氮氣流量計在工業(yè)生產(chǎn)中的使用與維護
點(diǎn)擊次數：2213 發(fā)布時(shí)間：2020-11-06 09:33:46
摘要: 氮氣流量計是速度式流量計，具有溫壓補償、瞬時(shí)流量顯示和累積流量積算功能。選用儀表類(lèi)型時(shí)要考慮應用場(chǎng)合、精度要求和儀表功能等因素。該文介紹氮氣流量計的正確安裝和維護及其在使用過(guò)程中常見(jiàn)故障現象和處理方法
引言
氮氣流量計是速度式流量計之一，主要用于工業(yè)管道介質(zhì)流體的流量測量，如液體、氣體、蒸氣等單相流滿(mǎn)管介質(zhì)的測量。有模擬量標準信號或數字量脈沖信號輸出，智能流量顯示儀，具有溫壓補償、瞬時(shí)流量顯示和累積流量積算功能。便于計算機等數字系統配套使用，是一種比較先進(jìn)、理想的流量?jì)x表。
1 氮氣流量計的工作原理
氮氣流量計是由漩渦發(fā)生體、頻率檢測器和信號轉換器等環(huán)節組成，輸出 4 ～ 20 mADC 信號或脈沖電壓信號。其測量原理是在流動(dòng)的流體中的垂直流動(dòng)方向安放 1 根或多根非流體型阻流體，在一定的流量范圍內，流體在阻流體兩側交替地分離、釋放出 2 串頻率正比于管道內的平均流速、規則的、不對稱(chēng)有規律的交替漩渦列，如圖 1 所示，且兩側漩渦旋轉方向相反。采用檢測元件測出漩渦頻率就可以推算出流體的流量。
假設被測介質(zhì)的平均流速為 v，旋渦的發(fā)生頻率為 f，旋渦發(fā)生體迎面寬度為 d，一側漩渦產(chǎn)生的頻率 f 與 v 和 d 之間有如下關(guān)系式:
式中: Sr是雷諾數的函數，在 ＲeD = 2 ×104 ～ 7×106范圍內，氣體 5 ～ 50 m /s; 液體 0． 5 ～ 7 m /s，當旋渦發(fā)生體的形狀和尺寸一定時(shí)，Sr可視為常數，渦街頻率與體積流量成比例關(guān)系，不受流體物理性質(zhì)和組份變化的影響。
氮氣流量計可以測量單相流狀態(tài)下的液體、氣體和蒸汽的流量，在混相流體狀態(tài)時(shí)，流量計是不能作出精確測量的。
2 氮氣流量計的選用
氮氣流量計按傳感器分為法蘭式、夾持式和插入式。選型時(shí)優(yōu)先考慮法蘭式，其次是夾持式。原因是夾持式和插入式流量計的精度受安裝影響較大，不規范的安裝將產(chǎn)生很大的測量誤差。無(wú)需做精確控制和計量的場(chǎng)合，可以選用插入式氮氣流量計。
氮氣流量計有一體式和分體式兩種類(lèi)型，在高溫環(huán)境或高空或井中安裝的場(chǎng)合，為了改善儀表的工作環(huán)境或方便儀表的檢修選用分體式儀表。采用一體式儀表時(shí)，安裝點(diǎn)周?chē)鷳摿粲休^充裕的空間，以便安裝接線(xiàn)和定期維護。
3 氮氣流量計的溫壓補償
氣體是可壓縮流體，當溫度和壓力變化時(shí)，其體積量將隨之改變。氣體流量測量時(shí)均要求流量計輸出標準體積流量或質(zhì)量流量，而氮氣流量計只能測量出工況下的體積流量，所以氮氣流量計測量一般氣體或蒸汽時(shí)儀表選型一定要考慮溫壓補償功能。通過(guò)溫壓補償可以將工況體積流量轉換為質(zhì)量流量或標況體積流量。測量一般氣體時(shí)，補償原理是根據標準氣體狀態(tài)方程式:
式中: P0，P1分別為標準狀態(tài)下和工況下的絕對壓力( Pa) ; T0，T1 分別為標準狀態(tài)下和工況下的熱力學(xué)溫度( K) ; V0，V1分別為標準狀態(tài)下和工況下的氣體體積。
測量蒸汽時(shí)，不能使用標準氣體狀態(tài)方程式，飽和蒸氣只需壓力或溫度補償。一般有以下兩種補償方式:
一是當氮氣流量計傳感器無(wú)內置壓力、溫度檢測元件時(shí)，只能在儀表內部做靜態(tài)補償，就是輸入固定的溫度和壓力值用于補償。此方法只適用于溫度壓力變化不大的場(chǎng)所。氮氣流量計傳感器有內置壓力和溫度檢測元件時(shí)，儀表根據所測溫度和壓力判斷蒸汽狀態(tài)是屬于飽和蒸氣還是過(guò)熱蒸汽，由儀表內部存儲的蒸汽數據庫自動(dòng)計算質(zhì)量流量。
二是采用蒸汽流量積算儀，將氮氣流量計所測工況體積流量以及溫度和壓力變送器所測信號傳到蒸汽流量積算儀，如圖 2 所示由蒸汽流量積算儀進(jìn)行補償運算。蒸汽流量積算儀內置過(guò)熱蒸汽以及飽和蒸氣補償算法，可以輸出質(zhì)量流量、標準體積流量甚至熱量和比焓等。
4 氮氣流量計的安裝
氮氣流量計的正確安裝是保障儀表正常運行的重要環(huán)節，若安裝不正確，輕則影響儀表的測量精度，重則影響儀表的使用壽命，甚至會(huì )損壞儀表。氮氣流量計的安裝管道要避免高溫熱源和輻射源的影響，安裝場(chǎng)所須有隔熱通風(fēng)措施，避開(kāi)強腐蝕環(huán)境。為了消除電干擾，現場(chǎng)布線(xiàn)要與高壓線(xiàn)、電源線(xiàn)和電力設備保持足夠的距離。
氮氣流量計盡量避免安裝在震動(dòng)較強的管道上，特別是橫向震動(dòng); 流量計盡量避免安裝在架空而過(guò)長(cháng)的管道上，導致流量計下垂，造成法蘭的密封泄漏; 若必須在上述兩種情況下安裝，需在傳感器的上下游 2D 處分別設置管道緊固裝置并加防震墊。
氮氣流量計安裝在室外應注意防水，電氣接口處應將電纜線(xiàn)彎成 U 形，避免水順著(zhù)電纜線(xiàn)進(jìn)入儀表殼內。氮氣流量計安裝點(diǎn)的上游較近處若安裝有不斷開(kāi)關(guān)的閥門(mén)，會(huì )影響流量計的使用壽命，易對流量計造成永久性損壞。
氮氣流量計的口徑如果與工藝管道相同，不能滿(mǎn)足流量?jì)x表要求時(shí)，或者在此流速下測量準確度不能保證時(shí)，需要縮小儀表口徑，從而提高管內流速，保證測量精度。上下游必須有足夠的直管段，若傳感器安裝點(diǎn)的上游在同一平面上有 2 個(gè) 90°彎頭時(shí)，上游直管段≥25D，下游直管段≥5D。根據測量的需要，需在氮氣流量計附近測量壓力和溫度時(shí)，測壓點(diǎn)應在傳感器下游的( 3 ～ 5) D 處，測溫點(diǎn)應在傳感器下游的( 6 ～ 8) D 處，如圖 3 所示。
5 氮氣流量計的維護與故障處理
氮氣流量計無(wú)可動(dòng)部件，所以在正常使用情況下，維護工作量較少。在儀表投用的初始階段，要求液體流量緩慢增加，以免損壞儀表的渦街發(fā)生體。
5． 1 氮氣流量計的維護
日常維護的任務(wù)是: 密切關(guān)注氮氣流量計顯示板的低電池指示燈，如有閃光現象應盡快更換內部電池; 定期檢查屏蔽和接地情況，消除外界干擾，有時(shí)指示問(wèn)題是由于受到干擾造成的; 定期清洗氮氣流量計的探頭，探頭檢測孔如果被污物堵塞，會(huì )影響正常測量。
5． 2 氮氣流量計的故障現象與處理
現象 1: 計量不準。處理方法: 檢查儀表 K 系數或口徑等關(guān)鍵參數設置; 檢查測量氣體或蒸汽時(shí)補償方式或參數是否正確; 檢查流量計安裝時(shí)墊片是否同心或伸入管道等等。
現象 2: 傳感器損壞。處理方法: 在蒸汽測量中，99% 的氮氣流量計傳感器損壞原因是因為水錘，為避免水錘的產(chǎn)生需在工藝管線(xiàn)增加疏水器; 檢查傳感器材質(zhì)選擇是否正確，介質(zhì)是否腐蝕儀表傳感器; 檢查傳感器工作溫度是否大于額定值。
6 結語(yǔ)
氮氣流量計采用微功耗高新技術(shù)，采用鋰電池供電，可不間斷運行 2 年以上; 可就地顯示瞬時(shí)流量、累積流量等。氮氣流量計廣泛適用于化工、石油、冶金、電力、煤炭等領(lǐng)域。只有在正確選型、正確安裝和正確維護下才能保證其發(fā)揮應有的作用。
引言
氮氣流量計是速度式流量計之一，主要用于工業(yè)管道介質(zhì)流體的流量測量，如液體、氣體、蒸氣等單相流滿(mǎn)管介質(zhì)的測量。有模擬量標準信號或數字量脈沖信號輸出，智能流量顯示儀，具有溫壓補償、瞬時(shí)流量顯示和累積流量積算功能。便于計算機等數字系統配套使用，是一種比較先進(jìn)、理想的流量?jì)x表。
1 氮氣流量計的工作原理
氮氣流量計是由漩渦發(fā)生體、頻率檢測器和信號轉換器等環(huán)節組成，輸出 4 ～ 20 mADC 信號或脈沖電壓信號。其測量原理是在流動(dòng)的流體中的垂直流動(dòng)方向安放 1 根或多根非流體型阻流體，在一定的流量范圍內，流體在阻流體兩側交替地分離、釋放出 2 串頻率正比于管道內的平均流速、規則的、不對稱(chēng)有規律的交替漩渦列，如圖 1 所示，且兩側漩渦旋轉方向相反。采用檢測元件測出漩渦頻率就可以推算出流體的流量。
假設被測介質(zhì)的平均流速為 v，旋渦的發(fā)生頻率為 f，旋渦發(fā)生體迎面寬度為 d，一側漩渦產(chǎn)生的頻率 f 與 v 和 d 之間有如下關(guān)系式:
式中: Sr是雷諾數的函數，在 ＲeD = 2 ×104 ～ 7×106范圍內，氣體 5 ～ 50 m /s; 液體 0． 5 ～ 7 m /s，當旋渦發(fā)生體的形狀和尺寸一定時(shí)，Sr可視為常數，渦街頻率與體積流量成比例關(guān)系，不受流體物理性質(zhì)和組份變化的影響。
氮氣流量計可以測量單相流狀態(tài)下的液體、氣體和蒸汽的流量，在混相流體狀態(tài)時(shí)，流量計是不能作出精確測量的。
2 氮氣流量計的選用
氮氣流量計按傳感器分為法蘭式、夾持式和插入式。選型時(shí)優(yōu)先考慮法蘭式，其次是夾持式。原因是夾持式和插入式流量計的精度受安裝影響較大，不規范的安裝將產(chǎn)生很大的測量誤差。無(wú)需做精確控制和計量的場(chǎng)合，可以選用插入式氮氣流量計。
氮氣流量計有一體式和分體式兩種類(lèi)型，在高溫環(huán)境或高空或井中安裝的場(chǎng)合，為了改善儀表的工作環(huán)境或方便儀表的檢修選用分體式儀表。采用一體式儀表時(shí)，安裝點(diǎn)周?chē)鷳摿粲休^充裕的空間，以便安裝接線(xiàn)和定期維護。
3 氮氣流量計的溫壓補償
氣體是可壓縮流體，當溫度和壓力變化時(shí)，其體積量將隨之改變。氣體流量測量時(shí)均要求流量計輸出標準體積流量或質(zhì)量流量，而氮氣流量計只能測量出工況下的體積流量，所以氮氣流量計測量一般氣體或蒸汽時(shí)儀表選型一定要考慮溫壓補償功能。通過(guò)溫壓補償可以將工況體積流量轉換為質(zhì)量流量或標況體積流量。測量一般氣體時(shí)，補償原理是根據標準氣體狀態(tài)方程式:
式中: P0，P1分別為標準狀態(tài)下和工況下的絕對壓力( Pa) ; T0，T1 分別為標準狀態(tài)下和工況下的熱力學(xué)溫度( K) ; V0，V1分別為標準狀態(tài)下和工況下的氣體體積。
測量蒸汽時(shí)，不能使用標準氣體狀態(tài)方程式，飽和蒸氣只需壓力或溫度補償。一般有以下兩種補償方式:
一是當氮氣流量計傳感器無(wú)內置壓力、溫度檢測元件時(shí)，只能在儀表內部做靜態(tài)補償，就是輸入固定的溫度和壓力值用于補償。此方法只適用于溫度壓力變化不大的場(chǎng)所。氮氣流量計傳感器有內置壓力和溫度檢測元件時(shí)，儀表根據所測溫度和壓力判斷蒸汽狀態(tài)是屬于飽和蒸氣還是過(guò)熱蒸汽，由儀表內部存儲的蒸汽數據庫自動(dòng)計算質(zhì)量流量。
二是采用蒸汽流量積算儀，將氮氣流量計所測工況體積流量以及溫度和壓力變送器所測信號傳到蒸汽流量積算儀，如圖 2 所示由蒸汽流量積算儀進(jìn)行補償運算。蒸汽流量積算儀內置過(guò)熱蒸汽以及飽和蒸氣補償算法，可以輸出質(zhì)量流量、標準體積流量甚至熱量和比焓等。
4 氮氣流量計的安裝
氮氣流量計的正確安裝是保障儀表正常運行的重要環(huán)節，若安裝不正確，輕則影響儀表的測量精度，重則影響儀表的使用壽命，甚至會(huì )損壞儀表。氮氣流量計的安裝管道要避免高溫熱源和輻射源的影響，安裝場(chǎng)所須有隔熱通風(fēng)措施，避開(kāi)強腐蝕環(huán)境。為了消除電干擾，現場(chǎng)布線(xiàn)要與高壓線(xiàn)、電源線(xiàn)和電力設備保持足夠的距離。
氮氣流量計盡量避免安裝在震動(dòng)較強的管道上，特別是橫向震動(dòng); 流量計盡量避免安裝在架空而過(guò)長(cháng)的管道上，導致流量計下垂，造成法蘭的密封泄漏; 若必須在上述兩種情況下安裝，需在傳感器的上下游 2D 處分別設置管道緊固裝置并加防震墊。
氮氣流量計安裝在室外應注意防水，電氣接口處應將電纜線(xiàn)彎成 U 形，避免水順著(zhù)電纜線(xiàn)進(jìn)入儀表殼內。氮氣流量計安裝點(diǎn)的上游較近處若安裝有不斷開(kāi)關(guān)的閥門(mén)，會(huì )影響流量計的使用壽命，易對流量計造成永久性損壞。
氮氣流量計的口徑如果與工藝管道相同，不能滿(mǎn)足流量?jì)x表要求時(shí)，或者在此流速下測量準確度不能保證時(shí)，需要縮小儀表口徑，從而提高管內流速，保證測量精度。上下游必須有足夠的直管段，若傳感器安裝點(diǎn)的上游在同一平面上有 2 個(gè) 90°彎頭時(shí)，上游直管段≥25D，下游直管段≥5D。根據測量的需要，需在氮氣流量計附近測量壓力和溫度時(shí)，測壓點(diǎn)應在傳感器下游的( 3 ～ 5) D 處，測溫點(diǎn)應在傳感器下游的( 6 ～ 8) D 處，如圖 3 所示。
5 氮氣流量計的維護與故障處理
氮氣流量計無(wú)可動(dòng)部件，所以在正常使用情況下，維護工作量較少。在儀表投用的初始階段，要求液體流量緩慢增加，以免損壞儀表的渦街發(fā)生體。
5． 1 氮氣流量計的維護
日常維護的任務(wù)是: 密切關(guān)注氮氣流量計顯示板的低電池指示燈，如有閃光現象應盡快更換內部電池; 定期檢查屏蔽和接地情況，消除外界干擾，有時(shí)指示問(wèn)題是由于受到干擾造成的; 定期清洗氮氣流量計的探頭，探頭檢測孔如果被污物堵塞，會(huì )影響正常測量。
5． 2 氮氣流量計的故障現象與處理
現象 1: 計量不準。處理方法: 檢查儀表 K 系數或口徑等關(guān)鍵參數設置; 檢查測量氣體或蒸汽時(shí)補償方式或參數是否正確; 檢查流量計安裝時(shí)墊片是否同心或伸入管道等等。
現象 2: 傳感器損壞。處理方法: 在蒸汽測量中，99% 的氮氣流量計傳感器損壞原因是因為水錘，為避免水錘的產(chǎn)生需在工藝管線(xiàn)增加疏水器; 檢查傳感器材質(zhì)選擇是否正確，介質(zhì)是否腐蝕儀表傳感器; 檢查傳感器工作溫度是否大于額定值。
6 結語(yǔ)
氮氣流量計采用微功耗高新技術(shù)，采用鋰電池供電，可不間斷運行 2 年以上; 可就地顯示瞬時(shí)流量、累積流量等。氮氣流量計廣泛適用于化工、石油、冶金、電力、煤炭等領(lǐng)域。只有在正確選型、正確安裝和正確維護下才能保證其發(fā)揮應有的作用。
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