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电磁流量计

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电磁流量计安装条件对测量精度及稳定性的影响研究

来源:编辑:发表时间:2018-11-06 08:29:21

       流量计量是科学计量的一个重要组成部分,在国民经济各个领域中得到了广泛地应用,电磁流量计是工业中应用最为广泛的一种流量计。电磁流量计大量应用于天然气流量测量中,对现场安装的要求相对较低。电磁流量计有许多优点,但若选型不合理﹑现场安装不妥﹑使用不当,都将会引起误差的增大,示值不稳定,甚至表体损坏。针对海上采油平台的实际情况,正确的安装方法成了流量计准确计量的关键。本文先容了电磁流量计的研究现状,在此基础上,对电磁流量计的工作原理进行了分析。

 
电磁流量计因具有结构简单、无截流阻流部件,不存在压力损失和流体堵塞现象且不受介质密度、粘度、温度等影响,稳定性好等特点,被广泛应用于工业生产及环保等各个方面。在实际使用中,大家发现流量计常发生测量不准,甚至不能正常运行的状况,给生产带来了一定的影响,必须找出解决的办法并加以改进。
 
1 电磁流量计
电磁流量计(Electromagentic Flowmeter,简称 EMF)基于法拉第电磁感应定律制成的一种用于测量导电液体体积流量的速度式流量计。由于其突出的优点和明显的优势,目前已被广泛地应用于各种测量工况中,测量工业过程中各种具有导电特性的液体的体积流量,如各种盐、酸、碱等腐蚀性介质;各种易燃易爆介质;污水处理及化工、食品、医药等工业中各种浆液流量测量,应用领域广泛且独特。
 
电磁流量计的构造相对较简单,传感器的测量管内几乎无可移动的部件,阻碍或干扰流体流动的节流部件也不存在。因而,当流体流经流量计时,压力损失基本为零。因为其特殊的构造形式,阻碍流体流动的结构部件,在仪表测量管内不存在,仅仅只有测量管内衬以及电极与被测流体进行接触,因此内衬和电极的材料如何选择,完全取决于被测量流体介质的性质。例如测量磨损较大的矿浆、带固体颗粒、水泥浆等液固两相流以及各种带纤维液体和纸浆等悬浊液体,比较适合采用耐磨橡胶做内衬;而测量各种酸、碱、盐等腐蚀性介质,则特别适合用聚三氟乙烯或聚四氟乙烯做内衬。
 
2 安装条件的影响流场分布
2.1 对电磁流量计测量的影响
流体在管道中流动时,一般有两种流动状态,即层流流动和湍流流动。 层流流动时,管内流体分层流动,各流层之间相互不混杂而平行于管道轴线流动,流层间没有流体质点的相互交换,流体通过一段管道的压力降与流量成正比。而湍流流动时,管内流体不再分层流动,流体质点除了沿管道轴线方向运动外,还有剧烈的径向运动,流体通过一段管道的压力降与流量的平方成正比。
 
在实际应用中,出于工艺流程的需要,往往需要在管道中加上弯头、阀门、减缩管、渐扩管等阻流件,流体流经这些阻流件之后,流场会发生较大的变化。为了较好的观察流体流经阻流件之后的流场速度分布,选取 90°弯头和渐缩管为研究对象,90°弯头的模型和网格划分如图 1 所示。管道直径为 100mm,弯头处的曲率半径为 200mm。为了保证流体经过弯头时已充分发展,弯头上游有 10D 直管段,并且弯头下游有 70D 直管段。
Gambit 建立的弯管模型 ( 局部图 )
电磁流量计对流场的分布没有严格的要求,因此相比于超声流量计,电磁流量计对于上游直管段的要求不需要太长。流体在通过弯头时流场会发生一定的改变,通过弯头之后还需要经过一定的直管段流场才能重新恢复。同样,流体在通过其他上游阻流件如渐缩管、渐扩管、阀门等同样也会发生流场的畸变,需要经过一定的直管段之后,流场才能重新恢复,达到电磁流量计测量对流场分布的要求。仪表上游阻流件的影响导致流场的畸变,需要经过一定的直管段才能得到恢复。制造厂也通过不断的优化电磁流量计的结构以减小其对流场的依赖,经过不断的努力,现在使用的电磁流量计需要一定的前直管段,但也无需太长。大量的实验表明,一般电磁流量计上游仍然要有5到10倍管径的直管段。
 
2.2 电磁流量计安装位置的影响
传感器安装位置的选择是保证电磁流量计正常运行的关键,所以在选择安装位置时应考虑下列因素:
(1)根据电磁流量计的测量原理可知,被测流体的流速必须轴对称分布才能保证流量计正常运行,否则容易引起流量计指示不稳,所以安装位置的选择必须使介质满管且保证直管段的要求(一般前 5D 后 3D)。
(2)为避免气泡的影响,安装位置不宜选择在易积聚气体的流体管道的最高点,垂直安装时,应选择流体由下而上的位置。当流体出口为放空状态时,传感器不应安装在管道放空之处,应安装在较低处,并使流体满管。
(3)电磁流量计的测量原理就决定了其易受外界电磁干扰的影响,为避免电磁场干扰,安装位置应尽可能地远离有强电磁场的大功率用电设备如大机电、大变压器等。另外,安装时流量计应很好的接地,信号线选用屏蔽线并穿管进行保护。
(4)为避免负压及管道的震动对流量计的影响,安装位置不宜选择在泵的进口或地面有强烈的震动处。如管道振动大,在传感器两边应加装固定管道的支架,以减少震动的影响。
(5)被测介质中含有固体颗粒时,水平安装会使衬里和电极过分磨蚀,也会使测量管内径被磨变大,从而产生较大的测量误差,此时应该选择垂直安装。
 
2.3 阻流件的影响
在前直管段为 20D、10D、5D 的各工况中,几乎所有工况对流量计的测量性能影响都在允许的 0.5% 误差范围内;当前直管段小于 5D 时,各工况表现出对流量计测量性能影响的差异不同,其中阻流件为 DN100 球阀 + 不在同一平面 45°双弯头、DN100 球阀 +DN100 单弯头、DN150 球阀 +90°单弯头 +DN150 变 DN100渐缩管 +90°单弯头时,对电磁流量计测量性能影响较大。总体来看,电磁流量计在复杂工况下所需的前直管段比较短,保守估计,前直管段为 10D 时均能满足所有工况时的测量精度。
 
总之,如果流量计在现场使用时没有正确安装,例如直管段长度不够、管径内液体不是理想液体、环境温度超出流量计正常使用范围,都有可能对流量计的测量结果造成极大的影响,可是现场条件未必能像实验室的安装条件一样理想,这就需要使用单位对流量计的性能作必要的了解和对现场安装条件的严格把关。
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