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威力巴流量计工程应用技术分析
作者:admin  来源:本站  发表时间:2012-03-08 18:37:44 点击:2977

 

    0 引言

    在石油、化工、冶金、轻工、水处理等工业控制领域,新型自动控制技术得到日益广泛的应用。威力巴流量计作为美国Veris公司推出的全新均速流量探头,通过传感器在流体中所产生的差压进行不同管径的气体、液体和蒸汽的高精度流量测量。其突出优点是能输出一个非常稳定、无脉动的差压信号,准确反映流体真实的流速。威力巴的应用有效地解决了传统节流装置检测水平较差、制约高精度二次仪表发挥效能的技术瓶颈,使得流量测量系统的测量精度、重复性和可靠性达到一个崭新的高度,因而在工业自动化生产中发挥着越来越重要的作用。但是新设备的应用往往会产生诸多新的问题,特别是安装、使用、维护人员技术水平的差异,出现的问题也越来越多。如果问题不能迅速解决,就无法发挥高精度测量系统的作用,一定程度上影响了生产的正常进行,甚至危及生产安全。针对工程应用问题现状,如何保持威力巴长期高精度、高可靠性运行是值得分析和探讨的。

    1 测量系统组成及工作原理

    威力巴测量系统主要由威力巴、导压管、变送器、电器线路及计算机(或其他二次仪表)组成,正确地安装威力巴是保证精确测量的基础,参数的确定是精确测量的核心。

    威力巴流量计采用了完全符合空气动力学原理的工程结构设计,是一种在精度、功效及可靠性方面达到了当今较高程度的传感元件。威力巴流量计测量原理如图1所示,测量系统如图2所示。

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图1 威力巴流量计工作示意图\

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图2 威力巴测量系统示意图

    威力巴子弹头截面形状的探头能产生精确的压力分布,固定的流体分离点;位于探头侧后两边、流体分离点之前的低压取压孔可以生成稳定的差压信号,并且有效防堵并可保持长期高精度。

    在其前部产生一个高压分布区,高压分布区的压力略高于管道的静压。根据伯努利方程,流体流过探头时速度加快,在探头后部产生一个低压分布区,低压分布区的压力略低于管道的静压。传感器在高、低压区有按一定规则排列的多对(一般为三对)取压孔,分别测量流体的全压力,包括平均速度压力P1和静压力P2。将P1和P2分别引入差压变送器,测量出差压P=P1-P2,P反映流体平均速度的大小,以此可推算出流体的流量。多对取压孔可有效保持威力巴在使用时的长期高精度。

    根据伯努利方程可知,流量计算公式为:

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    式中,QV为所测介质的标准状态下的体积流量;C'为流量系数;ΔP为差压,kPa;P(fa)为工作状态绝对压力,kPa,P(fa)=Pf+当地平均大气压(P0);T(fa)为工作状态绝对温度,K;Z(f)为工作状态下煤气的绝对压力系数。

    流量系数C'的计算:

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    式中,N为单位换算常数;K为威力巴的K系数;YV为气体膨胀系数;D为管道内径;T(ba)为标准状态下绝对温度:Z(b)为标准状态下该气体的绝对压力系数;P(b)为标准状态绝对压力,kPa;Mr为气体摩尔质量。

    由此,可以在知道测量量程及相关参数的情况下,计算出威力巴工作时产生的差压,即相关变送器工作时需要的差压参数:

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    2 威力巴流量计安装技术

    威力巴流量计是一种精密的测量仪表,对安装的要求比较高,安装错误及误差会直接影响其测量结果,因此在安装过程中要严格遵守各项规定,综合考虑安装的环境条件和工艺条件,确保安装质量,保证仪表正常工作。每支威力巴流量计都是根据其在工艺系统中的使用工艺条件单独加工生产的,它的规格型号是确定的,安装时必须安装到设计的工艺点,不可随意安装。它对工艺环境和使用环境有较高的要求,在安装前要对威力巴进行检查,对安装环境进行检查,确保安装位置合理,使用条件优越,以便保证使用的可靠性和测量的准确性。

    在安装前对威力巴进行检查目的是:保证仪表的完整性和资料齐全。主要检查技术协议和装箱单,确认所到设备及附件的完整性;检查铭牌上的规格型号和工位号,确认规格型号及位号与设计相符和,由于每支威力巴都是根据具体的工艺条件生产的,是不可代替和更换的,因此一定要严格确认规格型号和工位号;检查传感器表面有无损伤,有损伤的传感器会给测量带来误差;检查附件是否有损伤,附件上的损伤会影响安装质量,同样给测量带来误差;检查说明书,计算书等资料是否齐全,因为差压变送器的差压值的确定必须根据计算书来确定,并且还要根据计算书来检查威力巴的工作条件、工艺条件,计算书是必不可少的。

    对安装环境检查的目的是要保证确保安装位置合理,使用条件优越。按照设计使用条件,对照威力巴的具体要求,核实操作及安装环境是否在在威力巴要求的范围内,如压力、温度、振动等。

    在对仪表和安装环境检查后,要确定仪表安装的具体方式,不但要考虑仪表的型号,每台威力巴具体测量的介质(被测介质),还要考虑管道的工艺条件。

    仪表的型号决定了安装方式,型号有“-H-”的适用于水平管道,有“-V-”的适用于垂直和倾斜管道。

    被测介质的种类决定了威力巴在水平管道上安装的方向,如图3所示。测量蒸汽流量时,要保证安装在管道下方160°范围内。

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图3 威力巴在水平、垂直管道上的安装位置

    安装时还要考虑安装位置的工艺条件,如前后管道弯头和管件的位置,不同管件的影响是不一样的,因而安装要求也不一样。具体要求如表1所示。    

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    3 变送器和导压管的安装要求

    威力巴流量计是和差压变送器组合在一起组成流量检测系统的,该系统的流量检测的准确性和系统的每一个组成部分都有直接的关系,因此对变送器及导压管的安装也有较高的要求。

    变送器的安装要求须按照有关规定严格执行,确保变送器的安装质量。一般要考虑选择适合变送器正常工作的场合,如合适的温度、湿度、光照、通风干燥、振动冲击情况及磁场干扰。在露天安装时,应考虑加装仪表保护箱,避免强光直射和雨淋。考虑温度对变送器的影响,尽量把变送器安装在温度梯度和温度波动小的地方。考虑到变送器需要维护,安装位置要选择在便于维护的场合。

    导压管的安装要防止渣滓在导压管内沉积,根据所测介质种类注意安排导压管的倾斜方向和角度;必要的情况下可加装反吹系统,便于随时吹扫。为了减小导压管对压力的影响,尽可能缩短导压管的长度,但是也要考虑变送器的工作情况,比如测量高温介质时,要考虑介质温度问题,保证介质到达变送器时温度降到合适的水平,不影响变送器的正常工作。为了保证对变送器的影响减少到最小,差压变送器两根导压管内的液柱压头应保持平衡。为了保证导压管内介质压力的稳定,导压管安装也要考虑温度梯度、温度波动、冲击和振动的影响。根据不同的测量介质及安装位置,如变送器是高于威力巴还是低于威力巴,选取不同的倾斜方向和坡度。当测量液体、蒸汽时,导压管斜度应不小于1/12,向上连接到工艺管道;对于气体测量,导压管斜度应不小于1/12,向下连接到流程工艺管道。为保证测量管的洁净,没有杂物堵塞,在威力巴、变送器及导压管安装完毕后要按照规范要求,严格吹扫试压,吹扫的目的是为保证测量管的洁净,没有杂物堵塞威力巴、导压管及变送器而引起测量误差;试压的目的是保证威力巴、导压管、变送器各部位没有泄漏而引起测量误差。    

    在衡阳炼铁工程高炉项目的热风炉仪表施工中,安装测量煤气和助燃空气流量的威力巴时,原设计变送器位置和威力巴位置较远。为了保证测量的精度,把变送器安装位置改到威力巴旁,又考虑到所测量的介质温度在300)左右,如果导压管太短,介质到达变送器时还有较高的温度,将影响变送器的正常工作。根据导压管内气体温度降低的性能,如果保证其长度在3m左右,介质到达变送器时其温度可降低到正常情况。综合考虑威力巴的位置、导压管的弯曲和坡度情况,确定变送器的安装位置,最后计算使其导压管的长度在3m左右。这样就使导压管内压力损失及介质温度对变送器的影响达到一个相对理想的状态,有效地保证了测量的精度。

    4 威力巴流量计调试技术

    在安装吹扫工作完成后,连接变送器和计算机系统的连线,威力巴流量测量系统的安装基本完成,仪表线路通畅,接线正确,供电正常,线路及线路中二次仪表工作正常且精度符合要求;确认变送器的量程设置与计算机设置一致且符合设计要求的情况下,可以进行测量系统的调试工作。

    调试过程和其他变送器的调试基本相同,如和计算机调试员商定开方运算是在变送器内做还是在计算机内做,不能重复做,也不能不做;由于开方运算时小信号对流量的影响很大,必要时要进行小信号的切除,具体切除量及采用线性切除还是零切除,需要根据调试情况确定。

    威力巴测量系统的调试核心是差压值ΔP的设定,在工艺参数确定的情况下,差压值的确定是由原理公式的导出公式计算出来的。

    在调试过程中,各个参数的变化对差压值都有一定的影响。公式中的一些参数一旦确定则很难改变,如N,K,YV和D,它们在使用中对差压的影响是有限的。但是有些参数是可以改变的,如Tfa,Pb和Mr。利用威力巴进行流体流量测量,其差压计算所需参数必须是工艺实际生产状况下可靠的参数,否则参数不正确,计算出来的差压必定不真实,那么据此选用的再先进的测量设备也无法准确、可靠地测量。如果参数改变,必须根据具体的、真实的参数来重新计算,确保测量的真实性和可靠性。

    在衡阳钢管厂炼铁项目高炉工程的热风炉仪表施工中,燃气管道流量调试中就遇到了这样的问题,烘炉阶段使用的是低压常温天然气;在生产阶段使用的是温度较高,成分复杂的天然气和高炉煤气的混合气体。这样气体温度参数T(ba),气体的摩尔质量参数Mr对差压的影响就表现出来,导致测量的不准确。为了解决这一问题,在烘炉阶段对天然气的成分进行取样分析,测量其压力、温度、使用量(即流量值),在此基础上计算差压值,同时测量系统的其他设定值进行调整。这样保证了烘炉阶段测量的准确。在正常生产阶段,调整各项参数到原设计状态,保证生产时测量的准确,从而有效地解决了问题,满足了不同使用条件下的准确测量。

    5 结束语

    威力巴是一种精密仪表,其流量测量系统是一个整体系统,为了充分发挥测量系统的高精度性能,更好地在生产中发挥作用,要从安装,试压,调试各个环节严格要求,以高质量的安装水平保证高效能的测量效果,使之更好地为生产服务。

    参考文献:

    [1]刘安.威力巴流量计的原理及效果评价[N].科技咨询导报,20070326.
    [2]中华人民共和国建筑部.自动化仪表工程施工及验收规范[M].北京:中国计划出版社,2003.

 

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