20082008--0101--8--0101--1414概念概念概念概念流量:流量:单位时间内流经某一截面的流体数量。单位时间内流经某一截面的流体数量。流量可用体积流量和质量流量来表示。流量可用体积流量和质量流量来表示。工业上常用的流量仪表可分为两大类工业上常用的流量仪表可分为两大类((11)速度式流量计)速度式流量计((22)容积式流量计)容积式流量计椭圆齿轮流量计腰轮流量计差压流量计质量流量计转子流量计旋涡流量计电磁流量计超声波流量计均速管流量计靶式流量计涡轮流量计差压式流量计差压式流量计差压式流量计差压式流量计节流装置与差压变送器配套测量流体的流量,节流装置与差压变送器配套测量流体的流量,仍是目前炼油、化工生产中使用最广的一种流量测仍是目前炼油、化工生产中使用最广的一种流量测量仪表。量仪表。节流装置节流装置节流装置节流装置节流装置中,应用最多的是孔板、喷嘴、节流装置中,应用最多的是孔板、喷嘴、文丘里管和文丘利喷嘴。这四种节流元件历文丘里管和文丘利喷嘴。这四种节流元件历史悠久,试验数据完整,产品已标准化,所史悠久,试验数据完整,产品已标准化,所以称它们为“标准节流装置”。其他形式的以称它们为“标准节流装置”。其他形式的节流元件,如双重孔板、圆缺孔板等等,由节流元件,如双重孔板、圆缺孔板等等,由于开头特殊,形容尚不深透,缺乏足够的实于开头特殊,形容尚不深透,缺乏足够的实验数据,所以尚未标准化,故称它们为“非验数据,所以尚未标准化,故称它们为“非标准节流装置“。标准节流装置“。适于测量雷诺数>3000的流体适于测量雷诺数>200的雷诺数流体适于测量在孔板前后容易产生沉淀的流体(泥浆)节流装置的取压方式节流装置的取压方式节流装置的取压方式节流装置的取压方式((11)角接取压:)角接取压:上、下游侧取压孔轴心线与孔板(喷嘴)前后上、下游侧取压孔轴心线与孔板(喷嘴)前后端面的间距各等于取压孔直径的一半或等于取压环端面的间距各等于取压孔直径的一半或等于取压环隙宽度的一半,因而取压孔穿透处与孔板端面正好隙宽度的一半,因而取压孔穿透处与孔板端面正好相平。角接取压包括环室取压和单独钻孔取压角接取压包括环室取压和单独钻孔取压,如节流装置的取压方式节流装置的取压方式节流装置的取压方式节流装置的取压方式((22))法兰取压:法兰取压:上上、、下游侧取压孔中心至孔板前后端面的间下游侧取压孔中心至孔板前后端面的间距均为距均为((2525..4400..88)mm)mm,,如图如图节流装置的取压方式节流装置的取压方式节流装置的取压方式节流装置的取压方式((33)径距取压:)径距取压:上游侧取压孔中心与孔板(喷嘴)前端面的距上游侧取压孔中心与孔板(喷嘴)前端面的距离为1D1D,下游侧取压孔中心与孔板(喷嘴)后端面,下游侧取压孔中心与孔板(喷嘴)后端面的距离为的距离为1/2D1/2D,如图,如图节流装置的取压方式节流装置的取压方式节流装置的取压方式节流装置的取压方式下游取压孔位置下游取压孔位置下游取压孔位置下游取压孔位置0.100.100.84D(10.84D(10.30)0.30)0.500.500.63D(10.63D(10.25)0.25)0.150.150.82D(10.82D(10.30)0.30)0.550.550.59D(10.59D(10.20)0.20)0.200.200.80D(10.80D(10.30)0.30)0.600.600.55D(10.55D(10.15)0.15)0.250.250.78D(10.78D(10.30)0.30)0.650.650.50D(10.50D(10.15)0.15)0.300.300.76D(10.76D(10.30)0.30)0.700.700.45D(10.45D(10.10)0.10)0.350.350.73D(10.73D(10.25)0.25)0.750.750.40D(10.40D(10.10)0.10)0.400.400.70D(10.70D(10.25)0.25)0.800.800.34D(10.34D(10.10)0.10)0.450.450.67D(10.67D(10.25)0.25)(4)理论取压法:上游侧的取压孔中心至孔板中心至孔板前端面的距离为1D0.1D;下游侧的取压孔中心线至孔板后端面的距离随的值β=d/D大小而异详见表节流装置的取压方式节流装置的取压方式节流装置的取压方式节流装置的取压方式((55)管接取压:)管接取压:上游侧取压孔的中心线距孔板前端面为上游侧取压孔的中心线D,,下游侧取压孔中心线距孔板后端面为下游侧取压孔中心线孔板安装注意孔板安装注意孔板安装注意孔板安装注意1、孔板的直角边应迎着被测介质的流向;1、孔板的直角边应迎着被测介质的流向;2、前后直管段要求:前24D后7D2、前后直管段要求:前24D后7D3、孔板与工艺管道的同轴度及垂直度,应符3、孔板与工艺管道的同轴度及垂直度,应符合规范的相应规定;合规范的相应规定;4、垫片的内径不应小于工艺管道的内径。4、垫片的内径不应小于工艺管道的内径。5、当管道直径为5、当管道直径为50~100mm50~100mm之间时之间时,,允许允许孔板厚度孔板厚度=3mm.=3mm.随着管道直径随着管道直径DD的增加的增加,,厚厚度也要适当加厚度也要适当加厚11差压式流量计差压式流量计差压式流量计差压式流量计一般只适合于测量一般只适合于测量5050————1000mm1000mm口径的流量口径的流量国家标准规定:差压式流量计节流装置适用最大流量与最国家标准规定:差压式流量计节流装置适用最大流量与最小流量比3:1小流量比3:11.低于30%,精度达不到要求1.低于30%,精度达不到要求2.低于30%,低于界限雷诺数2.低于30%,低于界限雷诺数对振动不敏感,抗干扰能力特别优越对振动不敏感,抗干扰能力特别优越12楔型流量计楔型流量计楔型流量计楔型流量计原理原理::和其它节流装置原理相同,节流装置为一个和其它节流装置原理相同,节流装置为一个楔型块,测量前后压差.所不同的是标准节流装楔型块,测量前后压差.所不同的是标准节流装置无法应用于低于300雷诺数下的测量.它与置无法应用于低于300雷诺数下的测量.它与双法兰配合使用.双法兰配合使用.可用于急冷油等粘稠、温度高等介质的测量13质量流量计质量流量计质量流量计质量流量计热式质量流量计:热式质量流量计:采用热扩散原理,其典型传感元件包括两个热电阻(铂 采用热扩散原理,其典型传感元件包括两个热电阻(铂 RTD RTD ),一个是速度传感器,一个是自动补偿气体温度变化 ),一个是速度传感器,一个是自动补偿气体温度变化 的温度传感器。当这两个 的温度传感器。当这两个RTD RTD 被置于介质中时,其中速度传 被置于介质中时,其中速度传 感器被加热到环境温度以上的一个恒定的温差,另一个温度传 感器被加热到环境温度以上的一个恒定的温差,另一个温度传 感器用于感应介质温度。流经速度传感器的气体质量流量是通 感器用于感应介质温度。流经速度传感器的气体质量流量是通 过传感元件的热传递量来计算的。气体速率增加,传感器传递 过传感元件的热传递量来计算的。气体速率增加,传感器传递 给介质的热量增多,因此需要供给更多的功率,而电子单元加 给介质的热量增多,因此需要供给更多的功率,而电子单元加 热热RTD RTD 的功率与质量流量成一定的对应关系。 的功率与质量流量成一定的对应关系。 科氏力质量流量计: 采用科里奥利加速度原理 14 质量流量计 质量流量计 质量流量计 质量流量计 当一根管子绕原点旋转时,让一个质点从原点通过管子当一根管子绕原点旋转时,让一个质点从原点通过管子 向外端流动,质点被赋于能量,随之产生的反作用力F 向外端流动,质点被赋于能量,随之产生的反作用力Fcc将使 将使 管子运动发生滞后。相反,让一个质点从外端通过管子向原点 管子运动发生滞后。相反,让一个质点从外端通过管子向原点 运动,质点的能量被释放出来,随之产生的反作用力F 运动,质点的能量被释放出来,随之产生的反作用力Fcc将使 将使 管子运动发生超前。这种能使旋转着的管子运动速度发生超前 管子运动发生超前。这种能使旋转着的管子运动速度发生超前 或滞后的力F 或滞后的力Fcc就称为科氏力。 就称为科氏力。 FF =2wvwv FFc ww:角速度:角速度 vv:旋转径向速度 :旋转径向速度 15 质量流量计 质量流量计 质量流量计 质量流量计 特点: 特点: 直接测质量流量,不受温度、压力、密度的影响. 直接测质量流量,不受温度、压力、密度的影响. 可测量含固体颗粒的液体 可测量含固体颗粒的液体 测量的同时可以获得被测介质的密度(流体密度的 测量的同时可以获得被测介质的密度(流体密度的 平方根和震动频率成反比) 平方根和震动频率成反比) 电子传感器 驱动 线圈 第二腔室 测量管 16 质量流量计 质量流量计 质量流量计 质量流量计 安装: 安装: 没有前后直管段要求 没有前后直管段要求 避免周围大型的旋转设备和震动,建议垂直安装. 避免周围大型的旋转设备和震动,建议垂直安装. 17 质量流量计 质量流量计 质量流量计 质量流量计 Micro Motion Micro Motion的的CMF010 CMF010型科氏质 量流量计量流量计, ,约为 约为8 8万元人民币.主要用于各 万元人民币.主要用于各 炉子的DMDS(二甲基二硫)的注 炉子的DMDS(二甲基二硫)的注 入.以及6#、7#、8#炉子的进料流 入.以及6#、7#、8#炉子的进料流 量量 18 转子流量计 转子流量计 转子流量计 转子流量计 原理: 原理: 液体介质自下而上通过锥管 液体介质自下而上通过锥管,,导致 导致 浮子升高一定的距离并在管壁和浮子 浮子升高一定的距离并在管壁和浮子 间形成一个间隙 间形成一个间隙,,浮子在锥管中的位置 浮子在锥管中的位置 越高 越高, 浮子与管壁的间隙就越大浮子与管壁的间隙就越大. 体或气体流过管道时,推动浮子向上体或气体流过管道时,推动浮子向上 而流体流过浮子。流速越快,流进锥 而流体流过浮子。流速越快,流进锥 管的液体越多,流过浮子的也越多。 管的液体越多,流过浮子的也越多。 因此浮子被推动着一直向上,直到间 因此浮子被推动着一直向上,直到间 隙大到足够液体通过。这个间隙对应 隙大到足够液体通过。这个间隙对应 于相应的流量,这个流量值可通过浮 于相应的流量,这个流量值可通过浮 子的上缘读出。 子的上缘读出。 19 转子流量计 转子流量计 转子流量计 转子流量计 安装方式 安装方式: 一般建议垂直安装(特殊的可以水平安装)一般建议垂直安装(特殊的可以水平安装) 无严格上游直管段长度要求,但一般保证 无严格上游直管段长度要求,但一般保证 250mm 250mm直管段 直管段. 据统计国内流量测量中有15%使用,一般多用于小流量和微流量.量程比宽可以达到: 10:1 裂解装置的转子流量计为德国KROHNE公司的 产品主要用在吹扫管线上,配合恒流阀构成 吹扫装置(97单元) 20 旋涡流量计 旋涡流量计 旋涡流量计 旋涡流量计 工作原理: 工作原理: 根据卡门涡街原理,旋涡频率 根据卡门涡街原理,旋涡频率ff与管内平均流速 与管内平均流速uu有如下关 有如下关 式中:u1u1—— ——旋涡发生体两侧平均流速( 旋涡发生体两侧平均流速(m/s ——旋涡发生体特征宽度旋涡发生体特征宽度 St St—— ——斯特劳哈尔数 斯特劳哈尔数 ——旋涡发生体两侧弓形面积和管道内横截面旋涡发生体两侧弓形面积和管道内横截面 积之比 积之比 瞬时体积流量与涡街频率的关系为: 瞬时体积流量与涡街频率的关系为: md mdfSt 21旋涡流量计 旋涡流量计 旋涡流量计 旋涡流量计 使用条件: 使用条件: 1.管道雷诺数在2*10 1.管道雷诺数在2*10 44 ~7*10 ~7*10 66 确保斯特罗哈 确保斯特罗哈 尔数为常数. 尔数为常数. 2.流体流速必须在规定范围内: 2.流体流速必须在规定范围内: 气体时为:60M/S 气体时为:60M/S 蒸汽时为:70M/S 蒸汽时为:70M/S 液体时为:7M/S 液体时为:7M/S 量程比大: 量程比大: 15:1(液体) 15:1(液体) 30:1(气体) 30:1(气体) 管道口径:25~2700 管道口径:25~2700mm mm 不受流体压力、温度、密度及成分变化的影响,更换检测元件时, 不受流体压力、温度、密度及成分变化的影响,更换检测元件时, 不需要重新标定,压力损失小,精度高 不需要重新标定,压力损失小,精度高 直管段要求:前20D后5D 直管段要求:前20D后5D 22 旋涡流量计 旋涡流量计 旋涡流量计 旋涡流量计 安装方式: 安装方式:对管道机械振动较敏感,不宜用于强振动场所 对管道机械振动较敏感,不宜用于强振动场所,,不适用 不适用 于脉动流 于脉动流 23 旋涡流量计 旋涡流量计 旋涡流量计 旋涡流量计 使用E+H公司的72系列流量计,主要用于 使用E+H公司的72系列流量计,主要用于 各炉子的进料及DS的流量检测. 各炉子的进料及DS的流量检测. 24 电磁流量计 电磁流量计 电磁流量计 电磁流量计 工作原理: 工作原理: 电磁流量计的测量原理是法拉第电磁感应原理(右手定电磁流量计的测量原理是法拉第电磁感应原理(右手定 则),即导电液体在磁场中作切割磁力线运动时,导体中 则),即导电液体在磁场中作切割磁力线运动时,导体中 产生感应电势,其感应电势 产生感应电势,其感应电势EE为为 E=KBVDE=KBVD KK————仪表常数; 仪表常数; BB—— ——磁感应强度; 磁感应强度; VV—— ——测量管道截面内的平均流速; 测量管道截面内的平均流速; DD—— ——测量管道截面的内径。 测量管道截面的内径。 测量流量时,导电性的液体以速度V流过垂直于流动方向的磁场,导 电性液体的流动感出一个平均流速成 正比的电压,其感应电压信号通过二 个或二个以上与液体直接接触的电极 检出,并通过电缆送至转换器通过智 能处理,转换成标准信号4~20mA和 0~1kHz输出。 25 电磁流量计 电磁流量计 电磁流量计 电磁流量计 安装要求 安装要求:: 安装流量计必需注意流量计管径内能在工作时始终充满液体。 安装流量计必需注意流量计管径内能在工作时始终充满液体。 保证前 保证前5D 5D后后3D 3D原则(流量计与上游阀或弯头之间距离为 原则(流量计与上游阀或弯头之间距离为5D 5D,, 与下游阀或弯头之间距离为 与下游阀或弯头之间距离为3D 3D)) 保证流量计工作时管腔内无气泡。 保证流量计工作时管腔内无气泡。 电极所在平面应与地面平行。以防止一个电极易附集气泡,另一 电极所在平面应与地面平行。以防止一个电极易附集气泡,另一 电极容易结垢。 电极容易结垢。 接地可靠。由于电磁流量计感应信号电压很小,容易受噪声干扰, 接地可靠。由于电磁流量计感应信号电压很小,容易受噪声干扰, 所以必需可靠接地。(信号线屏蔽接地、仪表接地环接地) 所以必需可靠接地。(信号线屏蔽接地、仪表接地环接地) 26 电磁流量计 电磁流量计 电磁流量计 电磁流量计 特点 特点: 基本上无压力损失,对大口径管道来说,节能效果基本上无压力损失,对大口径管道来说,节能效果 显著. 显著. 测量精度高,可达 测量精度高,可达0 0..5% 5% 量程比宽可达:20:1 量程比宽可达:20:1 缺点: 介质温度不能太高,一般小于120;压力 一般不超过1.6MPa;流速不低于0.3m/s 介质必须是导电性液体,不能用于气体、蒸汽、 石油制品等非导电性液体 27 电磁流量计 电磁流量计 电磁流量计 电磁流量计 使用E+H公司的 使用E+H公司的Promag Promag 50P 50P系列电 系列电 磁流量计,我装置只使用了一台,在碱洗单 磁流量计,我装置只使用了一台,在碱洗单 28超声波流量计 超声波流量计 超声波流量计 超声波流量计 工作原理: 工作原理: 时差法超声波流量计,其工作原理如图所示。他 时差法超声波流量计,其工作原理如图所示。他 是利用一对超声波换能器相向交替(或同时)收发超 是利用一对超声波换能器相向交替(或同时)收发超 声波,通过观测超声波在介质中的顺溜和逆流传播时 声波,通过观测超声波在介质中的顺溜和逆流传播时 间差来间接测量流体的流速,在通过流速来计算流量 间差来间接测量流体的流速,在通过流速来计算流量 的一种间接测量方法 的一种间接测量方法。。 流体的流速与超声波顺流和 逆流传播的时间差成正比。流量Q 可以表示为: 29 超声波流量计 超声波流量计 超声波流量计 超声波流量计 探头安装 探头安装 TraversesDN 50 DN 50 DN600 DN600 被测流体应清洁、满管、单向、所含颗粒气泡 不能超过允许值(多普勒相反). 30 超声波流量计 超声波流量计 超声波流量计 超声波流量计 优点: 优点: 测量范围宽(直径从几十厘米到几米),管道可以是圆形或 测量范围宽(直径从几十厘米到几米),管道可以是圆形或 矩形,可测量有毒和腐蚀性介质,没有压力损失。 矩形,可测量有毒和腐蚀性介质,没有压力损失。 缺点 缺点: 精度不高,受压力、温度影响大精度不高,受压力、温度影响大 裂解装置只用了一台,GE公司PANAMETRICS生产 裂解装置只用了一台,GE公司PANAMETRICS生产 的XMT868超声波流量计,用在在冷却水系统F92001 的XMT868超声波流量计,用在在冷却水系统F92001 31 均速管流量计 均速管流量计 均速管流量计 均速管流量计 均速管又称为阿牛巴计,它是一根沿直径插入管道中的 均速管又称为阿牛巴计,它是一根沿直径插入管道中的 中空金属杆,在迎向流体流动方向有成对的测压孔,一般说来 中空金属杆,在迎向流体流动方向有成对的测压孔,一般说来 是两对,但也有一对或多对的,其外形似笛。迎流面的多点测 是两对,但也有一对或多对的,其外形似笛。迎流面的多点测 压孔测量的是总压,与全压管相连通,引出平均全压 压孔测量的是总压,与全压管相连通,引出平均全压p1 p1,背 流面的中心处一般开有一只孔,与静压管相通,引出静压流面的中心处一般开有一只孔,与静压管相通,引出静压p2 p2。。 均速管是利用测量流体的全压与静压之差来测量流速的。均速 均速管是利用测量流体的全压与静压之差来测量流速的。均速 管的输出差压( 管的输出差压(pp)和流体平均速度( )和流体平均速度(vv),可根据经典的 ),可根据经典的 伯努利方程得出 伯努利方程得出 P——全压与静压之差,Pa ρ——流体密度,kg/m3 k——校正系数。 32 均速管流量计 均速管流量计 均速管流量计 均速管流量计 全压孔的位置,可按等分面积法求取。这样,在流量变 全压孔的位置,可按等分面积法求取。这样,在流量变 化的情况下均速管能有较好的适应能力,所反映的误差较小。 化的情况下均速管能有较好的适应能力,所反映的误差较小。 所谓等分面积法,就是将管道截面分割成内圆和外环的等效平 所谓等分面积法,就是将管道截面分割成内圆和外环的等效平 均流速点,这些点就是全压孔的位置,如图所示。 均流速点,这些点就是全压孔的位置,如图所示。 r1= r1=0.4597R 0.4597R,,r2= r2=0.8881R 0.8881R,,r1 r1,,r2 心距管道中心的距离,心距管道中心的距离,RR为管道内半径。 为管道内半径。 33 均速管流量计 均速管流量计 均速管流量计 均速管流量计 近年来学术界及国际标准化组织均提出了异议, 近年来学术界及国际标准化组织均提出了异议, 认为管内的流动应分为三个区域,选点按对数 认为管内的流动应分为三个区域,选点按对数—— 切比雪夫(LogLog--Jchebycheff Jchebycheff)法进行,因此, )法进行,因此, 总压检测孔的位置应为 总压检测孔的位置应为r1= r1=0.03754R 0.03754R;; r2= r2=0.7252R 0.7252R;;r3= r3=0.9358R 0.9358R。。 这种方法已被 (ISO)封闭管道中 的流量测量委员 会所确认 34 均速管流量计 均速管流量计 均速管流量计 均速管流量计 压力损失小,节约能源,但精度低,要求流体清洁不结 压力损失小,节约能源,但精度低,要求流体清洁不结 垢.其前后直管段要求较长上游一般20-30D下游一般 垢.其前后直管段要求较长上游一般20-30D下游一般 3-4D 3-4D,,阿牛巴流量传感器用于测量管道直径在 阿牛巴流量传感器用于测量管道直径在DN20 DN20到到 DN12000 DN12000之间液体 之间液体 气体时为:10-60M/S 气体时为:10-60M/S 蒸汽时为:5-30M/S 蒸汽时为:5-30M/S 液体时为:0 液体时为:0..5-6M/S 5-6M/S ROSEMOUNT的3051SFA一体化阿牛巴流量计是 一套包括阿牛巴,一体化阀组和变送器组成的流量装置来 测量,主要用在蒸汽系统比如81单元. 35 靶式流量计 靶式流量计 靶式流量计 靶式流量计 工作原理: 工作原理: 流体流动时,悬浮在流体中的靶,受到流体的 流体流动时,悬浮在流体中的靶,受到流体的 作用力,该力经杠杆传给惠斯通电桥上的压敏电阻 作用力,该力经杠杆传给惠斯通电桥上的压敏电阻 应变片,经应变片电桥转换成与流速的平方成正比 应变片,经应变片电桥转换成与流速的平方成正比 关系的电压信号。 关系火狐电竞的电压信号。 36 靶式流量计 靶式流量计 靶式流量计 靶式流量计 特点: 特点: 抗震性能好 抗震性能好 压力损失较小,只有传统孔板的六分之一,小于涡街, 压力损失较小,只有传统孔板的六分之一,小于涡街, 节能效果明显。 节能效果明显。靶式流量计可以检测各种气,液,蒸汽,也 靶式流量计可以检测各种气,液,蒸汽,也 可检测脉动流液体。其检测指标包括:最小流速可到 可检测脉动流液体。其检测指标包括:最小流速可到 0.08m/s 0.08m/s; 量程比量程比15:1 15:1;最大可适用压力 ;最大可适用压力70MPa 70MPa等。 使用寿命长,使用寿命长,44~~55年内免维护 年内免维护 安装要求: 安装要求: 前10D后5D,如果需要取得最为理想的检测效果, 前10D后5D,如果需要取得最为理想的检测效果, 则不管是管道式、挟持式,还是插入式的靶式流量计,其前端 则不管是管道式、挟持式,还是插入式的靶式流量计,其前端 应该至少有 应该至少有20 20倍管径长的直管段,其后端至少有 倍管径长的直管段,其后端至少有10 10倍管径长 的直管段。的直管段。 裂解装置主要用在急冷油流量的测量上,比如各炉子的 裂解装置主要用在急冷油流量的测量上,比如各炉子的 急冷油注入流量和急冷单元的流量检测上. 急冷油注入流量和急冷单元的流量检测上. 37 涡轮流量计 涡轮流量计 涡轮流量计 涡轮流量计 工作原理: 工作原理: 如图所示,在管道中心安放一个涡轮,当流体通过管道时, 如图所示,在管道中心安放一个涡轮,当流体通过管道时,