流量計在硬水流量測量中出現(xiàn)的問題及選型
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2.2 測量原理和結(jié)構(gòu)
渦街流量計是應(yīng)用流體振蕩原理來測量流量的流體在管道中經(jīng)過渦街流量變送器時，在三角柱的旋渦發(fā)生體后上下交替產(chǎn)生正比于流速的兩列旋渦，如圖2所示[2]，旋渦的釋放頻率與流過旋渦發(fā)生體的流體平均速度及旋渦發(fā)生體特征寬度有關(guān)，可用數(shù)學(xué)公式表示：
當(dāng)雷諾數(shù)Re在102~105范圍內(nèi)，St值約為0.2，因此，在測量中，要盡量滿足流體的雷諾數(shù)在102~105，旋渦頻率f＝0.2V/d。
由此可知，通過測量旋渦頻率就可以計算出流過旋渦發(fā)生體的流體平均速度υ，再由式q=υA可以求出流量q，其中A為流體流過旋渦發(fā)生體的截面積。
當(dāng)旋渦在滯流元件兩側(cè)產(chǎn)生時，利用壓電傳感器測出與流體流向垂直的交變升力變化，將升力的變化轉(zhuǎn)換為電的頻率信號，再將頻率信號進(jìn)行放大和整形，輸出到二次儀表，進(jìn)行累積、顯示。
圖2 流量檢測示意圖
由于檢測元件——壓電傳感器安裝在滯流元件中，當(dāng)水垢結(jié)在滯流元件上會造成以下后果：
1）造成滯流元件的寬度d增大，由公式（3）可知，檢測元件接收到渦旋列產(chǎn)生的頻率減小，輸出電壓信號減小，因此測量指示值比真實值偏低。
2）使檢測元件接收到渦旋列產(chǎn)生的頻率信號減弱，影響了測量信號的穩(wěn)定性和連續(xù)性，因此出現(xiàn)了測量值不穩(wěn)定的現(xiàn)象。
3）隨著水垢厚度的不斷增加，當(dāng)達(dá)到一定程度后，使檢測元件接受不到渦旋列產(chǎn)生的頻率信號，導(dǎo)致測量值為零。
3 探討和選型
FIC1101在采用靶式和渦街式流量計測量硬水流量的過程中，出現(xiàn)測量不準(zhǔn)確的現(xiàn)象，從以上分析故障原因可知，是由水質(zhì)結(jié)垢引起的，所以要提高FIC1101在測量過程中的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性，有以下兩種選擇：
1）更換流量計的類型，選擇適合測量硬水流量的流量計；
2）更換被測介質(zhì)，電脫鹽注水由硬水改為純凈水。
因節(jié)能減排和生產(chǎn)實際，只能考慮流量計的選型，什么樣的流量計在測量硬水流量時，不受結(jié)垢的影響或受其的影響較小呢？要從以下3方面分析：
1）硬水在流量計中不結(jié)垢；
2）硬水與測量元件之間隔離；
3）硬水結(jié)垢對流量計在測量的過程中影響較小。
根據(jù)各種類型流量計的結(jié)構(gòu)、測量方式和特點，符合條件1）和2）件的有：差壓孔板流量計、超聲波流量計和電磁流量計。如果FIC1101采用差壓孔板流量計，差壓變送器的測壓室與被介質(zhì)被引壓管內(nèi)的引壓液隔離[5]，符合條件2）。但是孔板的表面要求光潔度極高，當(dāng)水垢結(jié)在孔板上，將影響到孔板兩側(cè)的壓差，造成測量不準(zhǔn)確；另外，F(xiàn)IC1101距地面50cm，不利于鋪設(shè)引壓管。所以，F(xiàn)IC1101采用差壓孔板流量計測量硬水流量的效果不佳。因超聲波流量計和電磁流量計的價格昂貴，投資費用高，不易采用。從條件3）考慮，F(xiàn)IC1101采用了國內(nèi)近階段出現(xiàn)測量流量的一個新品種——彎管式流量計。
4 彎管式流量計
4.1 測量原理和結(jié)構(gòu)
彎管式流量計與傳統(tǒng)的孔板流量計一樣同屬于差壓式流量計的范疇，只是它們產(chǎn)生差壓的方式不同，孔板是利用流體的縮放原理產(chǎn)生的差壓，而彎管傳感器是利用流體的慣性原理產(chǎn)生的差壓。當(dāng)流體通過彎管時，受到彎管的約束，流體被迫作類似的圓周運動。當(dāng)流體在作圓周運動時，產(chǎn)生的離心力F作用在彎管的內(nèi)外兩側(cè)，使彎管傳感器內(nèi)外兩側(cè)之間產(chǎn)生一個壓力差，此壓力差（也就是壓差值）的大小與流體的密度有關(guān)，與流體的平均流速有關(guān)，與流體作圓周運動的曲率半徑有關(guān)。它們之間遵循作圓周運動物體都必須遵循的牛頓運動定律：
通過對上述公式進(jìn)行整合、積分處理之后，可得公式：
這個公式描述了介質(zhì)在彎管傳感器中流動時，介質(zhì)對彎管施加的離心力與介質(zhì)的密度，介質(zhì)的平均流速以及彎管的彎徑比之間的關(guān)系。另外，只要介質(zhì)在彎管傳感器中流動的最小雷諾數(shù)達(dá)到一個極低值以上，彎管流量計的流量系數(shù)α就是一個定值。用引壓管把彎管內(nèi)外兩側(cè)的壓差ΔP引出，傳遞給差壓變送器，如圖3所示，再通過公式（5），即可得到流經(jīng)彎管內(nèi)的流體速度υ。
圖3 取壓示意圖
1）測壓室與被測介質(zhì)被引壓管內(nèi)的介質(zhì)隔離，使測壓室內(nèi)不易結(jié)垢；
2）引壓管內(nèi)的介質(zhì)水相對穩(wěn)定，并與管道內(nèi)的被測介質(zhì)進(jìn)行鈣離子交換的速度慢，并且交換量極小，所以在引壓管和測壓室內(nèi)結(jié)垢的速度極小，不會影響引壓和測壓效果；
3）引壓管在測壓室與取壓口之間有一段距離，易于散熱，降低了引壓管內(nèi)鈣離子的熱運動和結(jié)垢的速度。
5 結(jié)束語
FIC1101在采用彎管式流量計測量電脫鹽注水的過程中，表現(xiàn)出運行穩(wěn)定，測量準(zhǔn)確，反映靈敏的效果。FIC1101的維修次數(shù)由過去每周的二三次，變?yōu)槊磕昃S修一次，主要是清理取壓彎管和測壓室內(nèi)的水垢，并且投用后偏移量小，運行正常。
因此在選用流量計時，要考慮的因素很多：準(zhǔn)確度、可靠性、費用、流體特性及其它因素。要嚴(yán)格分析流量計的工作性能，被測流體的物理和化學(xué)特性，結(jié)合現(xiàn)場環(huán)境因素、安裝條件和設(shè)備的性價比等情況，選擇合適的流量計，避免因選型不當(dāng)產(chǎn)生不穩(wěn)定的安全生產(chǎn)因素和造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失。(end)
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