大量程比的流量測量方案

周 人

(上海科洋科技發展有限公司,上海 200120)

0 引 言

在工業生產過程中,一些物料流量的計量范圍很寬,例如,天然氣貿易結算、蒸汽流量結算等,最大流量與最小流量之比可達幾十比一,甚至高達400∶1等,采用一般的流量計無法實現計量。為此,需要研究大量程比的流量測量方案。

1 設計原則

根據應用要求,大量程比流量測量需滿足:高精度、經濟性、易操作性、標準化。

根據節流裝置的一般計算公式,有

式中 qm——單位時間內流過節流裝置的流體質量流量,kg/s;d——工況條件下一次裝置節流孔直徑,m;β——直徑比,指節流孔直徑與管道內徑之比;Δp——差壓,Pa;ρ——流體密度, kg/m3;ε——流體可膨脹性系數;C——流出系數。

因此,可從下列三方面考慮設計大量程比流量測量方案。

a)經濟性。采用三根并行管道分別測量小、中和大流量。為降低成本,采用同一變送器進行不同管道的流量測量。例如,當管道直徑是原管道直徑的2.5倍,采用同一變送器和差壓值,由于被測流體特性沒有變化,因此,可測量的流體最大流量是原管道最大流量的6.25倍。

b)高精度。為提高精度,可假設對每根管道的流量測量范圍定為6∶1～7∶1。

c)標準化。為提高精度,管道直徑的標準按國家標準系列。

2 測量方案

采用大量程比蒸汽流量測量方案如圖1所示。根據被測流體(氣體、蒸汽或液體)的特性,根部取壓位置可確定在管道水平、上方或下方。

a)管道管徑的配對見表1所列,三根管道管徑配對見表2所列。

圖1 大量程比蒸汽流量測量方案

表1 蒸汽流量與管道和壓力的關系

表2 管道直徑選用匹配表 mm

例如,采用 DN=15～100的配對方案,流速比約2.6∶1,則最大流量與最小流量之比可達160左右。如果流速比達6∶1,而A+K平衡流量計本身量程比可達10∶1,故總的最大流量與最小流量之比可達400∶1。

b)實施方案。采用該公司A+K平衡流量計的節流裝置對流量進行測量。選用一臺差壓變送器,實施方案如圖1所示。

切斷閥組可選用電磁閥或電動閥,也可選用電磁閥和氣動O型切斷閥組合,安全應用場合選用隔爆電磁閥和氣動切斷閥。

可采用PLC或DCS實現量程的切換,部分實施方案的PLC程序如圖2所示。

圖2 PLC實施方案程序

其中,qm小和qm中分別是小管道和中管道的最大流量,qm是被測流量。初始操作時,切換在小管道位置,顯示小管道流量。當qm大于95%qm小時,切換到中管道,顯示中管道的流量。如果qm小于5%qm中時,切換到小管道,顯示小管道的流量。當qm大于95% qm中時,切換到大管道,顯示大管道的流量。

3 結束語

對小流量測量的雙變送器測量方案是采用兩個不同量程的變送器,連接到同一管道,當小流量時用小量程變送器,大流量時用大量程變送器,這種測量方案可克服小流量時因變送器環節的增益劇增,造成微小差壓變化時,流量有很大變化的弊端,因此,該測量方案在小流量時用小量程變送器測量,能夠提高流量測量的精度。通常可將切換流量值設置在滿量程的30%。但其沒有從根本上解決小雷諾數造成的流出系數非線性問題。

該測量方案雖然有三根管道,但能夠根據流量的大小自動切換,實現精確的流量測量,保證流出系數在應用范圍內基本不變。因此,在諸如天然氣貿易結算等領域有廣泛的應用空間。

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