涡街流量计测量气体流量是其应用的主要领域

   气体种类较多,有用作能源的气体,例如天然气、煤气、氢气和压缩空气;也有工业原料气,例如氧气、氮气、二氧化碳、硫化氢、甲烷、氯气等;还有些企业,把经过燃烧,化学反应后产生的废气排放到大气中。无论是能源气体、原料气体,还是废气,在输送过程中都需要进行流量计量或检测。

   用于气体流量测量的仪表较多,在各类流量计仪表中,除电磁流量计以外,其余的几类几乎都可测量气体流量,目前应用较多的有差压式、流体振动式、涡轮式、超声式流量计。用涡街流量计测量气体流量,是其应用的主要领域。

    压缩空气作为载能工质可算是一种二次能源。当要求工作压力较低时,它可用风机产生。当要求工作压力较高时,则由空压机产生。在生产中,对风机的风量和压缩空气的流量进行测量,是各企业能源管理的重要手段。作为被测流体,空气是比较清洁、无腐蚀性的介质,虽然空气中含有一定的水分和酸性气体,但对用不锈钢作接液材料的涡街流量计来说,是完全可以使用的,对测量不会有影响。测量压缩空气流量,

有以下几个问题值得注意:

(1) 振动影响.

    压缩空气由空压机或高压风机产生。这些设备运行时都有不同程度的振动,有时振动还比较强烈,这种振动会通过连接管道传送出来。在涡街流量计的选型和确定安装位置时,应充分考虑这一影响因素。 在各种不同的检测方法中,由于检测元件不同,仪表的抗振性能也不相同。采用检测速度变化原理的涡街流量计抗振要好一些,例如超声式、热敏式涡街流量计抗振性可达到 2g ;采用力检测方式的涡街流量计,对抗动敏感一些。近年来在力检测元件的设计和信号处理技术方面的进步,抗振性能有明显改进,可达到 0.5g 一 1g 。在涡街流量计选型时,对于有压气体,例如压缩空气,由于密度增大,下限流速则可相应降低。各制造厂在选型样本或使用说明书中,都给出密度与最小流速的曲线或经验公式。

(3 )脉动流影响

    由风机和压缩机输出的气体,大多含有一定成分的脉动。罗茨风机输出的气体,其脉动频率和幅值与腰轮的转速和定排量体积有关,通常脉动频率为 100 一 200Hz ;而往复式压缩机输出气体的频率较低,一般仅几赫兹。另外,有些用气设备,如空气锤、风动工具等也会造成气流的脉动,且这种脉动的频率和幅值均具有随机性。如前所述,脉动流对卡曼涡街的稳定有明显的影响,严重时,可能产生旋涡频率被“锁定”的现象。在气体试验装置中就曾出现了“锁定”现象,这是用来调试分流旋翼式流量计的装置。管道上安装了一台 DN50 的应力式涡街流量计,上游用罗茨风机作气源,下游较远处(约 10m )安装了 DN50 气体涡轮作流量监测,流量大小由下游阀门控制。

    在试验中出现了如下现象:当下游阀门调大到某一开度以后,涡街流量计输出信号的频率不再随流量增大而增大,保持在 200Hz 左右不变。此时,调节涡街流量计前置放大器的增益和触发灵敏度都无效。开始以为是 50Hz 或倍频干扰,但加强屏蔽和接地都不起作用。又以为是电源 l00Hz 或倍频干扰,测量直流电源的纹波,纹波非常小,且更换直流电源也无济于事与此同时,也观察到涡轮流量计输出的信号频率也不大稳定、波形有抖动现象,频率计指示变化较大。为了查找原因,搞清问题,把涡街流量计涡轮流量计的安装位置作了对换。结果处于上游的涡轮流量计输出信号的频率出现较大的跳动,用示波器观察波形,可看出波形抖动较严重,脉冲宽窄不均;再看下游的涡街流量计,输出波形已不再像前面所看到的那么“稳定”,频率计显示的频率在 195 一 220Hz 之间跳动,说明涡街流量计已不再被锁定在原来的频率上。 由上述试验说明,出现这种现象的原因完全是风机送出的气流脉动造成的。试验过程中,查看了罗茨风机的名牌,风机转速为 2950r/min, 风量为 20m3/min, 风压(全压)为 49kPao 根据风机的转速和罗茨风机的原理,风机转动一周,腰轮排放 4 个工作体积的风量,由此可以计算出风机输出风量在一秒内的变化次数为 (2950 x 4)/60 二 196.7, 即风机输出气流脉动的频率为 196.7 Hz 。这样就证明了涡街流量计输出频率被锁定在 200Hz 左右这一现象,完全是罗茨风机输出气流脉动的结果。

    发生上述现象以后,对罗茨风机调表装置进行了改造。实施方法是在罗茨风机的出口处,增设了一个脉动阻尼容器,如图 15-5(b) 所示。在容器内增加了几道隔板,气流经几道隔板在容器内绕流。由于容器的气容与气阻的阻尼作用,使气流的脉动幅度有效衰减。‘经过改造后的调表装置,消除了气源脉动的影响,上述现象不再出现。由此提醒我们,涡街流量计用于测量脉动流时应采取有效措施,把流体脉动衰减到一定幅度,才能不影响涡街流量计的正常运行。

2. 其他压缩气体流量测量

    在工业中,氧气、氢气、二氧化碳、氮气等压缩气体流量测量也是需求较多的领域。用涡街流量计测量这些压缩气体的流量,其优势在于精确度较高,压力损失较小,量程范围较宽,现场安装与维护量较小。

     用涡街流量计测量压缩气体流量与测量压缩空气流量没有什么区别,只是因为这些气体的用途、一性质和生产设备有所不同,因此在测量系统的设计、仪表量程选择、安装位置的确定等方面,应结合生产工艺和设备特点考虑一些具体问题。

( 1) 氧气流量测量应注意的问题

①测量现场的工频干扰问题。氧气大部分是用空分式制氧机生产,在制氧过程中,大型同步电机、管道中气体进行加热等都使用强大的电流, 50Hz 工频电磁场可能感应到制氧设备的管道上,一旦影响到仪表,就可能对仪表造成很强的干扰。造成无氧气流动的状态下,仪表输出虚假信号。因此,选择恰当的安装位置,加强仪表的屏蔽与合理的接地措施是仪表安装时应重点考虑的问题。

②测量灵敏度问题。为了生产安全,减小或避免静电影响,输送管道内氧气的流速都不能很高。例如某液化空气厂,生产的氧气,流量为 3500 一 5800Nm3/h ,温度为 65 ℃,管内工作压力为 0.025MPa ,输送管道内径为 400mm 。根据上述数据,换算成工作状态体积流量为 3239 一 5638m3/h ,氧气的流速为 7.2 一 11. 9m/s 。这个流量范围,对于涡街流量计来说,基本上处于量程的低端。因此,在仪表投运时,应根据现场情况,把涡街流量计前置放大器的增益和触发电平调整到合适的水平。由于氧气的密度比空气高,相同流速状态下,信号幅度比空气大,再加上考虑现场干扰影响,因此涡街流量计的灵敏度可以适当调低一些。

③禁油问题。测量氧气的仪表绝对禁油,这是关系到人员和设备安全的问题。由于经验不足,某企业提供测量氧气流量的涡街流量计,出厂时禁油不彻底,遭到制氧厂的阻拦,安装前又用四氯化碳进行了重新清洗脱脂,才得以安装。

(2) 氢气流量测量应注意的问题

    氢气是密度较小的气体,在标准状态下 (101.325kPa. 20%) 的密度为 0.0838kg/m3 ,仅为相同状态下空气的 1/14 。又由于氢气的性质很活泼,所以在工业上使用氢气时,人们对它也十分小心。在设计氢气管道时,把氢气的流速限制得较低,这样就给流量测量带来麻烦。

     由于许多企业对氢气流量测量持谨镇态度,所以涡街流量计用在氢气流量测量方面比较少。应用涡街流量计测量氢气应注意以下几方面问题。

•  测量灵敏度问题。氢气的密度很小,流速又不高,因此涡街信号很微弱,在相同状态和流速下,信号强度仅有空气的 1/14 。因此,应用时要把前置放大器的灵敏度调得较高。前置放大器灵敏度提高带来的问题就是极容易引起环境中的各种干扰。为避免各种干扰的侵人,仪表安装时应选择合适的安装位置,注意仪表的屏蔽与接地。

•  防爆问题。氢气是易燃易爆气体,且要求的防爆等级也很高,选表时不能忽略这个问题。关于氢气流量测量的流速限制问题。经向国外专家咨询和国内企业的具体实践,有专家认为:“以后碰到低压氢气流量测量时我们可忽略流速的考虑,需要重点考虑压降和精度的要求。”这一结论,对应用涡街流量计测量氢气流量提供了新的思路。可以在压力损失允许的前提下,缩小测量管径,提高流速,从而可提高涡街信号的幅值,使涡街流量计处于较好的测量范围、提高流量测量精度。根据现场条件,采用缩径涡街流量计测量氢气流量则是一种较好的选择。

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