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说说涡街流量计现场可否缩管安装

 涡街流量计在日常使用中,客户会遇到各种各样的问题,下面,我就针对这些问题做下解答。
    许多情况下,仪表厂家总建议对现场管道进行缩管,在缩小了的管子上安装较小口径的涡街流量计。我们十分担心缩管后会使流动阻力损失加大,甚至使介质流动不畅,造成卡脖子现象,后果不堪设想。所以我们一般不容易接受缩管方案。我们这种担心有道理吗?
    答:从工艺安全角度考虑,担心缩管造成流动不畅,这种担心是可以理解的。但是,缩管的建议一般都出现在已有管道管径大而实际流量很小的情况下。 这种情况下,如果我们设想不缩管,大口径流量计将工作在流量下限附近甚至下限以下。其后果是:
(1)在流量下限附近仪表精度差
(2)在流量下限附近流量信号质量 差,有时不能正常工作
(3)在流量下限附近流量计的抗振动能力低,易受环境振 动干扰,导致仪表不能正常工作。
    如果采取了缩管措施,可以带来以下好处:
(1)采用了较小口径流量计,可以经常工作于仪表流量范围的中,上区域,仪表信号质量好,精度高
(2)仪表在此流量范围工作,具有较好的抗振动性能
(3)缩径后,可获得较长的仪表直管段,改善仪表的工作性能
(4)小口径仪表价格较低注意到缩管后的管道口径是根据实际流量范围确定的,既然缩管后的流量计允许流量范围与管道实际流量范围匹配,其流量阻力也应在合理的范围内,不会造成过大的阻力损失,也不会出现卡脖子现象。反过来想一下,如果阻力过大,缩自然会适当放大管径了,最后选定的缩管口径必然是合理的管径。因此,卡脖子现象的担心是没有必要的。 缩管问题实质上不是流量计的问题,而是管道设计不合理造成的问题。道理上应该修改管道工艺设计,采用合理的较小口径的管道。
    前面提到,涡街流量计的仪表系数K取决于仪表几何尺寸如柱体宽度d,流道内径 D等,那么,使用一段时间后,柱宽d被介质磨窄了或由于杂质沉积变宽了,仪表系数发生改变,流量计精度不就变差了吗?
    答:您这样分析问题是非常正确的。柱宽d与仪表系数密切相关。当初设计傻瓜涡街流量计的柱型和柱宽时,就注意到了这个重要问题。设计时采取了两个措施来避免这 个情况发生。首先,三角柱涡街流量计柱型断面等腰三角形底边相邻的两个顶角被切去,形成具有一定宽度的两个平行平面,此两个平行平面的距离形成柱宽d。由于柱宽d不是由易于被磨损的棱边而是由不易被磨损的平行平面形成,所以具有很高的耐磨性,经过长时间使用,柱宽d也不易改变。此次,通过采用适当的柱宽比(d/D),减少柱宽变化对仪表系数K的影响。原来,流体流经表体时,流体被柱体阻挡而经由两个弓形断面流道流过。弓形断面中流体流速,即柱侧流速v受到柱宽d的影响:柱宽d变大,弓形断面流道面积变小,柱侧流速v增大;反之,柱宽d变小,柱侧流速v变小。联系到f与d和v的系:f=St ×v/d , 柱宽变化时,d和v是同时变大或变小的。设计仪表时,如果选择某个最佳的柱宽,使得d和v具有相近的变化率,则柱宽d发生变化几乎不会引起f发生变化。这样设计的仪表,即使经过长时间运转,柱宽发生了变化,仪表精度也可以保持不变。
    压电晶体检测式涡街流量计对机械振动敏感,所以在有机械振动的环境中,不宜采用压电晶体检测式涡街流量计,这种说法对吗?
答:这种说法有正确的一面,但不完全正确。压电晶体检测式涡街流量计采用的是应力 检测原理,当装有压电晶体的探头受到涡街的交变横向力作用时,压电晶体受应力作用而产生交变电荷涡街信号输出。当管道发生机械振动时,由于探头体惯性力的作用,压电晶体也会受应力作用而输出振动噪声信号,这就是应力检测式涡街流量计对机械振动敏感的原因。应力检测式涡街流量计设计时,采取了一系列的抗振动措施,使流量计具有抗振动能力。设计水平较高的应力检测式涡街流量计用于有机械振动的场合一般是没有问题的。有多种抗振动设计方案,其中之一是在探头中采用多个压电晶体,在涡街力作用下, 这些晶体产生的电荷信号相互叠加,得到加强了的涡街信号;而在机械振动惯性力作用下,这些晶体产生的电荷信号相互抵消,探头输出的是抵消后残留的机械振动噪声信号,如果这种噪声信号相对于涡街信号足够小,是不会影响仪表的正常工作的。所以,除非管道振动异常强烈,一般有机械振动的场合,是可以安装使用应力检测式涡街流量计的。 
    是不是只有应力检测式涡街流量计怕管道振动?
    答:不是。所有采用力敏检测原理的流量计,从原理上分析,都存在机械振动噪声干扰问题,或者简单地说,都在一定程度上怕振动。除了压电晶体检测式涡街流量计,应变检测式,差动电容检测式和其它应用力敏检测原理的涡街流量计还有靶式流量计等,都属于此类对机械振动敏感的流量计。这些流量计是否能在震动场合使用,取决于其抗振动设计是否完善。 
    安装应力检测式涡街流量计的现场管道机械振动相当强烈,影响到仪表不能正常工作,有何对策?
    答:遇到这种情况,可采用下列措施中的一种或几种,使仪表能正常工作。
(1)调整流量计的安装方位。
    流量计对不同方向的抗振动的抵抗能力是不同的。安装在管道上的流量计方位可用X-Y-Z三维坐标表示,X是管道中心线方向,即流量计进口到出口的方向;Z是流量计柱体轴向;Y是与管道中心线垂直同时与流量计柱体轴向垂直的方向,也是涡街横向力作用的方向。流量计Z方向的抗振动能力最强而Y方向则最差(请读者思考一下:为什么?)。流量计安装于管道上时,X轴是必须与管道一致的,但是流量计的Y轴(连带Z轴)是可以随意绕X轴旋转到任意方位的。明白了这一点,我们就有了第一个措施了:观察或测定短道的主要振动方向,然后,旋转流量计,直到Z轴与此主振反向重合,把仪表固定在该方位工作。
(2)增设管道固定支架,限制管道振幅。
    在流量计下游,紧靠流量计处加装一个固定支架,可以减小管道振幅,某些情况下,还可以同时提高管系的谐振频率(利于仪表电路发挥降噪功能),达到降低振动噪声目的。
(3)调整仪表电路的设定状态,力求排除振动噪声的影响。 
    为什么用于计量目的时,应该采用涡街流量传感器而不应采用变送器?
    答:傻瓜涡街流量计的设计方案赋予它很好的抗脏污能力。由于探头外置,简化了旋涡发生体的结构。仪表通流部分没有孔洞,不存在对杂质敏感的间隙,不会由于介质结垢,结晶或介质中杂质沉积而影响仪表正常工作。由于仪表探头是力敏元件,即使探头上有介质结垢或杂质沉积不会影响探头的功能。 
    隔爆型涡街流量计与本安防爆型涡街流量计使用上有何不同?
    答:这里,我们暂不讨论它们在系统设计和安装工艺上的不同要求,我们只关注这两种不同防爆型式涡街流量计的不同操作要求和用户的不同感受。首先我们要注意到,由于流量测量的特点,流量仪表的现场调试是难免的。而对于现今国内外生产的涡街流量计而言,通电状态下的现场调试几乎是必不可少的。涡街流量计一般需要现场调整信号增益,触发灵敏度,消除振动干扰等操作。隔爆型涡街流量计不允许通电状态下打开电路壳体,要交替通断电源进行反复调整,既不方便也容易出现差错和危险。当然可以设计成在壳外调整,但结构却复杂了。本安防爆型涡街流量计则可以在通电状态下进行随意的操作,既便利又安全。傻瓜涡街流量计为了用户的便利和安全,自然首选采用本安防爆型设计,但是,傻瓜涡街流量计本来就不需要现场调试,具有采用隔爆型的先天条件。为了适应某些特定的系统的要求,傻瓜涡街流量计也设计了隔爆型。这种隔爆型傻瓜涡街流量计设计了隔爆外壳,同时采用了本安防爆型电路组件和本安防爆的探头,所以,是一种本安-隔爆型流量计。当系统中接入安全栅时,它既本安又隔爆;系统中不设安全栅时,它是隔爆型流量计。
    涡街流量计测量气体或蒸汽时,需要同时测量介质压力和温度。对压力和温度测点位置有什么要求?
    答:压力温度测点,应按照涡街流量计生产厂家在安装使用说明书中指定的位置设置。温度测点应设在流量计后3-5D,太靠近流量计,温度计套管会影响流量计的信号质量,温度测点离流量计太远,则测得温度可能与流量计处温度有差异。压力测点则必须完全按照厂家指定位置设置,否则,会产生附加的测量误差。由于流量计前后有压力差,因此,流量计前后压力不同,介质密度也不同。
    高粘度介质采用涡街流量计应注意什么?
    答:涡街流量计不适用于高粘度介质。这里的“高粘度”是指运动粘度高。
对液体而言,运动粘度应在50cst以下(常温水仅为1cst)。黏稠的液体,如重油,在常温下,运动粘度很高,如需采用涡街流量计,必须将其加热到120℃以上,使其运动粘度降到10cst以下。
    对气体而言,运动粘度应在50cst以下(常温常压空气为15cst),密度低的气体,一般运动粘度都比较高,如常压氢气,高达90cst,如果采用涡街流量计测量氢乞流量,氢气压力越高越好,因为高压下,氢气运动粘度要低得多。高粘度介质采用涡街流量计要认真核算其使用最小流量下的雷诺数因为是否可以采用涡街流量计是取决于使用最小流量下的雷诺数(Re≥2×104),而不是直接取决于介质的粘度。介质的粘度是通过雷诺数起作用的。因此,是否可采用涡街流量计也还取决于管道口径和流量大小(Re=Dv/v)。是否适于采用涡街流量计要视Re核算结果而定。一般说来,粘度高的介质,如果口径大,小流量不太小,则采用涡街流量计的可行性就越高。
    我单位购进了一台DN50涡街流量计,从说明书查到,其液体用流量范围是3-50m3/h。我们在油流标准装置上标定的结果是10-50 m3/h符合精度要求,但10m3/h以下精度不合格,应如何评价此台流量计?
    答:涡街流量汁说明书中,标明的流量范围是使用于特定参考介质的流量范围,如液体—般指常温水。用于其他介质时,可用流量范围将随介质的粘度和密度不同而异。
    由于油流量标准装置采用粘度比水大,密度比水小的柴油做标定介质,流量计的下限流量—般都会相应提高,使可用流量范围变窄。所以,涡街流量计在。油流量标定装置上标定出现小流量性能变差是正常的。由此我们不难推断,如果用液化石油气(这种低粘度介质)标定涡街流量汁,将会得到比水好的相反结果。 
    我们采用水装置标定涡街流量计,发现小流量时,仪表出现很大的正误差(K值偏大很多)为什么?
    答:这种情况一般出于以下两种原因(之一或兼有):
    一、标定小流量时,切换成小容器。使特性衔接出现偏差。
    二、流量计在装置上安装时,对中不好或仪表实际内径明显大于装置管道内径。
    第二种原因中,对中不好对小口径流量计的影响尤为明显,常常是主要原因。对中不良还是几次标定结果不一致的主要原因。所以,对小口径流量计在装置上的安装对中一定要给以足够重视。
    测量饱和蒸汽流量时,安装了Ptl00热电阻测量蒸汽温度,发现流量计显示表显示的蒸汽温度和压力都偏低,致使蒸汽质量流量显示也偏低。应如何处理?
    答:由于显示仪显示的饱和蒸汽压力是由蒸汽温度直接推算出来的,测得温度偏低,必然导致压力随之偏低。因此,应该解决温度测量不准的问题。在显示仪处测量热电阻的阻值便可判断问题出在显示仪或热电阻。如果测量值并不偏低,则问题在显示仪:
    如果测量阻值偏低,则问题出在热电阻方面。热电阻阻值偏低,既可能由于热电阻本身阻值温度对应关系不准确,也可能由于热电阻及温度套管安装有问题,致使热电阻本身温度与蒸汽温度存在差异。常见的热电阻问题足热电阻插入深度不够,其结果是测衔温度比实际,温度低。按照以上思路分析判断,测量温度偏低的问题便可以得到解决,蒸气流量偏低的问题也就随之解决了。在仪表使用现场还可能遇到一种情况,就是上面提到的问题都不存在,仪表安装都没有问题,但温度示值还是不对。这种情况则很可能由于环境电气干扰。测温电阻到仪表的沿途可能有变频设备,变压器或大功率电机等会发出较强的不同频率的干扰,造成电阻值测量结果出现偏差。这时,可在热阻上适当并联滤波电容,将交流干扰噪声短路。 
    采用涡街流量计测量蒸汽流量时,感到测量结果有明显偏差,对流量计认真考核后,断定流量计仪表系统(包括流量传感器、显示仪表和温度压力仪表)完全正常。那么,问题出在哪里呢?
    答:在排除了仪表系统的问题以后,应该进行热力学上的分析、这时有几种情况应该加以注意.
测量饱和蒸汽时:
    饱和蒸汽在管道中传输时,由于散热而温度降低,压力下降,并出现凝结水的密度远大于蒸汽,因而,蒸汽凝结将导致蒸汽流量明显变小。 
    测量饱和蒸汽时:—般只测量温度或只测量压力,因为压力和温度存在固定的对应关系。然而,当管道保温良好,流动阻力损失很大时(管道上有开度很小的阀门,减压装置等),下游蒸汽很可能会由于压力急剧降低而变成过热蒸汽(热力学上的绝热节流效应)。这样的蒸汽,应该按过热蒸汽对待,同时测量温度和压力。如果仍然按饱和蒸汽对待,将会出现较大偏差。 
    测量过热蒸汽时:如果管道保温不好,流动阻力损失又不大(管道上没有太多的阀门等阻力件),则由厂温度快速降低而有可能使蒸汽由过热变为饱和,并出现凝结水。此时,如果仪表依然按过热蒸汽规律进行密度运算将会带来附加误差,而凝结水的出现,又会使测量结果的偏差进一步加大。  
    使用本安防爆型涡街流量计时,隔爆型涡街流量计的安全要点是什么?
    答:当采用本安防爆型涡街流量传感器与流量显示仪组成流量测量系统时,它们之间必须装有与防爆型传感器电气参数匹配的防爆安全栅,而且防爆安全栅和显示仪都必须安装在安全区(非爆炸性环境)。
    当使用隔爆型涡街流量计时,应严格遵守“通电状态下,不准打开隔爆电器外壳”? 的规定,在通电情况下,打开隔爆外壳进行电气调整是非常危险和绝对不允许的。
     通常,涡街流量计的精度是±1%,如果希望采用涡街流量计,精度达到±0.5%以上是否可能?
    答:在要求高精度测量的场合,需要采用特殊设计的傻瓜涡街流量汁。这种流量计在结构和电路上进行了改进,使仪表可以达到更高的精度,可以在很宽的范围内达到±0.5%。
    “涡街流量计性能与测量介质无关“的含义是什么?
    答 :涡街流量计是一种速度式流量计,仪表输出信号的频率与介质流速成比例关系。从公式f= St ×v/d 可以看出,对于具体一台涡街流量计,St和d 是仪表结构参数,频率f 仅取决于流速v。至于测量介质究竟是气体,液体或蒸汽,介质温度,压力密度,粘度等热工状态参数如何,均不会对仪表输出信号的频率产生影响。因此,仪? 表的测量特性,即仪表系数k =f/(vF)=St/dF (F为流道断面积)与测量介质无关。换句话说,涡街流量计用于测量不同介质时,仪表系数是相同的。
 既然涡街流量计性能与测量介质无关, 为什么涡街流量计测量气体和蒸汽时还要测量介质压力和温度?
    答:首先我们要记住,? 涡街流量计测量的流量, 是流经流量计的介质体积流量。正是由于涡街流量计性能与测量介质无关,流量计提供给我们的是流经流量计的介质体积流量而不管介质压力有多大,温度有多高,密度是多少。对于流量计的使用者来说,仅知道流过流量计的气体或蒸汽的体积是不够的,我们需要知道的是流过流量计的介质的质量或标准状态下的体积,以便进行物流的平衡分析或物料交易结算。因此,需要随时测量介质的压力,温度等热工状态参数,以便将流量计提供的工况体积流量换算成相当的质量流量或标准状态下的体积。 所以测量温度和压力不是涡街流量计本身的需要,而是我们对流量信息内容的需要。显然,如果我们只需了解工况下的体积流量,我们就不必测量介质温度和压力了。
    有时,管道的设计流量范围比流量计的可用流量范围宽得多,按大流量选用较大口径流量计,恐怕流量小时仪表不能起动;按小流量选用较小口径流量计,又担心流量大时过不去。出现这种情况应如何处理?
    答:每台流量计都有其适用的流量范围,我们不应该主观地要求它完全满足我们定的流量范围。出现这种情况,应该有取有捨。可以这样进行具体分析:
    首先考察给定的流量范围,看它是否合理。例如,给定的大流量对于该口径管道是否超出设计规范,或者对应管内流速是否太高了。反之,可以分析一下,对于该口径管道,如此小的流量是否有测量的价值?这种判断的结果,使我们对侧重于照顾小流量或侧重于照顾大流量有初步的想法。 
    如果分析结果,对给定流量范围没有异议,则一般采用等于或小于管道尺寸的涡街流量计。这样可以保证小流量能正常工作。而流量略超上限时,仪表还是能够正常工作的,只是阻力损失大一些。而通常,超仪表量程的情况,在工业现场是比较少的。流量过小的情况却十分普遍。 
    如果分析结果人为大流量必须得到更多重视,那么,可采用较大口径流量计,但时,只好捨去对小流量的关注,流量计应设置小流量切除。经验告诉我们,出现这种情况,就小不就大成功的概率要大得多

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