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電磁流量計

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電磁流量計安裝條件對測量精度及穩定性的影響研究

來源:作者:發表時間:2018-11-06 08:29:21

       流量計量是科學計量的一個重要組成部分,在國民經濟各個領域中得到了廣泛地應用,電磁流量計是工業中應用最為廣泛的一種流量計。電磁流量計大量應用于天然氣流量測量中,對現場安裝的要求相對較低。電磁流量計有許多優點,但若選型不合理﹑現場安裝不妥﹑使用不當,都將會引起誤差的增大,示值不穩定,甚至表體損壞。針對海上采油平臺的實際情況,正確的安裝方法成了流量計準確計量的關鍵。本文介紹了電磁流量計的研究現狀,在此基礎上,對電磁流量計的工作原理進行了分析。

 
電磁流量計因具有結構簡單、無截流阻流部件,不存在壓力損失和流體堵塞現象且不受介質密度、粘度、溫度等影響,穩定性好等特點,被廣泛應用于工業生產及環保等各個方面。在實際使用中,我們發現流量計常發生測量不準,甚至不能正常運行的狀況,給生產帶來了一定的影響,必須找出解決的辦法并加以改進。
 
1 電磁流量計
電磁流量計(Electromagentic Flowmeter,簡稱 EMF)基于法拉第電磁感應定律制成的一種用于測量導電液體體積流量的速度式流量計。由于其突出的優點和明顯的優勢,目前已被廣泛地應用于各種測量工況中,測量工業過程中各種具有導電特性的液體的體積流量,如各種鹽、酸、堿等腐蝕性介質;各種易燃易爆介質;污水處理及化工、食品、醫藥等工業中各種漿液流量測量,應用領域廣泛且獨特。
 
電磁流量計的構造相對較簡單,傳感器的測量管內幾乎無可移動的部件,阻礙或干擾流體流動的節流部件也不存在。因而,當流體流經流量計時,壓力損失基本為零。因為其特殊的構造形式,阻礙流體流動的結構部件,在儀表測量管內不存在,僅僅只有測量管內襯以及電極與被測流體進行接觸,因此內襯和電極的材料如何選擇,完全取決于被測量流體介質的性質。例如測量磨損較大的礦漿、帶固體顆粒、水泥漿等液固兩相流以及各種帶纖維液體和紙漿等懸濁液體,比較適合采用耐磨橡膠做內襯;而測量各種酸、堿、鹽等腐蝕性介質,則特別適合用聚三氟乙烯或聚四氟乙烯做內襯。
 
2 安裝條件的影響流場分布
2.1 對電磁流量計測量的影響
流體在管道中流動時,一般有兩種流動狀態,即層流流動和湍流流動。 層流流動時,管內流體分層流動,各流層之間相互不混雜而平行于管道軸線流動,流層間沒有流體質點的相互交換,流體通過一段管道的壓力降與流量成正比。而湍流流動時,管內流體不再分層流動,流體質點除了沿管道軸線方向運動外,還有劇烈的徑向運動,流體通過一段管道的壓力降與流量的平方成正比。
 
在實際應用中,出于工藝流程的需要,往往需要在管道中加上彎頭、閥門、減縮管、漸擴管等阻流件,流體流經這些阻流件之后,流場會發生較大的變化。為了較好的觀察流體流經阻流件之后的流場速度分布,選取 90°彎頭和漸縮管為研究對象,90°彎頭的模型和網格劃分如圖 1 所示。管道直徑為 100mm,彎頭處的曲率半徑為 200mm。為了保證流體經過彎頭時已充分發展,彎頭上游有 10D 直管段,并且彎頭下游有 70D 直管段。
Gambit 建立的彎管模型 ( 局部圖 )
電磁流量計對流場的分布沒有嚴格的要求,因此相比于超聲流量計,電磁流量計對于上游直管段的要求不需要太長。流體在通過彎頭時流場會發生一定的改變,通過彎頭之后還需要經過一定的直管段流場才能重新恢復。同樣,流體在通過其他上游阻流件如漸縮管、漸擴管、閥門等同樣也會發生流場的畸變,需要經過一定的直管段之后,流場才能重新恢復,達到電磁流量計測量對流場分布的要求。儀表上游阻流件的影響導致流場的畸變,需要經過一定的直管段才能得到恢復。制造廠也通過不斷的優化電磁流量計的結構以減小其對流場的依賴,經過不斷的努力,現在使用的電磁流量計需要一定的前直管段,但也無需太長。大量的實驗表明,一般電磁流量計上游仍然要有5到10倍管徑的直管段。
 
2.2 電磁流量計安裝位置的影響
傳感器安裝位置的選擇是保證電磁流量計正常運行的關鍵,所以在選擇安裝位置時應考慮下列因素:
(1)根據電磁流量計的測量原理可知,被測流體的流速必須軸對稱分布才能保證流量計正常運行,否則容易引起流量計指示不穩,所以安裝位置的選擇必須使介質滿管且保證直管段的要求(一般前 5D 后 3D)。
(2)為避免氣泡的影響,安裝位置不宜選擇在易積聚氣體的流體管道的最高點,垂直安裝時,應選擇流體由下而上的位置。當流體出口為放空狀態時,傳感器不應安裝在管道放空之處,應安裝在較低處,并使流體滿管。
(3)電磁流量計的測量原理就決定了其易受外界電磁干擾的影響,為避免電磁場干擾,安裝位置應盡可能地遠離有強電磁場的大功率用電設備如大機電、大變壓器等。另外,安裝時流量計應很好的接地,信號線選用屏蔽線并穿管進行保護。
(4)為避免負壓及管道的震動對流量計的影響,安裝位置不宜選擇在泵的進口或地面有強烈的震動處。如管道振動大,在傳感器兩邊應加裝固定管道的支架,以減少震動的影響。
(5)被測介質中含有固體顆粒時,水平安裝會使襯里和電極過分磨蝕,也會使測量管內徑被磨變大,從而產生較大的測量誤差,此時應該選擇垂直安裝。
 
2.3 阻流件的影響
在前直管段為 20D、10D、5D 的各工況中,幾乎所有工況對流量計的測量性能影響都在允許的 0.5% 誤差范圍內;當前直管段小于 5D 時,各工況表現出對流量計測量性能影響的差異不同,其中阻流件為 DN100 球閥 + 不在同一平面 45°雙彎頭、DN100 球閥 +DN100 單彎頭、DN150 球閥 +90°單彎頭 +DN150 變 DN100漸縮管 +90°單彎頭時,對電磁流量計測量性能影響較大。總體來看,電磁流量計在復雜工況下所需的前直管段比較短,保守估計,前直管段為 10D 時均能滿足所有工況時的測量精度。
 
總之,如果流量計在現場使用時沒有正確安裝,例如直管段長度不夠、管徑內液體不是理想液體、環境溫度超出流量計正常使用范圍,都有可能對流量計的測量結果造成極大的影響,可是現場條件未必能像實驗室的安裝條件一樣理想,這就需要使用單位對流量計的性能作必要的了解和對現場安裝條件的嚴格把關。
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