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  行业资讯
电磁流量计的流量在测量时应用技术的进展三
2012-3-13 10:24:59

低电导率电磁流量计

低电导率电磁流量计的电极不与被测液体接触,大面积电极紧贴衬里外壁,以电容耦合方式检测流量信号,可测量比传统仪表低2~3个数量级,即可测电导率≥5×10-8S/cm的液体,例如纯水、液氨(不是氨水)、甘油、乙二醇等,以前不能测量或测量困难的液体,国外产品也有称之为无电极电磁流量计者。 这种仪表在衬里有绝缘层生成的情况下仍能工作,若用传统接触电极电磁流量计,电极表面将被绝缘层覆盖使电路断路而无法工作,这一优点在扩大应用范围所起的作用,更大于降低电导率所起作用。

电磁流量计流量传感器多参数测量

所谓多参数测量,即利用传感元件从被测对象按不同物理现象感受到一个以上变量,使流量传感(变送)器功能扩展。例如科里奥利质量流量计测量振动管频率相位差,得到质量流量;测振动管谐振频率得密度。或者在流量传感器加另一传感元件(或传感器)测量另一个变量,扩展功能或补偿另一个变量受其他量的影响,提高测量精度等性能。
1、 差压变送器, 新颖的差压变送器可同时测量差压、静压和温度,并经计算单元作气体压力、温度修正,或测气体质量流量。这已为人们所熟悉,减少了独立的传感器数量,简化管线工程,降低安装费用;减少管线开孔,降低潜在泄露点,提高整体可靠性。 2. 科里奥利质量流量计 ,科里奥利质量流量计利用测量管二半部分振动频率相位差正比于质量流量以测流量,利用测量管谐振频率与管中被测介质密度间的函数关系求取密度。科里奥利质量流量计还从两个基本参数质量流量qm和密度ρ衍生得出体积流量qv;若被测液体是两种有一定密度差的混合液体,还可经密度演算得出一种液体在混合液中的浓度。例如江苏油田用科里奥利质量流量计测量井口出油经气液分离后的油水混合液的质量流量,在测量的同时测出油含量浓度,经演算获得原油质量流量,已有5年以上的使用经验。又如在给水工业测量凝聚剂硫酸铝(明矾)浓度,求取硫酸铝贸易交接总量,防止仅测溶液质量流量时供方有意稀释的渗假行为。 在流程工业中还可利用密度测量控制容器内混合配比或反应过程是否达到期所需浓度;也可以判断管道中所流液体类别,指令分流到下游各自管系[10 22]。 3. 超声流量计,超声流量计利用超声波在不同液体中传播速度之间有差别的物性(例如石油声速为1295m/s,水为1388m/s),在测量流量的同时鉴别管道中液体类别。例如:欧洲在船舶卸油入库常用超声流量计测量入库流量,同时判断输送的液体是石油还是油船的仓底水。 英国Cranfield大学研究试图用于航空业的超声质量流量计,它是在传播时间法超声体积流量计的基础上,再利用超声测得第二参量液体阻抗和密度,演算得质量流量。原型样机水油实验表明,流量1800kg/h范围度50:1时可获±1%的精度。


电磁流量计重视经济效益

流过流量仪表的能源和物料都是昂贵的资源,人们重视应用流量仪表后的整体经济效益,选用流量仪表经济因素常处下主导地位。流量仪表的经济效益分为三个层次:第一层次是仪表测量误差引起多付或少收的损失;第二层次是运行费用,包括泵送能耗费,定期校准费和维修费;第三层次是初装费用,包括仪表购置费、管线配件费和工程调试费等。 1. 减少仪表测量误差引起的损失 ,对储存交接、贸易结算等使用的仪表,用户总是选择测量精度最高的仪表。关键测量工作所使用的仪表即使其价格昂贵至数十万元仍愿采用,因为与所减少的损失相比,还是一个小数。 30年前相对高精度流量仪表的基本误差普遍为(1%~1.5%)FS,最高为0.5%R,到当代则普遍为(0.5%~1%)R,最高为(0.1%~0.5%)R。但实际上应综合考虑测量系统各环节的精度,例如非实流校准的标准孔板的不确定度为1%~1.5%,若选用0.1%差压变送器的实际意义不大,配用0.5%者足矣! 输送交接管线物料除选用高精度仪表外,还非常普遍实行发送方和接收方各装一台仪表的双表制,相互核对。即使测量废污水也常如此,因为污水治理单位收取的污水处理费常数倍甚至十余倍洁净生活和工业用水的价格。 2. 降低运行费用:为降低流量传感器因测量产生压力损失的泵送能耗费,有采有无压损或低压损仪表的趋势,特别是大管径水量输送,无论水厂出厂水还是进厂江河原水的财务结算交接计量,无不用无压损的电磁流量计和超声流量计;流程控制的流量测量则用低压损的插入式仪表。笔者曾试算1m管径文丘利管差压流量计一年泵送能耗费足够购置一台中等价格的电磁流量计。 用得较多压力损失较大的节流式流量计近年又开发或重视应用若干低压损差压发生器,如v-Conen流量计和椭圆弧过渡流管。它们的压损仅为孔板的1/20~1/2。 3. 削减初置费 :流量仪表初置费应包括仪表本身购置费,仪表管线截止阀等工程费用,过滤器和流动调整器等附件费用等。合在一起的总费用,国外有称作TOC(total cost of ownership)。 随着需要量增加,制造成本下降以及市场竞争,流量仪表总体价格缓慢下降,但其中若干品种有较大降价。例如科里奥利质量流量计从70年代末80年代初仅有唯一专利产品,初创期价格昂贵,随着专利等效,现在世界范围制造厂超过45家,竞争激烈。各制造采取措施降低价格,以占有较大市场份额。例如略为牺牲精度等性能,减少一些功能等手段,推出经济型,国外经济型仪表价格从原型号5000美元降至3500美元左右,又如国外较多厂商开发超声检测涡列的涡街流量计,其价格也比传统仪表便宜。 节省辅助性设置费也是削减TOC 的一个方面。近几年日本取消差压式流量计引压管以减少维护工作降低初置费用相当热闹,用近年向市场推出节流装置和差压变送器组成一体化的直接安装方式差压流量计或毛细管远传差压变送器替代传统引压管引压的差压式流量计,在日本有人作过调查,1996~1997年间新建四家工作所用近400台差压式仪表,传统引压管型、一体化直接安装型和毛细管远传型已是三足鼎立,各占三分之一。

安装影响和介质参量影响

流量仪表的管道安装影响在国际上一直受到重视,各阻流件(弯管、异径管、阀门等)产生流动流速分布畸变和旋转流对流量测量影响的研究,减少或消除它们影响的方法和设备(流动整直器、流动调整器)的研究开发,一直延续不断,锲而不舍。十余年来的研究成果纷纷在学术会议和专业期刊上发表,有些成果被国际标准或国家标准采纳。为修订国标准ISO 9951《封闭管道中气体流量的测量--涡轮流量计》提出安装条件的要求,荷兰燃气联合会对口径150和300mm气体涡轮流量计作立体弯管影响试验,这些研究成果都在相应标准中被采用。又如日本标准JIS 8766-1989《涡街流量计流量测量方法》的解说部分,列出涡街流量计受弯管、异径管、闸阀在装用管束式流动整直器之前后的影响示例;JIS 7554-1993《电磁流量计》解说部分也列有不同开度闸阀和蝶阀、单弯管、平面和立体双弯管对电磁流量计影响示例。 美国Miller氏的新版《流量测量工程手册》则撰写专章闸述仪表影响量。该书汇集单声道和双声道超声流量计、涡轮流量计、涡街头流量计以及容积式流量计和科里奥利质量流量计的影响,和管束式流动整直器的效果。 减少或消除管道安装影响设备的研究开发也很大进展,正在修订的国际标准草案ISO/CD5167-1和ISO/CD 5167-2推荐若干类型流动调整器,其中有些类型是首次列入该标准将主要减少旋转流的设备称作流动整直器(flow straightener),如管束式、Etoile型、AMCA型;主要克服流速场畸变的设备称作(真正)流动调整器(true flow conditioner),如NEL(Spearman)型以及持有有效专利的Gallagher型和K-Lab Laws Nova 50E型。 如要实现各种阻流件影响和流动调整效果的试验研究,工程浩大,实验繁多,所费不贷,国内尚无单位系统地开展该项工作。看来花一定力量汇集国际上发表的研究成果,为我所用是切实有效的一种办法。

国外使用单位对仪表制造厂所声称介质参量,如温度、压力、粘度对某些流量仪表没有影响表示怀疑,组织财团委托第三方研究机构验证之,下文介绍若干试验实例。1.电磁流量计 文献[1]*报告了8家制造厂20台电磁流量计,经历了二年半液体温度、环境温度、粘度影响和液体电导率的实验,数据表明这些参量是有一些影响的,若相对于0.2或0.5级精度的仪表,也可以说是相当大的,液体粘度在5~200mm2/s范围内变化,示值平均变化量在0.7%~1.6%。液体温度平均影响量在(0.08~0.28)%/10℃。文献[2]*摘录了该报告中的液体温度、环境温度和粘度影响量和长期稳定性的若干数据。 2.科里奥利质量流量计 NEL(英国工程实验室)对不同制造厂8台口径25mm仪表分别做了粘度影响、密度影响、水温影响等,有些仪表影响甚小,有些影响明显。用水校验的仪表能否用于气体,差别有多少?Fisher Rosemount 公司称该厂两台ELITE CMF 300型仪表用空气校验数据和制造厂用水验收数据相比,相差-0.41%。PIB(德国物理技术院)用20MPa天然气校验口径15mm仪表,误差为±0.7%。中国计量学院用压力1MPa左右氧气对口径6mm的LZKI-2型仪表校验,流量在10kg/h左右时与用水校验时相比,相差-0.59%。