渦街流量計測量氣體流量是其應用的主要領域

   氣體種類較多,有用作能源的氣體,例如天然氣、煤氣、氫氣和壓縮空氣;也有工業原料氣,例如氧氣、氮氣、二氧化碳、硫化氫、甲烷、氯氣等;還有些企業,把經過燃燒,化學反應后產生的廢氣排放到大氣中。無論是能源氣體、原料氣體,還是廢氣,在輸送過程中都需要進行流量計量或檢測。

   用于氣體流量測量的儀表較多,在各類流量計儀表中,除電磁流量計以外,其余的幾類幾乎都可測量氣體流量,目前應用較多的有差壓式、流體振動式、渦輪式、超聲式流量計。用渦街流量計測量氣體流量,是其應用的主要領域。

    壓縮空氣作為載能工質可算是一種二次能源。當要求工作壓力較低時,它可用風機產生。當要求工作壓力較高時,則由空壓機產生。在生產中,對風機的風量和壓縮空氣的流量進行測量,是各企業能源管理的重要手段。作為被測流體,空氣是比較清潔、無腐蝕性的介質,雖然空氣中含有的水分和酸性氣體,但對用不銹鋼作接液材料的渦街流量計來說,是可以使用的,對測量不會有影響。測量壓縮空氣流量,

有以下幾個問題值得注意:

(1) 振動影響.

    壓縮空氣由空壓機或高壓風機產生。這些設備運行時都有不同程度的振動,有時振動還比較強烈,這種振動會通過連接管道傳送出來。在渦街流量計的選型和確定安裝位置時,應充分考慮這一影響因素。 在各種不同的檢測方法中,由于檢測元件不同,儀表的抗振性能也不相同。采用檢測速度變化原理的渦街流量計抗振要好一些,例如超聲式、熱敏式渦街流量計抗振性可達到 2g ;采用力檢測方式的渦街流量計,對抗動敏感一些。近年來在力檢測元件的設計和信號處理技術方面的進步,抗振性能有明顯改進,可達到 0.5g 一 1g 。在渦街流量計選型時,對于有壓氣體,例如壓縮空氣,由于密度增大,下限流速則可相應降低。各制造廠在選型樣本或使用說明書中,都給出密度與小流速的曲線或經驗公式。

(3 )脈動流影響

    由風機和壓縮機輸出的氣體,大多含有成分的脈動。羅茨風機輸出的氣體,其脈動頻率和幅值與腰輪的轉速和定排量體積有關,通常脈動頻率為 100 一 200Hz ;而往復式壓縮機輸出氣體的頻率較低,一般僅幾赫茲。另外,有些用氣設備,如空氣錘、風動工具等也會造成氣流的脈動,且這種脈動的頻率和幅值均具有隨機性。如前所述,脈動流對卡曼渦街的穩定有明顯的影響,嚴重時,可能產生旋渦頻率被“鎖定”的現象。在氣體試驗裝置中就曾出現了“鎖定”現象,這是用來調試分流旋翼式流量計的裝置。管道上安裝了一臺 DN50 的應力式渦街流量計,上游用羅茨風機作氣源,下游較遠處(約 10m )安裝了 DN50 氣體渦輪作流量監測,流量大小由下游閥門控制。

    在試驗中出現了如下現象:當下游閥門調大到某一開度以后,渦街流量計輸出信號的頻率不再隨流量增大而增大,保持在 200Hz 左右不變。此時,調節渦街流量計前置放大器的增益和觸發靈敏度都無效??家暈?50Hz 或倍頻干擾,但加強屏蔽和接地都不起作用。又以為是電源 l00Hz 或倍頻干擾,測量直流電源的紋波,紋波非常小,且更換直流電源也無濟于事與此同時,也觀察到渦輪流量計輸出的信號頻率也不大穩定、波形有抖動現象,頻率計指示變化較大。為了查找原因,搞清問題,把渦街流量計渦輪流量計的安裝位置作了對換。結果處于上游的渦輪流量計輸出信號的頻率出現較大的跳動,用示波器觀察波形,可看出波形抖動較嚴重,脈沖寬窄不均;再看下游的渦街流量計,輸出波形已不再像前面所看到的那么“穩定”,頻率計顯示的頻率在 195 一 220Hz 之間跳動,說明渦街流量計已不再被鎖定在原來的頻率上。 由上述試驗說明,出現這種現象的原因是風機送出的氣流脈動造成的。試驗過程中,查看了羅茨風機的名牌,風機轉速為 2950r/min, 風量為 20m3/min, 風壓(全壓)為 49kPao 根據風機的轉速和羅茨風機的原理,風機轉動一周,腰輪排放 4 個工作體積的風量,由此可以計算出風機輸出風量在一秒內的變化次數為 (2950 x 4)/60 二 196.7, 即風機輸出氣流脈動的頻率為 196.7 Hz 。這樣就證明了渦街流量計輸出頻率被鎖定在 200Hz 左右這一現象,是羅茨風機輸出氣流脈動的結果。

    發生上述現象以后,對羅茨風機調表裝置進行了改造。實施方法是在羅茨風機的出口處,增設了一個脈動阻尼容器,如圖 15-5(b) 所示。在容器內增加了幾道隔板,氣流經幾道隔板在容器內繞流。由于容器的氣容與氣阻的阻尼作用,使氣流的脈動幅度有效衰減。‘經過改造后的調表裝置,消除了氣源脈動的影響,上述現象不再出現。由此提醒我們,渦街流量計用于測量脈動流時應采取有效措施,把流體脈動衰減到幅度,才能不影響渦街流量計的正常運行。

2. 其他壓縮氣體流量測量

    在工業中,氧氣、氫氣、二氧化碳、氮氣等壓縮氣體流量測量也是需求較多的領域。用渦街流量計測量這些壓縮氣體的流量,其優勢在于精確度較高,壓力損失較小,量程范圍較寬,現場安裝與維護量較小。

     用渦街流量計測量壓縮氣體流量與測量壓縮空氣流量沒有什么區別,只是因為這些氣體的用途、一性質和生產設備有所不同,因此在測量系統的設計、儀表量程選擇、安裝位置的確定等方面,應結合生產工藝和設備特點考慮一些具體問題。

( 1) 氧氣流量測量應注意的問題

①測量現場的工頻干擾問題。氧氣大部分是用空分式制氧機生產,在制氧過程中,大型同步電機、管道中氣體進行加熱等都使用強大的電流, 50Hz 工頻電磁場可能感應到制氧設備的管道上,一旦影響到儀表,就可能對儀表造成很強的干擾。造成無氧氣流動的狀態下,儀表輸出虛假信號。因此,選擇恰當的安裝位置,加強儀表的屏蔽與合理的接地措施是儀表安裝時應重點考慮的問題。

②測量靈敏度問題。為了生產安全,減小或避免靜電影響,輸送管道內氧氣的流速都不能很高。例如某液化空氣廠,生產的氧氣,流量為 3500 一 5800Nm3/h ,溫度為 65 ℃,管內工作壓力為 0.025MPa ,輸送管道內徑為 400mm 。根據上述數據,換算成工作狀態體積流量為 3239 一 5638m3/h ,氧氣的流速為 7.2 一 11. 9m/s 。這個流量范圍,對于渦街流量計來說,基本上處于量程的低端。因此,在儀表投運時,應根據現場情況,把渦街流量計前置放大器的增益和觸發電平調整到合適的水平。由于氧氣的密度比空氣高,相同流速狀態下,信號幅度比空氣大,再加上考慮現場干擾影響,因此渦街流量計的靈敏度可以適當調低一些。

③禁油問題。測量氧氣的儀表禁油,這是關系到人員和設備安全的問題。由于經驗不足,某企業提供測量氧氣流量的渦街流量計,出廠時禁油不,遭到制氧廠的阻攔,安裝前又用四氯化碳進行了重新清洗脫脂,才得以安裝。

(2) 氫氣流量測量應注意的問題

    氫氣是密度較小的氣體,在標準狀態下 (101.325kPa. 20%) 的密度為 0.0838kg/m3 ,僅為相同狀態下空氣的 1/14 。又由于氫氣的性質很活潑,所以在工業上使用氫氣時,人們對它也小心。在設計氫氣管道時,把氫氣的流速限制得較低,這樣就給流量測量帶來麻煩。

     由于許多企業對氫氣流量測量持謹鎮態度,所以渦街流量計用在氫氣流量測量方面比較少。應用渦街流量計測量氫氣應注意以下幾方面問題。

•  測量靈敏度問題。氫氣的密度很小,流速又不高,因此渦街信號很微弱,在相同狀態和流速下,信號強度僅有空氣的 1/14 。因此,應用時要把前置放大器的靈敏度調得較高。前置放大器靈敏度提高帶來的問題就是極容易引起環境中的各種干擾。為避免各種干擾的侵人,儀表安裝時應選擇合適的安裝位置,注意儀表的屏蔽與接地。

•  防爆問題。氫氣是易燃易爆氣體,且要求的防爆等級也很高,選表時不能忽略這個問題。關于氫氣流量測量的流速限制問題。經向國外專家咨詢和企業的具體實踐,有專家認為:“以后碰到低壓氫氣流量測量時我們可忽略流速的考慮,需要重點考慮壓降和精度的要求。”這一結論,對應用渦街流量計測量氫氣流量提供了新的思路??梢栽諮沽λ鶚г市淼那疤嵯?,縮小測量管徑,提高流速,從而可提高渦街信號的幅值,使渦街流量計處于較好的測量范圍、提高流量測量精度。根據現場條件,采用縮徑渦街流量計測量氫氣流量則是一種較好的選擇。

    更多技術參數,可參閱 迪泰爾 儀表網站 //www.mhtmtp.com.cn/ (中文網址:迪泰爾.cn) 或者 //www.detair.com/

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