摘要：系(xì)統闡述(shù)了多種(zhong)傳統流(liú)量計的(de)測量原(yuan)理，對比(bi)各個測(cè)量裝置(zhì)的優缺(que)點，提出(chū)的超聲(sheng)波流量(liàng)計
在高(gao)溫高壓(ya)大口徑(jing)管道中(zhōng)精确計(ji)量。從經(jing)濟效益(yi)、精度偏(piān)差、安裝(zhuang)使用、節(jiē)能減排(pai)、後期維(wéi)護等多(duo)個方⁉️面(mian)诠釋超(chao)聲波流(liú)量計相(xiàng)🚶比傳統(tong)的機械(xie)式流量(liang)計的獨(dú)特特點(dian)，以🌏及在(zài)我國工(gong)業生産(chǎn)和計量(liàng)領域中(zhong)的重要(yào)應用。
1原(yuán)理概述(shù)
蒸汽作(zuò)爲廣泛(fan)的載熱(re)介質，在(zài)各行各(ge)業中有(you)着非常(cháng)重要㊙️的(de)作用。在(zài)電廠中(zhong)使用蒸(zhēng)汽推動(dòng)汽輪機(jī)進行發(fā)電。在食(shi)品行業(ye)🏃♂️中，可以(yǐ)使用蒸(zheng)汽對管(guǎn)路進行(hang)消毒，确(que)保食品(pin)安全衛(wei)生無菌(jun1)。在煉油(you)行業，使(shi)用高❗壓(yā)蒸汽對(dui)油井或(huo)者氣田(tian)進行壓(yā)裂開采(cai)。在石化(hua)化🐆工行(háng)業的生(sheng)産過程(chéng)中，很多(duo)環節需(xu)要使用(yòng)到蒸汽(qì)，比如汽(qì)提塔中(zhōng)，蒸汽的(de)溫度和(he)壓力的(de)穩定對(dui)塔器中(zhong)的生産(chan)有着至(zhi)關重要(yào)💃的作用(yòng)。在化工(gong)行業，某(mou)些易結(jié)晶的介(jiè)質在生(shēng)産和運(yùn)輸過程(cheng)中需💯要(yao)保持溫(wen)度，而蒸(zhēng)汽往往(wǎng)就是給(gěi)✏️管道進(jìn)行伴熱(rè)和保溫(wen)的介💞質(zhi)。在管道(dào)的吹掃(sao)⛱️中，有時(shí)可以使(shǐ)用空氣(qì)，而有些(xie)場♉合就(jiù)需要使(shi)用蒸汽(qì)吹掃。當(dāng)然更顯(xiǎn)而易見(jiàn)的是，蒸(zhēng)汽可以(yi)作爲建(jiàn)築或者(zhě)場所的(de)取暖用(yong)介質。
蒸(zheng)汽負載(zai)着能量(liàng)，所以準(zhǔn)确的計(jì)量蒸汽(qi)意義重(zhòng)大。對于(yu)🤟生産🌈廠(chang)區的内(nèi)部計量(liàng)，計量的(de)精度可(kě)以起到(dao)節能減(jian)排的作(zuo)用。對于(yu)貿易交(jiāo)接的場(chǎng)合，無論(lun)是蒸💁汽(qì)的生産(chan)方還是(shi)使用方(fang)，計量的(de)精度⭐直(zhi)接關系(xì)到♉雙方(fāng)的費用(yong)結算，一(yī)定需要(yao)一個可(kě)靠的計(jì)量方式(shì)🐆，才能避(bi)免費用(yong)上的糾(jiu)紛。傳統(tong)的蒸汽(qi)計量方(fang)式多采(cai)用差壓(ya)式流量(liang)計，
差壓(ya)式流量(liang)計
需要(yào)一個節(jie)流原件(jiàn)來實現(xiàn)壓力差(cha)，包括
孔(kǒng)闆流量(liang)計
、文丘(qiu)裏、噴嘴(zui)等方式(shi)。随着技(jì)術的發(fa)展，渦街(jiē)流量計(ji)漸漸用(yòng)于蒸♊汽(qì)測量。近(jin)幾年，采(cǎi)用時差(cha)法原理(li)并且适(shi)用溫度(dù)較高的(de)超聲波(bō)流量計(ji)也開始(shǐ)進入蒸(zheng)汽測量(liàng)的領域(yù)。下面簡(jian)單介紹(shao)一💁下這(zhe)幾種測(cè)量方式(shi)的原理(li)。
1.1差壓式(shi)儀表
流(liú)體在有(you)節流裝(zhuang)置的管(guǎn)道中流(liu)動時，在(zài)節流裝(zhuāng)置前後(hou)的管壁(bì)處，流體(ti)的靜壓(ya)力産生(sheng)差異的(de)現象稱(chēng)爲節流(liú)現象。節(jie)流裝置(zhi)包🐪括節(jiē)流元件(jian)和取壓(yā)裝置。節(jie)流元件(jian)是使管(guan)道中✨的(de)流體産(chan)生局👌部(bù)收縮的(de)元件，多(duō)達30多種(zhǒng)，常用的(de)節流元(yuán)件有孔(kong)闆、噴嘴(zuǐ)和文丘(qiū)利管等(deng)。流體流(liú)過節流(liú)元件時(shi)，會被加(jiā)速，流體(tǐ)的加速(sù)時期動(dòng)能增加(jiā)，按照能(neng)量守恒(heng)定律，在(zài)流體🐆被(bei)加速處(chu)它的靜(jing)壓力會(hui)降低🐕一(yī)個相應(ying)的值，因(yin)此在節(jie)流🔴原件(jiàn)兩側産(chǎn)生一個(gè)差壓，而(ér)這一差(cha)壓與流(liú)速的平(píng)方根成(chéng)正比。其(qi)原理的(de)計算公(gong)式如下(xià)：
Qv=CεΑ/sqr(2ΔP/(1-β＾4)/ρ1)(1)
其中：
C爲(wèi)流出系(xi)數；
ε爲可(kě)膨脹系(xì)數
Α爲節(jie)流件開(kai)孔截面(mian)積，m2
ΔP爲節(jiē)流裝置(zhi)輸出的(de)差壓，Pa;
β爲(wei)直徑比(bǐ)
ρ1爲被測(ce)流體在(zài)I-I處的密(mì)度，kg/m3;
Qv爲體(ti)積流量(liàng)，m3/h
下圖爲(wei)一些常(chang)見節流(liu)原件的(de)示意圖(tú)
1.2渦街流(liu)量計
自(zi)然界的(de)很多現(xiàn)象都源(yuán)于渦街(jiē)原理，比(bǐ)如迎風(feng)飄🥵揚的(de)🎯旗幟，旗(qi)杆作爲(wèi)漩渦發(fā)生體,當(dang)風從旗(qí)杆一側(cè)吹來時(shi)，旗杆阻(zǔ)擋了風(feng)，分别從(cóng)旗杆兩(liǎng)側吹過(guo)的氣流(liú)在其後(hòu)形成⭕了(le)漩渦☎️，因(yin)此，旗幟(zhi)能夠随(suí)風飄揚(yang)。在
渦街(jie)流量計(jì)
中，正是(shi)采用了(le)“卡門渦(wō)街原理(lǐ)”，測量管(guǎn)中有一(yi)個漩渦(wo)發☁️生體(tǐ)，漩渦的(de)脫落頻(pin)率正比(bǐ)于流量(liàng)，漩渦脫(tuō)落🔞頻率(lǜ)通過傳(chuán)感器中(zhong)的壓電(diàn)晶體來(lái)測量，公(gōng)式如下(xià)：
f=StV/d(2)
式中：
f－發(fa)生體一(yī)側産生(shēng)的卡門(mén)旋渦頻(pín)率
St－斯特(te)羅哈爾(ěr)數（無量(liàng)綱數）
V－流(liu)體的平(ping)均流速(su)
d－旋渦發(fa)生體的(de)寬度
通(tōng)過壓電(diàn)晶體測(cè)得頻率(lü)之後，就(jiù)可以算(suan)得流速(sù)值，再乘(cheng)以流量(liàng)計的截(jie)面積就(jiù)可以知(zhī)道流速(su)。
1.3超聲波(bo)流量計(jì)
相比前(qián)兩種測(cè)量原理(lǐ)，超聲波(bo)時差法(fǎ)的原理(li)則更🔱加(jia)簡單易(yi)🔴懂一些(xiē)。與人們(men)劃船或(huò)者遊泳(yong)類似，超(chāo)聲波在(zài)流動的(de)流體中(zhōng)的傳播(bo)速度與(yu)流體的(de)流速有(yǒu)關。順流(liu)而下的(de)超聲波(bō)的傳播(bō)速度大(dà)于逆流(liu)而上的(de)傳播速(su)度。隻要(yao)分别測(cè)量出超(chāo)聲波順(shun)流和逆(ni)流⭐的傳(chuán)播時間(jiān)，就可以(yi)依據下(xià)面的公(gōng)式得到(dào)該路徑(jìng)🙇🏻上瞬時(shí)流速♌。這(zhe)🏃🏻♂️樣，介質(zhì)流量則(zé)可以通(tōng)過流速(sù)、管道截(jié)面積等(děng)求得。
Vm＝L(TB?A-TA?B)/(2*COS?*TB?A*TA?B)(3)
|
超聲(shēng)波流量(liang)計用于(yú)液體測(cè)量已經(jīng)有幾十(shí)年的曆(lì)史♌了，随(suí)着技術(shu)的發展(zhan)，超聲波(bo)流量計(jì)也逐漸(jian)開始應(ying)用在氣(qi)體的領(lǐng)域，尤其(qí)高溫換(huan)能器的(de)開發，使(shǐ)其可以(yi)用于蒸(zheng)汽的領(lǐng)域。以高(gao)溫氣體(tǐ)超聲波(bō)流量計(jì)爲例，選(xuan)用高溫(wen)SS347材質的(de)換能器(qì)，溫度可(kě)以👣達到(dao)540度，耐⁉️壓(ya)可達10Mpa。Inconel合(he)金❓材質(zhi)的換能(néng)器更可(ke)達到20Mpa的(de)壓力等(děng)級，可選(xuǎn)610度的高(gāo)溫。可适(shi)用于各(ge)種低壓(yā)/中壓/高(gao)壓蒸汽(qì)。
了解了(le)各種原(yuán)理之後(hòu)，再來對(dui)比一下(xia)各個測(cè)量原理(lǐ)的優缺(que)點，此處(chù)對比參(cān)考超聲(sheng)波流量(liang)計産品(pǐn)樣本（液(yè)體OPTISONIC3400,蒸汽(qi)OPTISONIC8300）。
|
|
渦街流(liú)量計 |
超(chao)聲波流(liú)量計 |
|
|
口(kǒu)徑範圍(wéi) |
孔闆：DN25~500
|
DN15~300
|
液體(tǐ)DN25~3000
|
|
溫度範(fàn)圍 |
根據(ju)材質和(he)壓力等(děng)
|
||
|
孔闆(pǎn)：1%
|
1%～2% |
||
|
是否有(you)阻流件(jian) |
是 |
是 |
|
|
壓損情(qing)況 |
較大(da)，孔闆的(de)壓損達(dá)到差壓(yā)值的60%，文(wen)丘裏是(shi)差壓值(zhi)的15% |
較小(xiǎo) |
無壓損(sǔn) |
|
前後直(zhí)管段 |
孔(kǒng)闆：前20DN，後(hòu)10DN
|
前(qián)20DN後5DN |
液體(ti)：前5DN後3DN氣(qì)體：前20DN後(hou)3DN |
|
量程比(bǐ) |
孔闆：1：3
|
1：10 |
1：10 |
|
維(wéi)護量小(xiǎo)于差壓(ya)式儀表(biǎo) |
無需維(wei)護，沒有(you)磨損與(yu)腐蝕 |
從(cóng)上表的(de)對比可(kě)以明顯(xiǎn)看出，超(chāo)聲波流(liú)量計有(you)幾個很(hen)重要的(de)優點：
量(liàng)程比寬(kuān)：孔闆的(de)量程比(bi)隻有1：3，在(zài)實際應(yīng)用過程(cheng)中，如果(guǒ)最大和(he)最小流(liú)量的範(fan)圍較寬(kuan)，一台孔(kǒng)闆就無(wu)法适用(yòng)，往往需(xū)要2～3台孔(kong)闆用于(yú)不同的(de)量程範(fàn)圍，而☀️2～3台(tái)表又🌂會(hui)引入系(xì)統誤差(cha)，造成測(cè)量可靠(kao)性進一(yi)步⛹🏻♀️下降(jiang)。超聲波(bō)流量計(ji)💁超寬的(de)量程比(bǐ)，從0.3～30m/s都可(ke)以保證(zheng)精度，有(yǒu)時可測(ce)比30m/s更高(gao)。
長期穩(wěn)定性好(hǎo)：使用過(guò)差壓式(shì)的儀表(biǎo)的操作(zuo)工可能(neng)都有感(gan)✍️觸，節流(liu)元件是(shi)非常容(róng)易磨損(sǔn)的部件(jiàn)，在高溫(wen)或者💁高(gao)磨損性(xing)的條🧡件(jiàn)下，節流(liú)元件的(de)開口尺(chǐ)寸會越(yuè)🥰來越大(dà)，從而造(zao)👨❤️👨成計量(liang)值偏小(xiǎo)♋。如果實(shi)在貿易(yi)交接的(de)♍場合，對(dui)于賣方(fāng)來說，就(jiù)會造成(cheng)損失。而(er)超聲波(bo)流量計(jì)因爲沒(méi)有阻流(liu)部件，所(suǒ)以壓損(sǔn)幾乎爲(wèi)零，也不(bu)會磨👈損(sun)，所以長(zhang)期穩定(dìng)性非常(cháng)好。
口徑(jing)範圍大(dà)，最高溫(wen)度高：渦(wo)街流量(liang)計因爲(wèi)口徑限(xian)制，隻能(néng)适用🐕于(yú)小口徑(jìng)、中低溫(wen)蒸汽，如(ru)果有大(dà)于DN300的管(guǎn)徑或者(zhě)高于🌐450度(du)的應用(yong)🛀，渦街就(jiu)無能爲(wèi)力了，這(zhe)時候選(xuǎn)用超聲(sheng)波♋流量(liang)計✨更加(jia)合☀️适
2. 節(jiē)能減排(pái)經濟效(xiao)益對比(bi)
以上從(cóng)理論角(jiǎo)度闡述(shu)了超聲(shēng)波的優(yōu)點，下面(miàn)通過一(yī)個實例(lì)🛀🏻的計算(suan)，來對比(bi)一下使(shi)用傳統(tǒng)差壓式(shi)流量計(jì)和新型(xing)超聲波(bo)流量計(jì)在經濟(ji)效益上(shang)的差異(yì)。
主要可(kě)以從三(san)方面來(lái)對比：
1.因(yīn)磨損和(hé)腐蝕造(zào)成差壓(yā)式流量(liàng)計的精(jīng)度偏差(chà)，從而影(yǐng)響計費(fei)的準确(què)性；
2.因差(cha)壓式流(liu)量計較(jiao)大的壓(ya)損而造(zao)成的無(wu)形中的(de)電🏃♂️力的(de)浪🌈費；
3.因(yīn)差壓式(shi)流量計(jì)需要維(wei)護和更(gèng)換的後(hòu)續維護(hu)成本。
2.1首(shǒu)先，先看(kan)一下因(yin)磨損和(hé)腐蝕造(zao)成差壓(ya)式流量(liang)計的精(jing)度偏差(chà)，從而影(ying)響計費(fèi)的準确(què)
以最常(cháng)見的孔(kong)闆流量(liang)計爲例(lì)，因爲孔(kong)闆的節(jie)流元件(jiàn)在高溫(wēn)🏃♀️下很容(róng)易被腐(fu)蝕，造成(chéng)流通面(mian)積變大(da)，差👄壓變(bian)小，最終(zhong)導緻測(ce)量值偏(pian)小。那麽(me)在蒸汽(qì)的貿易(yi)交接中(zhōng)❄️，測量值(zhí)偏小，就(jiù)意味着(zhe)蒸汽生(sheng)産方的(de)收入變(bian)少，嚴重(zhong)的可能(neng)導緻虧(kuī)本經營(yíng)。那麽下(xià)面來計(jì)算一下(xia)，因爲孔(kong)闆的計(ji)量偏差(chà)可以導(dǎo)緻🤩多少(shao)收入上(shang)🙇🏻的損失(shi)。
假設某(mou)電廠給(gěi)一個用(yong)戶供應(yīng)過熱蒸(zhēng)汽，口徑(jìng)DN500，壓力♍2.0Mpa，溫(wēn)度🙇🏻:310℃，流量(liang)範圍：0-200t/h。按(an)一個月(yuè)工作28天(tian)計算，那(na)麽一個(gè)月需要(yào)🛀供應的(de)蒸汽總(zǒng)量在200*24*28=134400t/月(yuè)，按蒸汽(qi)價格160元(yuán)/t計算，每(mei)月的收(shou)入爲2150.4萬(wan)元。
爲了(le)簡化計(jì)算，假設(shè)每個月(yuè)孔闆流(liu)量計因(yin)爲磨損(sǔn)🚩而😄産生(shēng)🔅的精度(dù)變化是(shì)線性的(de)，每月精(jing)度下降(jiàng)0.01%，那麽通(tong)過下表(biao)可以看(kàn)出，第一(yī)年内損(sǔn)失的收(shou)益：
第二(èr)年的收(shōu)入損失(shi)可能高(gāo)達45萬多(duō)。
采用超(chāo)聲波流(liú)量計的(de)話，也許(xǔ)最初的(de)購置付(fù)費會高(gao)于孔🌂闆(pǎn)🥰流量計(ji)，但是因(yīn)爲不存(cún)在孔闆(pan)的磨損(sǔn)造成的(de)計量♌偏(piān)差，因爲(wei)增加💁的(de)購置成(chéng)本基本(ben)上在1～2年(nian)就可以(yi)收回。
以(yi)上隻是(shì)簡單的(de)計算了(le)孔闆流(liu)量計因(yin)爲磨損(sǔn)造成的(de)收益損(sun)💁失。其實(shi)，因爲孔(kǒng)闆的量(liang)程比很(hěn)小，隻有(yǒu)1：3，所以在(zai)管線剛(gang)剛啓動(dòng)的時候(hou)，因爲流(liu)量太小(xiǎo)，往往無(wu)法精确(què)計量。而(ér)當用戶(hù)蒸汽用(yong)量大的(de)時候，又(yòu)會造成(chéng)大流量(liàng)無法計(jì)量，由此(ci)帶來巨(ju)大的📧損(sun)失。
2.2因差(chà)壓式流(liu)量計較(jiao)大的壓(yā)損而造(zào)成的無(wú)形中的(de)電力🥰的(de)🔞浪費🍉
衆(zhong)所周知(zhi)，差壓式(shi)流量計(ji)必定會(huì)造成永(yǒng)恒的壓(ya)力損失(shī)。還是以(yǐ)上面的(de)孔闆流(liu)量計爲(wei)例，口徑(jing)DN500，壓力2.0Mpa，溫(wēn)度:310℃，流量(liang)範☀️圍：0-200t/h。此(ci)時蒸汽(qì)密🚶度約(yuē)爲8.28kg/m3，所以(yi)體積流(liu)量約爲(wèi)0-24000m3/h。若使用(yòng)差壓式(shì)流量計(ji)，可以讓(ràng)廠家計(jì)算永久(jiǔ)壓力損(sun)失，按照(zhào)流速和(hé)節流元(yuan)件的不(bu)同，壓力(li)損失可(ke)以在5～40Kpa不(bu)等。如按(àn)較小的(de)10Kpa壓損來(lái)計算，按(àn)♈最大流(liú)量的一(yī)半流量(liàng)時，能量(liàng)損失在(zài)27.78kW。還是按(àn)每月28天(tian)計算，一(yi)年能耗(hào)的損失(shi)是22.4萬✉️KWh。如(rú)果一度(dù)電按0.5元(yuan)計算，那(nà)麽電費(fei)約👉需11萬(wàn)元。也就(jiu)是說，如(ru)果更換(huan)成沒有(you)壓👈損的(de)超聲波(bo)流量計(ji)🏃，可以減(jiǎn)少泵送(sòng)的能量(liang)，節省電(dian)費11萬元(yuán)。
2.3因差壓(yā)式流量(liang)計需要(yào)維護和(hé)更換的(de)後續維(wéi)護成🙇🏻本(běn)
從前面(mian)第一點(dian)可以看(kàn)出，使用(yòng)2年後，孔(kong)闆的磨(mo)損會非(fēi)常🏃🏻厲害(hai)，所以這(zhè)就是爲(wèi)何差壓(yā)式流量(liàng)計都建(jiàn)議2～3年更(gèng)換一次(ci)。這就意(yì)味着用(yòng)戶需要(yao)重新購(gòu)買新的(de)節流元(yuan)件，重新(xīn)标定，重(zhòng)新安裝(zhuang)。這裏面(miàn)所涉及(ji)的采購(gòu)成本，人(rén)員安裝(zhuang)成☎️本，停(tíng)産的成(chéng)本都是(shì)相當可(kě)觀的。
3安(ān)裝維護(hu)
在蒸汽(qi)管道的(de)安裝上(shang)，因爲蒸(zhēng)汽管道(dao)都需要(yào)包裹保(bao)溫🥵層❗，所(suǒ)以一般(ban)法蘭連(lián)接或者(zhe)外夾式(shì)超聲波(bō)的形式(shi)💋不都不(bu)是太适(shi)合。法蘭(lan)連接的(de)部分會(huì)造成保(bao)溫層的(de)突起，施(shi)工不方(fang)便。而外(wài)夾式超(chāo)聲波流(liu)量計🍉安(an)裝的管(guǎn)道不能(neng)做保溫(wēn)，會造😍成(chéng)巨大的(de)能量浪(lang)費✂️。蒸汽(qì)流量計(ji)可以提(ti)供焊接(jie)式安裝(zhuāng)，管材和(hé)焊接内(nèi)徑也可(ke)以根據(ju)現場的(de)管道定(dìng)制，保證(zhèng)匹配性(xing)，如下圖(tú)所示。安(an)裝完成(chéng)後基本(ben)與管道(dao)一體化(huà)，方便了(le)保溫層(ceng)的鋪設(she)。而且儀(yi)表本身(shēn)是免維(wei)護的，焊(han)接在管(guan)道上也(ye)無㊙️需後(hou)期維護(hu)。
4結論
綜(zong)上所述(shù)，超聲波(bō)流量計(ji)相比傳(chuan)統的機(jī)械式流(liú)量✔️計具(ju)🎯有🚶♀️很多(duo)獨特的(de)優點，無(wu)壓損、精(jīng)度高、低(di)維護量(liàng)等，其适(shi)用範圍(wei)廣，一些(xie)高溫高(gāo)壓的場(chǎng)合也可(kě)适用🌏，尤(yóu)其對♈于(yú)大口徑(jing)流量的(de)正确測(ce)量有其(qí)不可比(bi)拟的優(you)勢，而且(qie)超聲波(bō)流量計(ji)的🈲測量(liang)原理和(he)優點逐(zhu)✌️漸被最(zuì)終用戶(hu)所認可(kě)。除了測(ce)量蒸汽(qì)之外，超(chao)聲波流(liu)量計也(ye)适🔞合應(ying)用于一(yī)些非導(dao)電的介(jie)質的♻️測(cè)量，因此(cǐ)它會成(chéng)我國💜工(gong)業生産(chǎn)和計量(liàng)領域的(de)新标準(zhun)。
以上内(nei)容來源(yuán)于網絡(luò)，如有侵(qin)權請聯(lián)系即删(shān)除!