[導(dǎo)讀] 威力巴是一種差壓式、速率平均式流量傳感器，通過(guò)傳感器在流體中所產(chǎn)生的差壓進(jìn)行氣體、液體和蒸汽的高精度流量測(cè)量。其突出優(yōu)點(diǎn)是能輸出一個(gè)非常穩(wěn)定、無(wú)脈動(dòng)的差壓信號(hào)，準(zhǔn)確反映流體真實(shí)的流速。威力巴在工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛，本文針對(duì)工程應(yīng)用問(wèn)題現(xiàn)狀，就如何保持威力巴長(zhǎng)期穩(wěn)定的高精度及高可靠性運(yùn)行進(jìn)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(dòng)控制技術(shù)得到日益廣泛的應(yīng)用。威力巴流量計(jì)作為美國(guó)Veris公司推出的全新均速流量探頭，通過(guò)傳感器在流體中所產(chǎn)生的差壓進(jìn)行不同管徑的氣體、液體和蒸汽的高精度流量測(cè)量。其突出優(yōu)點(diǎn)是能輸出一個(gè)非常穩(wěn)定、無(wú)脈動(dòng)的差壓信號(hào)，準(zhǔn)確反映流體真實(shí)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(cè)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(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量精度、重復(fù)性和可靠性達(dá)到一個(gè)嶄新的高度，因而在工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。但是新設(shè)備的應(yīng)用往往會(huì)產(chǎn)生諸多新的問(wèn)題，特別是安裝、使用、維護(hù)人員技術(shù)水平的差異，出現(xiàn)的問(wèn)題也越來(lái)越多。如果問(wèn)題不能迅速解決，就無(wú)法發(fā)揮高精度測(cè)量系統(tǒng)的作用，一定程度上影響了生產(chǎn)的正常進(jìn)行，甚至危及生產(chǎn)安全。針對(duì)工程應(yīng)用問(wèn)題現(xiàn)狀，如何保持威力巴長(zhǎng)期高精度、高可靠性運(yùn)行是值得分析和探討的。
1 測(cè)量系統(tǒng)組成及工作原理
威力巴測(cè)量系統(tǒng)主要由威力巴、導(dǎo)壓管、變送器、電器線路及計(jì)算機(jī)（或其他二次儀表）組成，正確地安裝威力巴是保證精確測(cè)量的基礎(chǔ)，參數(shù)的確定是精確測(cè)量的核心。
威力巴流量計(jì)采用了完全符合空氣動(dòng)力學(xué)原理的工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，是一種在精度、功效及可靠性方面達(dá)到了當(dāng)今較高程度的傳感元件。威力巴流量計(jì)測(cè)量原理如圖1所示，測(cè)量系統(tǒng)如圖2所示。
圖1 威力巴流量計(jì)工作示意圖
圖2 威力巴測(cè)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(diǎn)；位于探頭側(cè)后兩邊、流體分離點(diǎn)之前的低壓取壓孔可以生成穩(wěn)定的差壓信號(hào)，并且有效防堵并可保持長(zhǎng)期高精度。
在其前部產(chǎn)生一個(gè)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(guò)探頭時(shí)速度加快，在探頭后部產(chǎn)生一個(gè)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(duì)（一般為三對(duì)）取壓孔，分別測(cè)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(cè)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(duì)取壓孔可有效保持威力巴在使用時(shí)的長(zhǎng)期高精度。
根據(jù)伯努利方程可知，流量計(jì)算公式為：
式中，QV為所測(cè)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(duì)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(duì)溫度，K；Z（f）為工作狀態(tài)下煤氣的絕對(duì)壓力系數(shù)。
流量系數(shù)C＇的計(jì)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(duì)溫度：Z（b）為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下該氣體的絕對(duì)壓力系數(shù)；P（b）為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)絕對(duì)壓力，kPa；Mr為氣體摩爾質(zhì)量。
由此，可以在知道測(cè)量量程及相關(guān)參數(shù)的情況下，計(jì)算出威力巴工作時(shí)產(chǎn)生的差壓，即相關(guān)變送器工作時(shí)需要的差壓參數(shù)：
2 威力巴流量計(jì)安裝技術(shù)
威力巴流量計(jì)是一種精密的測(cè)量?jī)x表，對(duì)安裝的要求比較高，安裝錯(cuò)誤及誤差會(huì)直接影響其測(cè)量結(jié)果，因此在安裝過(guò)程中要嚴(yán)格遵守各項(xiàng)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(jì)都是根據(jù)其在工藝系統(tǒng)中的使用工藝條件單獨(dú)加工生產(chǎn)的，它的規(guī)格型號(hào)是確定的，安裝時(shí)必須安裝到設(shè)計(jì)的工藝點(diǎn)，不可隨意安裝。它對(duì)工藝環(huán)境和使用環(huán)境有較高的要求，在安裝前要對(duì)威力巴進(jìn)行檢查，對(duì)安裝環(huán)境進(jìn)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(cè)量的準(zhǔn)確性。
在安裝前對(duì)威力巴進(jìn)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(hào)和工位號(hào)，確認(rèn)規(guī)格型號(hào)及位號(hào)與設(shè)計(jì)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(hào)和工位號(hào)；檢查傳感器表面有無(wú)損傷，有損傷的傳感器會(huì)給測(cè)量帶來(lái)誤差；檢查附件是否有損傷，附件上的損傷會(huì)影響安裝質(zhì)量，同樣給測(cè)量帶來(lái)誤差；檢查說(shuō)明書(shū)，計(jì)算書(shū)等資料是否齊全，因?yàn)椴顗鹤兯推鞯牟顗褐档拇_定必須根據(jù)計(jì)算書(shū)來(lái)確定，并且還要根據(jù)計(jì)算書(shū)來(lái)檢查威力巴的工作條件、工藝條件，計(jì)算書(shū)是必不可少的。
對(duì)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(jì)使用條件，對(duì)照威力巴的具體要求，核實(shí)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(dòng)等。
在對(duì)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(hào)，每臺(tái)威力巴具體測(cè)量的介質(zhì)（被測(cè)介質(zhì)），還要考慮管道的工藝條件。
儀表的型號(hào)決定了安裝方式，型號(hào)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(cè)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(cè)量蒸汽流量時(shí)，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(shí)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(jì)是和差壓變送器組合在一起組成流量檢測(cè)系統(tǒng)的，該系統(tǒng)的流量檢測(cè)的準(zhǔn)確性和系統(tǒng)的每一個(gè)組成部分都有直接的關(guān)系，因此對(duì)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(chǎng)合，如合適的溫度、濕度、光照、通風(fēng)干燥、振動(dòng)沖擊情況及磁場(chǎng)干擾。在露天安裝時(shí)，應(yīng)考慮加裝儀表保護(hù)箱，避免強(qiáng)光直射和雨淋?？紤]溫度對(duì)變送器的影響，盡量把變送器安裝在溫度梯度和溫度波動(dòng)小的地方?？紤]到變送器需要維護(hù)，安裝位置要選擇在便于維護(hù)的場(chǎng)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(cè)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(shí)吹掃。為了減小導(dǎo)壓管對(duì)壓力的影響，盡可能縮短導(dǎo)壓管的長(zhǎng)度，但是也要考慮變送器的工作情況，比如測(cè)量高溫介質(zhì)時(shí)，要考慮介質(zhì)溫度問(wèn)題，保證介質(zhì)到達(dá)變送器時(shí)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(duì)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(dòng)、沖擊和振動(dòng)的影響。根據(jù)不同的測(cè)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(cè)量液體、蒸汽時(shí)，導(dǎo)壓管斜度應(yīng)不小于1/12，向上連接到工藝管道；對(duì)于氣體測(cè)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(cè)量管的潔凈，沒(méi)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(cè)量管的潔凈，沒(méi)有雜物堵塞威力巴、導(dǎo)壓管及變送器而引起測(cè)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(méi)有泄漏而引起測(cè)量誤差。
在衡陽(yáng)煉鐵工程高爐項(xiàng)目的熱風(fēng)爐儀表施工中，安裝測(cè)量煤氣和助燃空氣流量的威力巴時(shí)，原設(shè)計(jì)變送器位置和威力巴位置較遠(yuǎn)。為了保證測(cè)量的精度，把變送器安裝位置改到威力巴旁，又考慮到所測(cè)量的介質(zhì)溫度在300）左右，如果導(dǎo)壓管太短，介質(zhì)到達(dá)變送器時(shí)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(zhǎng)度在3m左右，介質(zhì)到達(dá)變送器時(shí)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(jì)算使其導(dǎo)壓管的長(zhǎng)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(duì)變送器的影響達(dá)到一個(gè)相對(duì)理想的狀態(tài)，有效地保證了測(cè)量的精度。
4 威力巴流量計(jì)調(diào)試技術(shù)
在安裝吹掃工作完成后，連接變送器和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的連線，威力巴流量測(cè)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(jì)算機(jī)設(shè)置一致且符合設(shè)計(jì)要求的情況下，可以進(jìn)行測(cè)量系統(tǒng)的調(diào)試工作。
調(diào)試過(guò)程和其他變送器的調(diào)試基本相同，如和計(jì)算機(jī)調(diào)試員商定開(kāi)方運(yùn)算是在變送器內(nèi)做還是在計(jì)算機(jī)內(nèi)做，不能重復(fù)做，也不能不做；由于開(kāi)方運(yùn)算時(shí)小信號(hào)對(duì)流量的影響很大，必要時(shí)要進(jìn)行小信號(hào)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(cè)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(jì)算出來(lái)的。
在調(diào)試過(guò)程中，各個(gè)參數(shù)的變化對(duì)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?cè)谑褂弥袑?duì)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(jìn)行流體流量測(cè)量，其差壓計(jì)算所需參數(shù)必須是工藝實(shí)際生產(chǎn)狀況下可靠的參數(shù)，否則參數(shù)不正確，計(jì)算出來(lái)的差壓必定不真實(shí)，那么據(jù)此選用的再先進(jìn)的測(cè)量設(shè)備也無(wú)法準(zhǔn)確、可靠地測(cè)量。如果參數(shù)改變，必須根據(jù)具體的、真實(shí)的參數(shù)來(lái)重新計(jì)算，確保測(cè)量的真實(shí)性和可靠性。
在衡陽(yáng)鋼管廠煉鐵項(xiàng)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(wèn)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(duì)差壓的影響就表現(xiàn)出來(lái)，導(dǎo)致測(cè)量的不準(zhǔn)確。為了解決這一問(wèn)題，在烘爐階段對(duì)天然氣的成分進(jìn)行取樣分析，測(cè)量其壓力、溫度、使用量（即流量值），在此基礎(chǔ)上計(jì)算差壓值，同時(shí)測(cè)量系統(tǒng)的其他設(shè)定值進(jìn)行調(diào)整。這樣保證了烘爐階段測(cè)量的準(zhǔn)確。在正常生產(chǎn)階段，調(diào)整各項(xiàng)參數(shù)到原設(shè)計(jì)狀態(tài)，保證生產(chǎn)時(shí)測(cè)量的準(zhǔn)確，從而有效地解決了問(wèn)題，滿足了不同使用條件下的準(zhǔn)確測(cè)量。
5 結(jié)束語(yǔ)
威力巴是一種精密儀表，其流量測(cè)量系統(tǒng)是一個(gè)整體系統(tǒng)，為了充分發(fā)揮測(cè)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(gè)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(cè)量效果，使之更好地為生產(chǎn)服務(wù)。