氬氣流量計(jì)在熱電廠蒸汽測(cè)量中的應(yīng)用

一、氬氣流量計(jì)的工作原理：
渦街流量的工作原理可見圖1所示。旋渦列在旋渦發(fā)生體下游非對(duì)稱地排列。設(shè)旋渦的發(fā)生頻率為f,被測(cè)介質(zhì)來流的平均速度為U,旋渦發(fā)生體迎面寬度為d,表體通徑為D,根據(jù)卡門渦街原理,有如下關(guān)系式:
f=SrU1/d=SrU/md(1)
式中U1--旋渦發(fā)生體兩側(cè)平均流速,m/s;
Sr--斯特勞哈爾數(shù);
m--旋渦發(fā)生體兩側(cè)弓形面積與管道橫截面
面積之比:
管道內(nèi)體積流量q為:
q=πD2U/4=πD2mdf/4Sr(2)
K=f/q=[πD2md/4Sr]-1 (3)
q=f/K=f/[πD2md/4Sr]-1 (4)
在渦街流量表中,旋渦發(fā)生體、管道的幾何尺寸決定了儀表的K值,而斯特勞哈爾數(shù)與旋渦發(fā)生體形狀及雷諾數(shù)有關(guān),圓柱狀旋渦發(fā)生體的斯特勞哈爾數(shù)與管道雷諾數(shù)的關(guān)系如圖2所示。
顯然,在ReD=2×104～7×106范圍內(nèi)的雷諾數(shù)可視為常數(shù),這使得儀表在此范圍內(nèi)可以正常工作。因此,可以通過裝在柱體內(nèi)部的壓電探頭測(cè)量流體出的頻率,經(jīng)過放大后變成脈沖信號(hào),從而計(jì)算出流體的流量。
二、 氬氣流量計(jì)在我廠的使用情況
氬氣流量計(jì)在我廠已有十幾年的使用歷史。由于具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、測(cè)量范圍寬、安裝方便、日常維護(hù)費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn),氬氣流量計(jì)的用戶中數(shù)量已從*初十幾戶發(fā)展到現(xiàn)在四十幾戶。熱用戶流量表型號(hào)的統(tǒng)一也有利于電廠人員日常維護(hù)及管理。隨著電子技術(shù)的發(fā)展,流量計(jì)由*初的分體式發(fā)展到現(xiàn)在的一體化智能式。而日常巡視制度的完善、儀表檢測(cè)手段的提升、遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的建立也為氬氣流量計(jì)的正常運(yùn)行提供了有力保障。
三、 氬氣流量計(jì)的選型
在熱網(wǎng)中,各類用戶的生產(chǎn)方式差異很大,有的用戶連續(xù)生產(chǎn),終年熱負(fù)荷都很穩(wěn)定;有的用戶負(fù)荷隨季節(jié)變化較明顯,如以采暖設(shè)備為主要負(fù)荷的用戶,夏季流量與冬季流量相差較大;而另一類用戶,僅單班生產(chǎn),多數(shù)時(shí)間熱負(fù)荷為零。但總的來說,范圍度是這種用途的儀表須考慮的重要問題。在熱網(wǎng)的測(cè)量應(yīng)用中,一般主要考慮測(cè)量飽和蒸汽的流量不得低于氬氣流量計(jì)的下限,以滿足流體流速不得低于5m/s。用戶端的管道一般在設(shè)計(jì)上可供幾個(gè)設(shè)備同時(shí)使用,但有時(shí)候由于生產(chǎn)需要部分設(shè)備不使用,使用汽流量減小,實(shí)際造成原設(shè)計(jì)選型口徑過大,相當(dāng)于提高了可測(cè)的流量下限,當(dāng)管道小流量時(shí)指示無法保證儀表的精度。因此,要盡量采用小點(diǎn)的口徑,以保證測(cè)量精度。
氬氣流量計(jì)的選型是用好流量計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。有些場(chǎng)所由于工藝由于管道沒有充滿介質(zhì),而用戶不愿意縮管,甚至超出了所選流量計(jì)的使用范圍而無法測(cè)量。因此流量計(jì)選型時(shí)應(yīng)先初步估算,結(jié)合溫度和壓力再計(jì)算出流量范圍,按照流量范圍再選擇流量計(jì)的口徑,避免處于測(cè)量的下限而導(dǎo)致測(cè)量精度的大大降低。氬氣流量計(jì)的儀表口徑及規(guī)格要遵循以下原則進(jìn)行選擇:
 (1)明確流體的名稱、成分。(2)明確工作狀態(tài)的*大、常用、*小流量。(3)明確*高、常用、*低工作壓力和工作溫度。(4)工作狀態(tài)下介質(zhì)的黏度。(5)根據(jù)被測(cè)流體狀態(tài)的不同(液體、氣體、蒸汽)進(jìn)行儀表流量范圍、口徑大小的計(jì)算與選擇。
四、 氬氣流量計(jì)的安裝
氬氣流量計(jì)的安裝也是使用中的重要環(huán)節(jié),如果安裝不當(dāng),不僅影響測(cè)量的精度,而且會(huì)影響儀表的壽命,甚至損壞儀表。氬氣流量計(jì)的安裝一般遵守以下要求:
 (1)安裝場(chǎng)所和環(huán)境的選擇:要避開大功率電器、高頻設(shè)備及高壓線及強(qiáng)電源開關(guān)設(shè)備;周圍不能有高溫高輻射設(shè)備,電源應(yīng)不能和大電機(jī)同路且應(yīng)有可靠接地;避開強(qiáng)烈震動(dòng)場(chǎng)所。
 (2)流量計(jì)前有彎頭、口徑變管、閥門時(shí),流量計(jì)的上下游必須有夠的直管段,其長(zhǎng)度要求如圖3所示。
 (3)在水平管道上,若被測(cè)氣體中含有少量的液體,傳感器應(yīng)安裝在管線的較高處;相反,則傳感器應(yīng)安裝在管線的較低處。
 (4)在垂直管道上,若被測(cè)氣體中含有少量的液體,傳感器的流向應(yīng)由下向上;相反,傳感器的流向應(yīng)該由上往下,這樣不會(huì)將液體重量額外附加在探頭上。
 (5)測(cè)量過熱蒸汽,飽和蒸汽和低溫液體時(shí),若條件允許*好采用側(cè)裝,這樣流體的溫度對(duì)放大器的影響較小。
 (6)當(dāng)需要在傳感器附近測(cè)量壓力和溫度時(shí),測(cè)壓點(diǎn)應(yīng)在傳感器下游的3-5D處,測(cè)溫點(diǎn)應(yīng)在傳感器下游的6-8D處。
五、氬氣流量計(jì)使用中應(yīng)注意的幾個(gè)問題
5.1 震動(dòng)和干擾
氬氣流量計(jì)是一種基于震動(dòng)原理的儀表,對(duì)機(jī)械震動(dòng)、流體流動(dòng)的震動(dòng)特別敏感,因此應(yīng)避免安裝在強(qiáng)烈振動(dòng)的管道上,以免影響測(cè)量精度,特別是管道的橫向振動(dòng)會(huì)導(dǎo)致管道內(nèi)的流體隨之振動(dòng),從而使儀表產(chǎn)生附加誤差。振動(dòng)幅度大于0.2g應(yīng)安裝減振支架。
空間高頻率電磁干擾通過信號(hào)線和電源線的分布電容耦合到儀表的輸入端,對(duì)氬氣流量計(jì)信號(hào)構(gòu)成干擾,消除這種干擾的影響主要通過增加金屬防護(hù)罩解決。而低頻電磁干擾,特別是民用電源(AC220V,50Hz)是主要的干擾源,這種干擾與儀表信號(hào)線的敷設(shè)、安裝位置、安裝方式、工作環(huán)境、接地環(huán)境及方式有很大關(guān)系。電源的干擾降低流量測(cè)量效果,使輸出信號(hào)誤差增大。其檢查方法可以通過公式:f=q*K計(jì)算出結(jié)果,若f=50,則可以判定儀表受到電源干擾。避免電源干擾,主要通過合理選擇安裝地點(diǎn),增加信號(hào)線與電源線之間的間隔,流量計(jì)信號(hào)采用單獨(dú)接地等措施解決。
5.2 防雷、防雨
防雷、防雨在氬氣流量計(jì)的使用中是一項(xiàng)比較重要的工作,主要因?yàn)?儀表及儀表箱通常安裝在室外,風(fēng)吹雨淋,容易被銹蝕氧化,使接地效果越來越差;高空架設(shè)的電線也是雷擊的對(duì)象,GPRS無線抄表系統(tǒng)中的遠(yuǎn)傳通信特別容易受到雷擊波的沖擊引起儀表損壞;雷電對(duì)氬氣流量計(jì)的損壞主要通過以下方式:1、雷電經(jīng)過電源部分侵入燒壞儀表。2、雷電產(chǎn)生的同時(shí)伴隨強(qiáng)大磁場(chǎng)儀表電子元件產(chǎn)生磁感應(yīng),瞬間生成強(qiáng)電壓和電流,擊穿絕緣燒壞儀表。
5.3 雷電脈沖波經(jīng)過無線網(wǎng)絡(luò)侵入流量?jī)x燒壞通訊芯片或儀表
基于以上原因,安裝在室外的流量計(jì)必須加裝防雨罩,以免流量變送器進(jìn)水,損壞電子元件。
通常采用的防雷方案:(1)外部防雷:包括避雷針、避雷帶、引下線、接地*等等。(2)內(nèi)部防雷:在需要保護(hù)設(shè)備的前端安裝合適的防雷器,使設(shè)備、線路與大地形成一個(gè)有條件的等電位體。
5.4 參數(shù)設(shè)置
雖然氬氣流量計(jì)的主要參數(shù)在出廠時(shí)已設(shè)置好,但使用中有時(shí)必須根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。其重要參數(shù)的正確性是儀表精度的保證。
 (1)儀表系數(shù):是氬氣流量計(jì)中一個(gè)核心參數(shù),它只與儀表的尺寸及漩渦發(fā)生體的形狀有關(guān)。雖然使用一段時(shí)間后有微笑變化,但除非經(jīng)過質(zhì)量監(jiān)督部門校驗(yàn),一般不允許修改。
 (2)小信號(hào)切除:一般工業(yè)用戶管道都會(huì)有一定的振動(dòng),因此會(huì)產(chǎn)生假的流量信號(hào),特別停汽狀態(tài)下,會(huì)對(duì)氬氣流量計(jì)計(jì)量產(chǎn)生較大影響,而小信號(hào)切除功能正好可以去掉假的流量信號(hào),避免產(chǎn)生結(jié)算誤差。
 (3)儀表不靈敏區(qū):該參數(shù)用來檢出有用信號(hào),克服無用噪聲。在用戶設(shè)置好系統(tǒng)增益參數(shù)后,再根據(jù)信號(hào)強(qiáng)度來設(shè)置系統(tǒng)閾值。一般情況下,系統(tǒng)閾值數(shù)設(shè)為信號(hào)強(qiáng)度*低值的1/3～1/4。
六、 結(jié)語
氬氣流量計(jì)以其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)在熱網(wǎng)蒸汽計(jì)量中廣泛應(yīng)用,但其安裝、使用條件比較復(fù)雜。隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展,氬氣流量計(jì)的性能必將得到更大的提升,比能更好地滿足各類用戶的需求。

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