详解流量仪表技术发展现状

 行业新闻    |      2019-04-01 11:49:13

流量丈量的开展贯穿于整个人类社会的前史进程中,流量作为工农业出产中最重要的检测参数之一,关于它的丈量是广泛而普遍的。现在运用于工业出产中的流量外表种类繁复,但它们皆有其各自的优缺陷,所以在选用流量外表时,要进行周密的剖析与比较,选择适宜的流量外表以到达预期的丈量目的。

跟着物联网技能的开展,物联网将是继互联网之后推进世界高速开展的引擎。传感器技能是物联网首要的技能基础之一,未来跟着物联网的高速推进,传感器技能领域也将会敞开新的篇章。流量外表传感器势必成为其间重要的一员,同时也将带动流量外表多功能电力仪表向着智能化网络化方向开展。

一、流量外表技能现状运用

流量外表丈量原理多样、外表种类繁复、影响要素杂乱,因而流量外表丈量的办法和原理多样且杂乱。现在商场上首要流量外表有:差压式流量计、容积式流量计、浮子流量计、叶轮式流量计、电磁流量计、流体振荡流量计、超声流量计、质量流量计。每一种流量计的丈量办法都不能掩盖一切的介质,只能适用某一种、几种或某一类流体在某特定条件下的丈量,每种外表都有其优缺陷和运用规模。

1.1 差压式流量计

差压式流量计是一种具有悠久前史,实践经验丰富成熟,规范规范完善,是种类规格齐全的一类流量丈量外表。差压式流量计是运用伯努利方程原理来丈量,当充满管中的流体经管道内的差压设备时,流束将在差压设备处构成部分收缩,从而使流速添加,静压力低,于是在差压设备前后或喉部便发生了压差,介质活动的流量越大,发生的压差就越大,所以能够通过丈量压差来衡量流体流量的巨细。差压式流量计分为规范差压式差压流量计和非规范差压式差压流量计两大类,规范差压式流量计得到世界规范化安排和世界法制计量安排的认可,在世界间作为通用流量计互为认可, 20世纪50时代以前是唯一的天然气流量计,现在还占据比较重要的位置。

差压式流量计的长处有:

·结构简略、牢固,功能安稳牢靠,运用期限长,价格低廉。

·检测件与差压显示外表可分开不同出产厂出产,便于专业化构成规模经济出产,它们的结合十分灵敏便利。

·规范型的检测件,是全世界通用的,并得到世界规范安排的认可。

·规范型差压设备无需实流校准即可投用,只要按规范规划加工不需求进行实践标定,也能在已知的不确认度规模内进行流量丈量且能满意工程丈量的需求。

差压式流量计的缺陷有:

·丈量准确度普遍偏低。

·规模度窄,一般仅3:1~4:1。

·现场设备条件要求高。

·压损大。

针对上述缺乏,近年国内出产厂推出一系列改善办法,如一体式差压流量计、定值节约件、可换孔板节约设备、选用规范喷嘴等等。根据差压式流量计的特色,要想在工作中获得准确丈量成果,就必须全面掌握流量丈量的办法、丈量介质、丈量设备、流体工况、查验规范等情况。可广泛运用于电力、化工、石化、石油、天然气、冶金轻工等,关于高温、高压介质的流量丈量特别具有优势。

1.2 容积式流量计

容积式流量计又称定排量流量计在流量外表中是精度较高的一类,它运用机械丈量元件把流体接连不断地分割成单个已知的体积部分,并进行重复不断地充满和排放该体积部分流体而累加丈量出流体体积总量的流量外表。

容积式流量计的长处:

·丈量准确度高。

·设备管道条件对流量计计量精度没有影响,流量计前不需求直管段。

·可用于高黏度液体的丈量。

·丈量规模度宽。

·直读式外表无需外部动力可直接获得累计总量,明晰明晰,操作简洁。

容积式流量计的缺陷:

·机械结构杂乱,体积庞大。

·被测介质种类、口径、介质工作状况局限性较大。

·不适用于高、低温场合。

·大部分外表只适用于洁净单相流体。

·发生噪声及振荡。

在流量外表中,容积式流量计运用前史悠久、有齐备的规范规范,是精度很高的一类外表,适于中小流量规模因而被广泛运用于原油、柴油、液化石油气、天然气以及煤气等昂贵介质的总量丈量。

1.3 浮子流量计

浮子流量计是仅次于差压式流量计运用规模最宽广的一类流量计,特别在小、微流量方面有无足轻重的效果。浮子流量计工作原理为:流量的改变和浮子在不同高度位置上对应的流转面积直接相关。被测流体从下向上经过变径管和浮子构成的流转面积时,浮子上下端发生的差压构成浮子上升的力,当浮子所受上升力大于浸在流转中浮子的分量时,浮子便上升,环通面积随之增大,环通面积处流速下降,浮子上下两端压差下降,效果于浮子的上升力也随之减小,直到上升力等于浸在流体中浮子的分量时,浮子便安稳在某一高度,通过读取

或检测浮子安稳的高度值即可获取流量数值。

浮子流量计的长处有:

·能够丈量液体、气体、蒸汽等简直一切流体的流量。

·结构简略,适合于流量的现场指示。

·作为现场指示型流量计,由于不需求电源,所以即使是易燃易爆环境其本质也是安全的。

·压力丢失较小。

·对上游直管段要求低。

·不受液体中所含的各种杂音(电气的、化学的及流体的等)的影响。

·低价格,简略设备。

浮子流量计的缺陷有:

·有可动部件,存在一些压力丢失等。

·精度受流体物理参数改变的影响。

浮子流量计作为直观活动指示或丈量精度要求不高的现场指示外表,很多运用于石油、化工、冶金、电力、食物、制药、造纸等职业的液体、气体、蒸汽介质的丈量与进程操控。

1.4 叶轮式流量计

叶轮式流量计是一种速度式流量外表,规范规范亦十分齐备,现已开展为多种类、全系列,多规格,批量出产规模的流量外表。被测流体冲击叶片,使叶轮旋转,叶轮的转速随流量的改变而改变,即流量大,叶轮的转速也大。

叶轮式流量计的长处:

·准确度等级高。

·丈量规模宽、重复性好。

·压力丢失小。

·设备维修便利。

叶轮式流量计的缺陷:

·由于有可动部件,不能长期坚持校准特性,需求定期校验。

·流体物性(密度、黏度)对流量特性有较大的影响。

·对被测介质清洁度要求较高。

选用一种高效整流效果的整流器与叶轮流量传感器结合构成一体化的气体叶轮流量计,在上游侧阻流件为弯头或有半开截止阀条件下,只需求2D直管段长度,关于设备空间窄小是很杰出的特色。在欧洲和美国叶轮流量计是继孔板流量计之后的第二个法定天然气流量计,现已开展为多种类、全系列,多规格,批量出产规模的天然气流量计,规范规范亦十分齐备。叶轮式流量计在石油、化工、科研、国防和计量等各部门中也有广泛运用。

1.5 电磁流量计

电磁流量计根据法拉第电磁感应定律,当导体在磁场中切割磁力线时,将在两端发生感应电动势,其巨细与流速成正比,据此可测出流量值。

电磁流量计最大的长处是:

·准确度等级高。

·结构简略管道中无任何阻力件,简直没有压损。

·可丈量液固两项流、纸浆、矿建、煤浆等。

·口径规模广。

电磁流量计最大的缺陷:

·不能用来丈量气体、蒸汽以及不导电的液体。

·不能用于高温介质丈量。

·简略遭到外界电磁搅扰。

电磁流量计作为现在的新型外表以其优异的丈量功能获得了商场广泛认可,增量为现在最大的流量外表之一。很多地运用于化工、环保、冶金、医药、造纸、给排水等工业技能和办理部门。

1.6 流体振荡流量计

流体振荡是流体特有的物理现象之一。在特定条件下根据流体振荡的频率与流速之间存在的对应联系,选用丈量流体振荡频率的办法完成流量丈量的外表总称流体振荡流量计。

流体振荡流量计的长处:

·准确度等级高。

·无可动部件,牢靠性高,寿命长。

·结构简略、设备便利、保护量少。

·适用规模广,可用于液体、气体、蒸汽的流量丈量。

流体振荡流量计的缺陷:

·高温高压丈量存在困难。

·外界振荡对流量计正常工作有搅扰。

流体振荡流量计以涡流流量计、旋进旋涡流量计、射流流量计3种流量计为代表运用规模较广,现已成为通用流量计。

1.7 超声流量计

超声流量计是通过检测流体活动对超声束的效果以丈量流量的外表。超声流量计和电磁流量计相同,因外表流转通道未设置任何阻止件,均属无阻止流量计,是适于解决流量丈量困难问题的一类流量计,特别在大口径流量丈量方面有较杰出的长处,近年来它是开展迅速的一类流量计之一。

超声流量计的长处:

·可做非接触式丈量。

·为无活动阻挠丈量,无压力丢失。

·可丈量非导电性液体。

·口径规模大。

缺陷:

·丈量高温介质还存在一定的局限性。

·关于流场温度性要求高。

·直管段长度有要求。

超声波丈量流量的办法在发达国家已得到了广泛的运用,技能也现已成熟。现在液体超声波和气体超声波流量计商场增长迅速,在供热、电力、冶金、市政运用方面不断地扩展。

多声道气体超声流量计开始在天然气工业中运用,它以其优异的特性引起世界上很大注重,成为继孔板之后的一类重要的天然气流量外表。

1.8 质量流量计

直接能丈量质量值的流量计现在最为广泛的是科里奥利力质量流量计。科里奥利效应是指当质点在一个滚动参考系内沿径向做相对运动时,会发生一种不同于通常离心力的惯性力效果在此质点上,称科里奥利力。由于科里奥利力的效果,在振管的横向将发生与振荡频率相共同的逼迫振荡即摆动。运用流体在振荡管中活动时,发生与质量流量成正比的科里奥利力原理制成的一种质量流量外表称为科里奥利力质量流量计。基于科里奥利力原理的质量流量计的开发始于20 世纪50 时代,但直到20 世纪70 时代才有所突破。直接丈量在旋转管道中活动的介质质量流量计是当今世界上最先进的流量外表之一。

质量流量计的特色:

·直接丈量质量流量,丈量准确度高质量流量的丈量,曩昔一般多选用间接式丈量办法,即选用速度式流量计或体积式流量计丈量介质体积流量,再引进多个中间参数的丈量,然后进行运算和批改得到介质的质量流量的办法。由于这些丈量办法引进的中间参数较多,因此引进的差错要素也较多,在一些对丈量准确度要求不高的场合还可适合,但在一些丈量准确度要求较高的场合就显得力不从心了。质量流量计的精度一般在10:1的量程比规模内都优于0.2%(R),

最高可到达0.05%(R)。显着与其他间接式丈量质量流量的外表相比,其准确度优势是十分显着的。正由于如此,现在对丈量准确度要求较高的计量场合(如产品包装、装卸车计量等)质量流量计得到用户的喜爱,凡有条件简直都选用质量流量计用于计量。

·对丈量介质的习惯性强,可满意大部分介质的丈量

质量流量计对丈量介质的习惯性强,简直习惯各种介质流量的丈量,包含高黏度的介质、含有固形物的浆液、含有微量气体的液体、高低温介质、中高压气体等。高黏度介质的丈量,质量流量计具有显着的优势。

这是由其结构特色(管路式流量计)及丈量原理决议的。别的高黏度介质的管路很多需求进行管道保温处理,质量流量计的结构比较简略完成保温处理。质量流量计对丈量介质的温度习惯性也比较强。普通型的质量流量计习惯介质温度一般为-50℃至+200℃,特殊高温型可到达+350℃、低温型可到达-240℃,可满意大部分流体介质流量的丈量。

·同时丈量介质密度及温度质量流量计不只能高精度丈量介质质量流量,还能丈量介质的密度,同时还能辅佐丈量介质的温度。由此能够完成二组分混合介质的组分浓度丈量及各自组分质量流量的丈量,这是其他流量丈量外表难以完成的。

·结构简略、牢靠性高、保护简洁

质量流量计的丈量传感器相当于介质管路没有可动部件及密封件,从而结构相对简略、牢靠性高、保护简洁。

·设备简略便利

不同于一般的速度式流量计,流场散布对质量流量计的正常丈量没有影响。因此质量流量计的设备对上下游没有直管段长度要求,这就便利了质量流量计的设备和运用。

·可用于双向流的丈量

质量流量计可用于双流向的丈量,能够指示介质活动的方向,并可别离进行计量。这对有些场合(例如进出物料罐流量的丈量)是十分有用的。

质量流量计的出产工艺相对较为杂乱严格、所用材料相对要求较高价格较为昂贵,因此其价格较高。质量好、价格贵决议了其首要运用方向。以下为其若干典型运用。

·装卸车液体质料的计量

这里装卸车液体质料的计量指码头装卸船、火车罐车的装卸车、化工厂进出厂液体产品质料的装卸车计量等。这些场合曩昔一般或选用体积式流量计进行计量、或选用衡器进行计量。体积式流量计是机械式流量计,其量程比一般为3:1。其结构特色决议了运用中的机械磨损是不行避免的,介质中存有杂质有可能使流量计不能正常工作,并且运用中的压力丢失是比较大的。这些计量场合一般为质量计量,运用体积式流量计时还需求进行体积、密度、质量的换算。衡器计量也存在去毛皮核算等多环节计量进程,带来一些不方便。质量流量计在这些运用场合显示出杰出的长处(直接丈量质量流量、丈量精度高、实时性强、计量便利等等),得到广泛的运用。

·重要质料的配比计量

化工出产中往往会触及两种或多种物料的配比计量,这对优化化学反响及节约物料有着重要含义。在这些运用场合运用质量流量计进行计量有着显着的优势。不只接连出产进程中物料的配比计量质量流量计得到越来越多的运用,在一些间歇性加料的出产进程中质量流量计也在逐步替代衡器等的计量得到越来越多的运用。

·沥青等高黏度物料的计量

高黏度物料的计量质量流量计具有较杰出的优势,这是由其工作原理及结构特色决议的(管道式外表、外表内没有阻力件、便于完成保温等)。

·采油原油的计量

油田采油计量是比较杂乱的工艺进程。传统的计量设备需求进行静态气液别离、油水别离等,设备占用面积较大、计量功率低。质量流量计配以管式气液别离器等专用设备,不只可节约设备空间(这对海上钻井平台等含义较大),并且能够进步计量功率,完成在线接连计量。

·天然气计量

比较典型的天然气计量外表便是加气机。天然气加气机中每个加**就配有一台质量流量计。这是由于只有质量流量计才干具有0.5%精度的气体计量功用。

·低温介质流量的丈量

低温及超低温介质(如液化气)流量的丈量是质量流量计又一个杰出的优势。国内外有多家质量流量计的出产厂家偏重开发适用的超低温质量流量计产品供给商场。

·细小流量的丈量

细小流量一般指小时流量小于100kg的流量。质量流量计在细小流量的丈量也到达了0.5%的准确度。

总归,质量流量计显示了其他流量计不行比较的多项运用优势,其运用规模越来越广。由于现在质量流量计价格较高,其运用遭到了一些约束,大部分运用首要仍是会集在较高价格物料的计量及特殊运用场合。

二、流量外表首要特性

2.1 准确度

流量外表的准确度由丈量差错表示,丈量差错包含基本差错和附加差错,它是两者合成的成果。外表出产厂产品说明书所载的准确度一般是指基本差错,因此流量计在现场运用时需求考虑附加差错的巨细,有时附加差错远大于基本差错这是流量外表的一个特色。

2.2 重复性

在相同丈量条件下,对同一被丈量进行接连屡次丈量所得成果之间的共同性。流量外表的重复性与工作原理及制作和安装质量等有关,例如涡轮流量计的重复性比孔板流量计高,而同类型涡轮流量计,制作及安装质量好的重复性高,外表出产厂在产品出厂前进行实流校验除确认外表系数外,从流量计的重复功能够监测外表的制作和安装质量。

2.3 规模度

曩昔曾称为量程比,最大流量与最小流量的比值,一般表达为某个数与1之比,例如,最大流量5 000m3/h,则规模度为 20:1。规模度是流量计的一个重要特性,在流量计选型中,它常起着重要的效果,可是人们现在更注重不光规模度宽,且要求其下限流量要低,而不是进步其流量上限。

2.4 线性度

校准曲线与规则直线的共同程度,线性度分为独立线性度、端基线性度和零基线性度,一般指独立线性度。关于宽流量规模脉冲输出的总量计量外表,线性度是一个重要目标,使有可能在流量规模内用单一外表常数,线性度差就会下降准确度。跟着微机技能的开展,选用信号适配技能批改外表系统非线性,从而进步外表准确度和扩展流量规模。

2.5 安稳性

在规则的工作条件下,流量计功能在规则时刻内坚持不变的才能。

2.6 压力丢失

除无阻止流量检测件外,大部分流量计检测件在流转通道中设置静止或活动的检测元件或改变活动方向,从而发生随流量而变的不行康复的压力丢失。

三、外表选型需求考虑的要素

3.1 外表功能方面

准确度、重复性、线性度、规模度、压力丢失、上下限流量、信号传输特性、呼应时刻等。

3.2 流体特性方面

流体压力、温度、密度、黏度、润滑性、化学性质、磨蚀、脏污、气体压缩系数、等熵指数、比热容、声速、混相流、脉动流等。

3.3 设备条件方面

管道布置方向、活动方向、上下游直管段长度、管径、保护空间、管道振荡、接地、电源、辅佐设备(过滤、排污)等。

3.4 环境条件方面

环境温度、湿度、安全性、电磁搅扰、防爆等。


3.5 经济要素方面

购置费、设备费、维修费、校验费、运行费(能耗)、运用期限、备品备件等。

四、选型步骤

1)根据5个方面要素初选可用外表。

2)选用筛选法在比较中选出2~3种类型,排出次序。

3)尽量收集有关资料,再次按5个方面进行评价,最后筛选至一种外表类型。

选型能否成功很大程度取决于选型人员对外表功能、质量和丈量目标特性的切当了解,并非用户对自己的丈量目标都有准确的了解,许多选型的失败便是由于供给的参数不准不实所致,有些目标需经过深入调查才干搞清楚。

五、流量外表开展趋势

跟着商场需求开展和技能的前进,流量外表将向着低功耗、高精度、高牢靠性、模块化、智能化、网络化方向开展。关于整个系统,流量计只是供给气体丈量数据系统的一部分,除此之外,还有能供给补充丈量数据的辅佐外表系统(如压力传感器、温度传感器、气体密度计、气相色谱仪等),以及能按规范程序记载、贮存和传输丈量数据的核算数据收集和传输系统,乃至核算机网络。依托网络技能完成长途化通讯、操控和办理,如SCADA系统的运用。

预付费办理办法将进一步选用安全牢靠的一体化CPU卡流量计、并向价格可调、长途调价办理的方向开展。鉴于国内的供销联系的特色,动态暗码技能、

事件记载技能、自确诊技能、抗强磁搅扰技能等多项先进技能的选用,使传统的流量计功用不断完善,功能得到不断提升,安全性大幅进步,更适合于国内计量办理的需求。

节能环保现已成为当今社会的主题,流量外表也会向着低功耗、节能方向开展。现在商场现已有两线制的电磁流量计、科氏质量流量计,电池供电的流量

计推出。低功耗、节能的流量外表必定成为职业开展的新方向。

跟着世界经济的开展,对动力和资源的计量将成为开展趋势,特别对石油、煤、天然气、水介质等对流量计不间断计量需求越来越旺盛,关于高精度、高牢靠性流量外表的要求以及相关技能的不断前进,将会推进流量计朝着更为准确、更为牢靠、高安全性、多功用方向开展。

2000年以前,中国商品天然气产值约为70亿m3,天然气长输管道长度约1000km, 只有独立的气田管网和部分输配管网,首要计量外表为孔板、漩涡和容积式流量计,唯一的天然气计量规范是有关孔板节约设备的职业规范。到2008年,中国天然气产值已达760亿m3,天然气长输管道总里程到达30000km,开始构成的天然气管网输气才能达600亿m3。用于交代计量的首要外表为超声、涡轮、容积式流量计等, 现已构成包含天然气计量系统技能要求、6种不同类型流量计计量天然气的规范系统。按照现在的开展规划,到2015年,仅中国石油每年的天然气产值就要到达1752亿m3,输气管道总里程到达42000km,输气才能达1500亿m3。计量办法由体积计量向能量办法转变。天然气的能量计量是当今天然气计量技能的一个开展方向,近年来,能量计量技能已在西欧和北美普遍运用,它是在体积丈量的基础上,再装备天然气发热量的丈量设备。在天然气贸易计量中,以能量的办法进行结算是最公正的办法。

流量丈量首要办法有:运用伯努利方程原理来丈量流量,以输出流体差压信号来反响流量;运用丈量流速来得到流量称为速度式流量丈量;运用一个一个规范小容积接连地丈量流量称为容积式流量丈量;以丈量流体质量为目的的流量丈量。 流量外表是基于不同丈量原理基础上开展出来用于流量的外表。