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威力巴流量計工程應(yīng)用技術(shù)分析
更新時間:2019-6-18 16:10:12 瀏覽:1510 關(guān)閉窗口 打印此頁
 [導(dǎo)讀] 威力巴是一種差壓式、速率平均式流量傳感器,通過傳感器在流體中所產(chǎn)生的差壓進行氣體、液體和蒸汽的高精度流量測量。其突出優(yōu)點是能輸出一個非常穩(wěn)定、無脈動的差壓信號,準(zhǔn)確反映流體真實的流速。威力巴在工業(yè)自動控制系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛,本文針對工程應(yīng)用問題現(xiàn)狀,就如何保持威力巴長期穩(wěn)定的高精度及高可靠性運行進行分析和探討。
 
    0 引言
 
    在石油、化工、冶金、輕工、水處理等工業(yè)控制領(lǐng)域,新型自動控制技術(shù)得到日益廣泛的應(yīng)用。威力巴流量計作為美國Veris公司推出的全新均速流量探頭,通過傳感器在流體中所產(chǎn)生的差壓進行不同管徑的氣體、液體和蒸汽的高精度流量測量。其突出優(yōu)點是能輸出一個非常穩(wěn)定、無脈動的差壓信號,準(zhǔn)確反映流體真實的流速。威力巴的應(yīng)用有效地解決了傳統(tǒng)節(jié)流裝置檢測水平較差、制約高精度二次儀表發(fā)揮效能的技術(shù)瓶頸,使得流量測量系統(tǒng)的測量精度、重復(fù)性和可靠性達到一個嶄新的高度,因而在工業(yè)自動化生產(chǎn)中發(fā)揮著越來越重要的作用。但是新設(shè)備的應(yīng)用往往會產(chǎn)生諸多新的問題,特別是安裝、使用、維護人員技術(shù)水平的差異,出現(xiàn)的問題也越來越多。如果問題不能迅速解決,就無法發(fā)揮高精度測量系統(tǒng)的作用,一定程度上影響了生產(chǎn)的正常進行,甚至危及生產(chǎn)安全。針對工程應(yīng)用問題現(xiàn)狀,如何保持威力巴長期高精度、高可靠性運行是值得分析和探討的。
 
    1 測量系統(tǒng)組成及工作原理
 
    威力巴測量系統(tǒng)主要由威力巴、導(dǎo)壓管、變送器、電器線路及計算機(或其他二次儀表)組成,正確地安裝威力巴是保證精確測量的基礎(chǔ),參數(shù)的確定是精確測量的核心。
 
    威力巴流量計采用了完全符合空氣動力學(xué)原理的工程結(jié)構(gòu)設(shè)計,是一種在精度、功效及可靠性方面達到了當(dāng)今較高程度的傳感元件。威力巴流量計測量原理如圖1所示,測量系統(tǒng)如圖2所示。
 
 
圖1 威力巴流量計工作示意圖
 
 
 
圖2 威力巴測量系統(tǒng)示意圖
 
    威力巴子彈頭截面形狀的探頭能產(chǎn)生精確的壓力分布,固定的流體分離點;位于探頭側(cè)后兩邊、流體分離點之前的低壓取壓孔可以生成穩(wěn)定的差壓信號,并且有效防堵并可保持長期高精度。
 
    在其前部產(chǎn)生一個高壓分布區(qū),高壓分布區(qū)的壓力略高于管道的靜壓。根據(jù)伯努利方程,流體流過探頭時速度加快,在探頭后部產(chǎn)生一個低壓分布區(qū),低壓分布區(qū)的壓力略低于管道的靜壓。傳感器在高、低壓區(qū)有按一定規(guī)則排列的多對(一般為三對)取壓孔,分別測量流體的全壓力,包括平均速度壓力P1和靜壓力P2。將P1和P2分別引入差壓變送器,測量出差壓P=P1-P2,P反映流體平均速度的大小,以此可推算出流體的流量。多對取壓孔可有效保持威力巴在使用時的長期高精度。
 
    根據(jù)伯努利方程可知,流量計算公式為:
 
    
 
    式中,QV為所測介質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積流量;C'為流量系數(shù);ΔP為差壓,kPa;P(fa)為工作狀態(tài)絕對壓力,kPa,P(fa)=Pf+當(dāng)?shù)仄骄髿鈮海≒0);T(fa)為工作狀態(tài)絕對溫度,K;Z(f)為工作狀態(tài)下煤氣的絕對壓力系數(shù)。
 
    流量系數(shù)C'的計算:
 
    
 
    式中,N為單位換算常數(shù);K為威力巴的K系數(shù);YV為氣體膨脹系數(shù);D為管道內(nèi)徑;T(ba)為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下絕對溫度:Z(b)為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下該氣體的絕對壓力系數(shù);P(b)為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)絕對壓力,kPa;Mr為氣體摩爾質(zhì)量。
 
    由此,可以在知道測量量程及相關(guān)參數(shù)的情況下,計算出威力巴工作時產(chǎn)生的差壓,即相關(guān)變送器工作時需要的差壓參數(shù):
 
    
 
    2 威力巴流量計安裝技術(shù)
 
    威力巴流量計是一種精密的測量儀表,對安裝的要求比較高,安裝錯誤及誤差會直接影響其測量結(jié)果,因此在安裝過程中要嚴(yán)格遵守各項規(guī)定,綜合考慮安裝的環(huán)境條件和工藝條件,確保安裝質(zhì)量,保證儀表正常工作。每支威力巴流量計都是根據(jù)其在工藝系統(tǒng)中的使用工藝條件單獨加工生產(chǎn)的,它的規(guī)格型號是確定的,安裝時必須安裝到設(shè)計的工藝點,不可隨意安裝。它對工藝環(huán)境和使用環(huán)境有較高的要求,在安裝前要對威力巴進行檢查,對安裝環(huán)境進行檢查,確保安裝位置合理,使用條件優(yōu)越,以便保證使用的可靠性和測量的準(zhǔn)確性。
 
    在安裝前對威力巴進行檢查目的是:保證儀表的完整性和資料齊全。主要檢查技術(shù)協(xié)議和裝箱單,確認(rèn)所到設(shè)備及附件的完整性;檢查銘牌上的規(guī)格型號和工位號,確認(rèn)規(guī)格型號及位號與設(shè)計相符和,由于每支威力巴都是根據(jù)具體的工藝條件生產(chǎn)的,是不可代替和更換的,因此一定要嚴(yán)格確認(rèn)規(guī)格型號和工位號;檢查傳感器表面有無損傷,有損傷的傳感器會給測量帶來誤差;檢查附件是否有損傷,附件上的損傷會影響安裝質(zhì)量,同樣給測量帶來誤差;檢查說明書,計算書等資料是否齊全,因為差壓變送器的差壓值的確定必須根據(jù)計算書來確定,并且還要根據(jù)計算書來檢查威力巴的工作條件、工藝條件,計算書是必不可少的。
 
    對安裝環(huán)境檢查的目的是要保證確保安裝位置合理,使用條件優(yōu)越。按照設(shè)計使用條件,對照威力巴的具體要求,核實操作及安裝環(huán)境是否在在威力巴要求的范圍內(nèi),如壓力、溫度、振動等。
 
    在對儀表和安裝環(huán)境檢查后,要確定儀表安裝的具體方式,不但要考慮儀表的型號,每臺威力巴具體測量的介質(zhì)(被測介質(zhì)),還要考慮管道的工藝條件。
 
    儀表的型號決定了安裝方式,型號有“-H-”的適用于水平管道,有“-V-”的適用于垂直和傾斜管道。
 
    被測介質(zhì)的種類決定了威力巴在水平管道上安裝的方向,如圖3所示。測量蒸汽流量時,要保證安裝在管道下方160°范圍內(nèi)。
 
 
 
圖3 威力巴在水平、垂直管道上的安裝位置
 
    安裝時還要考慮安裝位置的工藝條件,如前后管道彎頭和管件的位置,不同管件的影響是不一樣的,因而安裝要求也不一樣。具體要求如表1所示。    
 
 
 
    3 變送器和導(dǎo)壓管的安裝要求
 
    威力巴流量計是和差壓變送器組合在一起組成流量檢測系統(tǒng)的,該系統(tǒng)的流量檢測的準(zhǔn)確性和系統(tǒng)的每一個組成部分都有直接的關(guān)系,因此對變送器及導(dǎo)壓管的安裝也有較高的要求。
 
    變送器的安裝要求須按照有關(guān)規(guī)定嚴(yán)格執(zhí)行,確保變送器的安裝質(zhì)量。一般要考慮選擇適合變送器正常工作的場合,如合適的溫度、濕度、光照、通風(fēng)干燥、振動沖擊情況及磁場干擾。在露天安裝時,應(yīng)考慮加裝儀表保護箱,避免強光直射和雨淋??紤]溫度對變送器的影響,盡量把變送器安裝在溫度梯度和溫度波動小的地方??紤]到變送器需要維護,安裝位置要選擇在便于維護的場合。
 
    導(dǎo)壓管的安裝要防止渣滓在導(dǎo)壓管內(nèi)沉積,根據(jù)所測介質(zhì)種類注意安排導(dǎo)壓管的傾斜方向和角度;必要的情況下可加裝反吹系統(tǒng),便于隨時吹掃。為了減小導(dǎo)壓管對壓力的影響,盡可能縮短導(dǎo)壓管的長度,但是也要考慮變送器的工作情況,比如測量高溫介質(zhì)時,要考慮介質(zhì)溫度問題,保證介質(zhì)到達變送器時溫度降到合適的水平,不影響變送器的正常工作。為了保證對變送器的影響減少到最小,差壓變送器兩根導(dǎo)壓管內(nèi)的液柱壓頭應(yīng)保持平衡。為了保證導(dǎo)壓管內(nèi)介質(zhì)壓力的穩(wěn)定,導(dǎo)壓管安裝也要考慮溫度梯度、溫度波動、沖擊和振動的影響。根據(jù)不同的測量介質(zhì)及安裝位置,如變送器是高于威力巴還是低于威力巴,選取不同的傾斜方向和坡度。當(dāng)測量液體、蒸汽時,導(dǎo)壓管斜度應(yīng)不小于1/12,向上連接到工藝管道;對于氣體測量,導(dǎo)壓管斜度應(yīng)不小于1/12,向下連接到流程工藝管道。為保證測量管的潔凈,沒有雜物堵塞,在威力巴、變送器及導(dǎo)壓管安裝完畢后要按照規(guī)范要求,嚴(yán)格吹掃試壓,吹掃的目的是為保證測量管的潔凈,沒有雜物堵塞威力巴、導(dǎo)壓管及變送器而引起測量誤差;試壓的目的是保證威力巴、導(dǎo)壓管、變送器各部位沒有泄漏而引起測量誤差。    
 
    在衡陽煉鐵工程高爐項目的熱風(fēng)爐儀表施工中,安裝測量煤氣和助燃空氣流量的威力巴時,原設(shè)計變送器位置和威力巴位置較遠。為了保證測量的精度,把變送器安裝位置改到威力巴旁,又考慮到所測量的介質(zhì)溫度在300)左右,如果導(dǎo)壓管太短,介質(zhì)到達變送器時還有較高的溫度,將影響變送器的正常工作。根據(jù)導(dǎo)壓管內(nèi)氣體溫度降低的性能,如果保證其長度在3m左右,介質(zhì)到達變送器時其溫度可降低到正常情況。綜合考慮威力巴的位置、導(dǎo)壓管的彎曲和坡度情況,確定變送器的安裝位置,最后計算使其導(dǎo)壓管的長度在3m左右。這樣就使導(dǎo)壓管內(nèi)壓力損失及介質(zhì)溫度對變送器的影響達到一個相對理想的狀態(tài),有效地保證了測量的精度。
 
    4 威力巴流量計調(diào)試技術(shù)
 
    在安裝吹掃工作完成后,連接變送器和計算機系統(tǒng)的連線,威力巴流量測量系統(tǒng)的安裝基本完成,儀表線路通暢,接線正確,供電正常,線路及線路中二次儀表工作正常且精度符合要求;確認(rèn)變送器的量程設(shè)置與計算機設(shè)置一致且符合設(shè)計要求的情況下,可以進行測量系統(tǒng)的調(diào)試工作。
 
    調(diào)試過程和其他變送器的調(diào)試基本相同,如和計算機調(diào)試員商定開方運算是在變送器內(nèi)做還是在計算機內(nèi)做,不能重復(fù)做,也不能不做;由于開方運算時小信號對流量的影響很大,必要時要進行小信號的切除,具體切除量及采用線性切除還是零切除,需要根據(jù)調(diào)試情況確定。
 
    威力巴測量系統(tǒng)的調(diào)試核心是差壓值ΔP的設(shè)定,在工藝參數(shù)確定的情況下,差壓值的確定是由原理公式的導(dǎo)出公式計算出來的。
 
    在調(diào)試過程中,各個參數(shù)的變化對差壓值都有一定的影響。公式中的一些參數(shù)一旦確定則很難改變,如N,K,YV和D,它們在使用中對差壓的影響是有限的。但是有些參數(shù)是可以改變的,如Tfa,Pb和Mr。利用威力巴進行流體流量測量,其差壓計算所需參數(shù)必須是工藝實際生產(chǎn)狀況下可靠的參數(shù),否則參數(shù)不正確,計算出來的差壓必定不真實,那么據(jù)此選用的再先進的測量設(shè)備也無法準(zhǔn)確、可靠地測量。如果參數(shù)改變,必須根據(jù)具體的、真實的參數(shù)來重新計算,確保測量的真實性和可靠性。
 
    在衡陽鋼管廠煉鐵項目高爐工程的熱風(fēng)爐儀表施工中,燃?xì)夤艿懒髁空{(diào)試中就遇到了這樣的問題,烘爐階段使用的是低壓常溫天然氣;在生產(chǎn)階段使用的是溫度較高,成分復(fù)雜的天然氣和高爐煤氣的混合氣體。這樣氣體溫度參數(shù)T(ba),氣體的摩爾質(zhì)量參數(shù)Mr對差壓的影響就表現(xiàn)出來,導(dǎo)致測量的不準(zhǔn)確。為了解決這一問題,在烘爐階段對天然氣的成分進行取樣分析,測量其壓力、溫度、使用量(即流量值),在此基礎(chǔ)上計算差壓值,同時測量系統(tǒng)的其他設(shè)定值進行調(diào)整。這樣保證了烘爐階段測量的準(zhǔn)確。在正常生產(chǎn)階段,調(diào)整各項參數(shù)到原設(shè)計狀態(tài),保證生產(chǎn)時測量的準(zhǔn)確,從而有效地解決了問題,滿足了不同使用條件下的準(zhǔn)確測量。
 
    5 結(jié)束語
 
    威力巴是一種精密儀表,其流量測量系統(tǒng)是一個整體系統(tǒng),為了充分發(fā)揮測量系統(tǒng)的高精度性能,更好地在生產(chǎn)中發(fā)揮作用,要從安裝,試壓,調(diào)試各個環(huán)節(jié)嚴(yán)格要求,以高質(zhì)量的安裝水平保證高效能的測量效果,使之更好地為生產(chǎn)服務(wù)。
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