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流量儀表合理選型和在供熱行業(yè)中的應用

【摘 要】流量儀表是過程自動化儀表與裝置中的重要儀表之一。在工業(yè)生產(chǎn)過程中，流量測量對生產(chǎn)的經(jīng)濟性、安全性都是非常重要的。流量的正確計量是生產(chǎn)和能源考核的必備手段，在提高生產(chǎn)效率，保障生產(chǎn)安全和杜絕能源浪費等方面發(fā)揮著無可替代的作用。為了準確快速地在眾多流量儀表中選擇最佳的流量儀表，文中首先介紹了流量儀表的類型、工作原理、選型標準，然后結合現(xiàn)場工程應用分析了流量儀表選型的正確步驟，最后總結出適合在供熱行業(yè)中應用流量儀表的總體思路。
【關鍵詞】流量儀表 選型 供熱

流量的正確計量是生產(chǎn)和能源考核的必備手段，在提高生產(chǎn)效率，保障生產(chǎn)安全和杜絕能源浪費等方面發(fā)揮著無可替代的作用。流量又是熱工參數(shù)中最難測量的一個參數(shù)，流量儀表大都需要適合的測量介質(zhì)和工況條件為依托方可發(fā)揮正確作用，因此合理的選擇流量測量及相關儀表是至關重要的。同時不同流量測量對象有各自不同的測量目的，在儀表性能方面則應有其不同側重點。例如商貿(mào)核算和儲運對精確度要求較高；連續(xù)測量過程控制通常只要求良好的可靠性和重復性，有時還要求寬的范圍度，而對測量精確度要求還放在次要地位；批量配比生產(chǎn)則希望有好的精確度等。目前，市場上大約有超過100種不同的流量儀表，隨著科學技術的發(fā)展，新型的流量儀表還在不斷涌現(xiàn)。然而，沒有一種流量儀表是“放之四海而皆準”的。為此，用戶應當首先了解流量儀表的性能特點，再結合所應用場合的工況條件，最終才能選擇性價比合適的產(chǎn)品。
1.流量儀表的類型及特性
流量儀表的分類方法很多，至今國內(nèi)外還沒有統(tǒng)一的標準。表1列出了工業(yè)生產(chǎn)過程中常用的流量儀表的型式及其主要性能特點。下面分別作簡要介紹。
2.常用流量儀表的工作原理
（1）差壓式流量計：差壓式流量計是在管道中安裝節(jié)流裝置或動壓測量裝置，而這些裝置輸出反映流量或流速的差壓信號。
（2）容積式流量計：容積式流量計在進行流量測量時相當于一個標準容器，在測量的過程中，它連續(xù)不斷地對流體進行度量，流量的大小與儀表度量的次數(shù)成正比。容積式流量計的原理比較簡單，適于測量高粘度、低雷諾數(shù)的流體。
（3）速度式流量計：速度式流量計主要通過測量管道截面上流體平均流速來測量流體流量。其中渦輪式：流體作用下的渦輪葉輪受力旋轉，使檢測線圈中產(chǎn)生感應電動勢，由感應電動勢換算成流體的流量；渦街式：利用流體會在管道中的阻流體兩側交替地分離釋放出規(guī)則的漩渦，漩渦分離頻率正比于管道內(nèi)的平均流速，由此可測量流體的流量；電磁式：導電性液體在垂直于磁場的非磁性測量管內(nèi)流動，切割磁力線，在其兩端產(chǎn)生感應電動勢，由感應電動勢換算成流體的流量；超聲式：測量原理分為時差法與多普勒法，時差法利用聲波在流體順流方向與逆流方向的傳播速度差與被測流體流速之關系求取流速；多普勒法是利用靜止點檢測從移動源發(fā)射波產(chǎn)生多普勒頻移用來測量流量。
（4）科里奧利質(zhì)量流量計：利用流體在直線運動的同時處于一旋轉系中，產(chǎn)生與質(zhì)量流量成正比的科里奧利力，根據(jù)此原理制成一種直接時質(zhì)量流量儀表。    
3.流量儀表的主要技術參數(shù)
（1）流量范圍：流量范圍指流量計可測的最大流量與最小流量的范圍。
（2）量程和量程比：流量范圍內(nèi)最大流量與最小流量值之差稱為流量計的量程。最大流量與最小流量的比值稱為量程比，亦稱流量計的范圍度。
（3）允許誤差和精度等級：流量儀表在規(guī)定的正常工作條件下允許的最大誤差，稱為該流量儀表的允許誤差，一般用最大相對誤差和引用誤差來表示；流量儀表的精度等級是根據(jù)允許誤差的大小來劃分的，其精度等級有：0.02、0.05、0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5等。
  （4）壓力損失：壓力損失的大小是流量儀表選型的一個重要技術指標。壓力損失小，流體能消耗小，輸運流體的動力要求小，測量成本低。反之則能耗大，經(jīng)濟效益相應降低。故希望流量計的壓力損失愈小愈好。
  4.流量儀表選型的關鍵影響因素
流量儀表的選型對儀表能否成功使用往往起著很重要的作用，因此選擇流量儀表時應結合多方面影響因素，揚長避短，選擇最合適的儀表。一般選型應從以下幾方面影響因素進行考慮：
（1）首先須考慮流量計量的用途：不同的測量目的，在儀表性能方面有其不同側重點。例如商貿(mào)核算和儲運對精確度要求較高；連續(xù)測量過程控制通常只要求良好的可靠性和重復性，有時還要求寬的范圍度，而對測量精確度要求還放在次要地位；批量配比生產(chǎn)則希望有好的精確度。
（2）被測流體的特性：流體的溫度、壓力、密度、粘度、化學腐蝕、磨蝕性、結垢、混相、相變、電導率、聲速、導熱系數(shù)、比熱容，等熵指數(shù)等；
（3）滿足工藝的要求（滿足工藝的流量變化范圍、工藝對壓力損失的影響等）以及國家規(guī)范及計量部門對介質(zhì)流量計量的要求，從而確定流量儀表的性能：準確度、重復性、線性度、范圍度、流量范圍、信號輸出特性、響應時間、壓力損失等；
（4）現(xiàn)場條件的安裝要求：管道布置方向，流動方向，檢測件上下游側直管段長度、管道口徑，維修空間、電源、接地、輔助設備（過濾器、消氣器）的安裝等；要使流量計能準確地進行測量，必須滿足所規(guī)定的直管段長度，并考慮是否滿足耐溫、耐壓、抗振動及安全保護問題等影響儀表安裝的因素。
（5）儀表使用后周圍環(huán)境條件等的影響：主要從環(huán)境溫度、濕度、電磁干擾、安全性、防爆、管道振動等方面進行考慮，還須考慮儀表的日常維修、維護、更換是否方便。
（6）經(jīng)濟因素方面的影響：儀表購置費、安裝費、運行費、校驗費、維修費、儀表使用壽命、備品備件等。有時計量部門要求配置的儀表系統(tǒng)所需經(jīng)費往往與實際所給的費用有差距，這時只能根據(jù)經(jīng)費選擇合適的儀表。
5.流量儀表的選型準則
分析了上述儀表選型影響因素后，選擇某個具體工程的流量儀表時應盡可能滿足如下準則：
（1）流量儀表的重復性要好；（2）流量測量系統(tǒng)的總準確度較高；（3）流量計本身有相當強的流動調(diào)整能力，要求較短的直管段，無需流動調(diào)整器；（4）總的永久壓力損失要小、 耗能費要少；（5）流量測量的量程比要較寬；（6）流量計本身有自清掃能力，可測量臟污流體，無需過濾器；（7）流量計本身耐受流體腐蝕能力要強，性能要長期穩(wěn)定，可靠耐用；（8）流量計本身故障率要小，維護與修理費用要少；（9）流量計本身無可動部件，檢定周期較長，使用壽命較長；（10）流量計的購置費與校準費要適中，安裝與運行花費要少。
在具體工程中還應根據(jù)工程的特點選擇合適的流量計，并不需要完全滿足上述選型準則，比如在供熱管網(wǎng)前端的間供熱力站的一次側流量計量，此時就沒必要選擇永久壓力損失小的流量儀表，應跟據(jù)工藝的壓力損失要求進行選擇即可。
6.流量計在供熱工程中的應用
流量儀表的選型是科學的、系統(tǒng)的系統(tǒng)工程，應通過分析流量儀表的類型、工作原理、影響因素，結合現(xiàn)場實際工況做出正確的選擇。
在供熱管網(wǎng)中一般需要對兩種介質(zhì)進行流量計量：蒸汽及熱水。
對于蒸汽計量：
在熱電聯(lián)廠行業(yè)內(nèi)，一般均采用打孔抽汽的方法抽取低壓過熱蒸汽和熱網(wǎng)循環(huán)水進行一級換熱，此時需要對低壓過熱蒸汽進行計量，該參數(shù)僅為考核電廠內(nèi)的運行管理，不作為貿(mào)易結算用，因此此時的流量計量要有較低的壓力損失，較短的安裝直管段，并且根據(jù)供熱系統(tǒng)性質(zhì)要求流量計量程比較寬，因此根據(jù)表1可知應選擇彎管流量計或渦街流量計較為合適，而孔板和噴嘴等延循電廠的觀念采用較多，但隨著認識水平的提高，必然選擇彎管流量計或渦街流量計，對于這兩種流量計的比較可知，渦街流量計的安裝要求較高，同時維護費用較高，渦街流量計的耐溫能力較低，因此可采用彎管流量計。
對于蒸汽鍋爐產(chǎn)生蒸汽量的計量，就需根據(jù)工藝要求壓力損失的情況進行選擇，并且如果蒸汽計量作為貿(mào)易結算表來用時，此時采用渦街流量計和流量孔板及噴嘴的較多。
對于熱水計量：因為供熱管網(wǎng)的熱水計量一般為高溫水，同時供熱管網(wǎng)的熱水較臟，因此選用電磁流量計較為理想。同時有時供熱管網(wǎng)的全網(wǎng)自控系統(tǒng)有時也采用一次側流量控制的方式，此時流量計量是用來作為控制量的，此時采用實時性很好的電磁流量計更為理想。當然還應根據(jù)管網(wǎng)中計量介質(zhì)的流速進行選擇合適的流量計，電磁流量計不使用于較低流速的流量計量。
隨著我國供熱計量收費的發(fā)展，熱量表的安裝與選擇成為了今后儀表工作人員的重要工作，我國目前常用的熱量表還是以超聲波熱量表為主，而沒有采用電磁流量計作為流量檢測元件，主要是認為熱水有消磁的性能，以及電磁流量計以受到外界電磁干擾，但超聲波流量計的精度等級較低，一般不應作為貿(mào)易結算表來用，因此從貿(mào)易結算表的精度等級上來說還應該采用電磁流量計作為流量檢測元件。  
7.結語
隨著生產(chǎn)工藝復雜程度和自動化程度的提高，會對流量測量及控制提出更新、更高和更多的要求，如特大口徑、特大流量測量；超微小流量測量；高溫介質(zhì)的流量測量；超低溫介質(zhì)的流量測量等等。近年來，核磁共振流量計、放射性同位素流量計等新儀表已日臻完善，流量測量準確度在不斷提高。應根據(jù)工程的實際情況權衡利弊，慎重做出選擇，不要盲目根據(jù)經(jīng)驗做出判斷。
流量儀表的選型應以工程的實際情況為依據(jù)，對現(xiàn)場的安裝充分重視，充分考慮流量儀表的影響因素，不局限于常規(guī)標準化儀表的選用，可考慮采用新型流量儀表的可能性，從而使流量儀表的選型能夠最終成為符合現(xiàn)場工程的高性價比的合適產(chǎn)品。

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