平衡流量❤️計(ji)設👄備性能的(de)良好發揮與(yǔ)諸多因素相(xiàng)關，在實際應(ying)用中，我們要(yao)綜合考慮、全(quan)面衡量，将影(yǐng)響因素降至(zhì)最低。
4.1充分考(kao)慮安裝位置(zhi)選擇對流量(liàng)測量的影響(xiǎng)
　　當測量介質(zhì)爲蒸汽或水(shuǐ)時，要考慮管(guǎn)道長度、管道(dao)壓力及管道(dào)内流體雜質(zhì)的影響，安裝(zhuāng)方式首選斜(xié)向下45°角度。在(zai)測量蒸汽介(jie)質流量時，溫(wēn)壓補償的投(tóu)用、管道額定(dìng)壓力的确🚶‍♀️保(bǎo)、疏水閥的安(ān)🙇‍♀️裝均有助于(yú)流量測量㊙️的(de)穩定精⭐準。同(tong)時，U型管的氣(qi)泡渦流需充(chōng)分考慮，從使(shi)用經驗來看(kan)，U型管中的垂(chuí)🚶‍♀️直下降管和(hé)😍低點位直管(guan)均📞不是安裝(zhuāng)位置，而上升(shēng)管段或者斜(xié)管段在管壓(ya)作用下，可産(chǎn)生更好的測(ce)量穩定效果(guǒ)。
4.2充分考慮設(shè)計工藝與實(shi)際工況的差(chà)異影響
　　案例(lì)一多孔平衡(heng)流量計所測(ce)數據異常是(shi)由多重因素(su)🐆導緻✉️，筆者通(tong)過長時間現(xian)場觀察、比對(duì)實測數據，提(tí)🏃‍♀️出了解決問(wen)題的辦法。考(kao)慮到算式2中(zhong)的大部分常(chang)數都是廠家(jiā)特定的，設備(bei)出廠都進行(hang)過數據校驗(yan)，而實☎️際工況(kuàng)中大多數被(bei)♌測流體并不(bú)是理想狀态(tài)中的流體，應(ying)用在測量蒸(zheng)汽流量時受(shòu)外界幹😍擾影(yǐng)響的因素比(bǐ)較大。所以，筆(bi)者認爲，設計(ji)此🥵類流量計(ji)時，應充分考(kǎo)慮工藝管道(dào)的應用狀況(kuang)、管道介質特(te)性對設計進(jin)行優化。如案(an)例一中設❗計(jì)提供的非貿(mào)易型流量計(jì)、進汽調節閥(fá)的安裝位置(zhì)、溫壓補😍償的(de)缺項均不利(li)于實際生産(chǎn)，需對比實💚際(ji)運行進行調(diao)整。
5結束語
　　多(duō)孔平衡流量(liàng)計相較于傳(chuán)統節流裝置(zhi)有着無可比(bi)拟♈的🈲優點，多(duō)個函數孔徑(jing)的設計能最(zuì)大限度地💞将(jiāng)流場平衡整(zheng)📐流成理想流(liu)體，從而充分(fèn)發揮差壓式(shì)流量計的優(yōu)勢。多孔🔞平衡(heng)流量計因其(qí)獨特的性能(néng)、較高的👅穩定(ding)性和測量精(jīng)度，以及較強(qiang)的适應性🛀🏻，廣(guǎng)泛适用于⛱️多(duo)種工藝場合(he)。

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