地表水流量計(jì)在大口徑管道測(cè)量中的特點(diǎn)及工程設(shè)計(jì)說(shuō)明

地表水流量計(jì)在各類導(dǎo)電介質(zhì)的管道測(cè)量中市場(chǎng)占有率逐年上升，目前已經(jīng)是流量計(jì)裝機(jī)數(shù)量*多，應(yīng)用*為廣泛的流量計(jì)品類之一，在許多行業(yè)的各類測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)發(fā)揮了重要的作用。地表水流量計(jì)我們*常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)形式就是管道一體式，管道分體式。由于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量條件的特殊性各不相同，大口徑的管道測(cè)量，如果采用管道式測(cè)量，尤其是直徑超過(guò)1米的大型管道，其在儀表購(gòu)買與安裝上的費(fèi)用將是很大的一筆開(kāi)支，針對(duì)于這種情況，也得益于控制測(cè)量精度的數(shù)字技術(shù)的提高，目前在地表水流量計(jì)家族一種插入式安裝的地表水流量計(jì)嶄露頭角，這種插入式地表水流量計(jì)的特點(diǎn)表現(xiàn)在：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕巧、安裝方便、維護(hù)簡(jiǎn)易、價(jià)格相對(duì)于管道式產(chǎn)品便宜很多，因此很家工程設(shè)計(jì)者和用戶的歡迎。
*近幾年來(lái)，隨著石化總廠對(duì)裝置及公用工程計(jì)量要求的提高，在對(duì)現(xiàn)有裝置的技術(shù)改造、新裝置和基建項(xiàng)目的設(shè)計(jì)中，特別是大型輸送管道環(huán)節(jié)，對(duì)于裝置內(nèi)外的新鮮水、循環(huán)水、污水等采用了一批插入式地表水流量計(jì)，使用效果很好，解決了這些介質(zhì)在裝置內(nèi)和公用系統(tǒng)中的流量檢測(cè)和計(jì)量問(wèn)題，同時(shí)也在成本這塊為單位節(jié)約了大量的資金。
1、大管道導(dǎo)電液體的流量測(cè)量方法
從當(dāng)前的技術(shù)講,測(cè)量大管道導(dǎo)電液體流量的檢測(cè)方法較多,現(xiàn)將常用的幾種方法說(shuō)明如下。
1.1　封閉管道(滿管)流量測(cè)量
1)地表水流量計(jì),本文有詳述。
2)孔板流量計(jì)(包括同心銳孔板、1/4圓孔板等),為標(biāo)準(zhǔn)的流量測(cè)量元件,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、精度高、重復(fù)性好、無(wú)需現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定、使用壽命長(zhǎng),但要求直管段長(zhǎng)、有壓損、流速要求高,不適合在大口徑管道中使用。
3)文丘里管、皮托管或阿牛巴等,可以在大管道測(cè)量中使用,但由于被測(cè)介質(zhì)流速低,故測(cè)量精度較低。
4)超聲波流量計(jì)是一種新型的非接觸式流量測(cè)量?jī)x表,現(xiàn)正在逐步推廣使用,但不適合于在埋地管道中安裝。
5)渦街流量計(jì)也是一種可選的流量測(cè)量?jī)x表,從國(guó)內(nèi)使用來(lái)看,使用效果差異較大,且要求有嚴(yán)格的直管段及一定的*低流速,一般在埋地的大管道安裝也不合適。
6)渦輪流量計(jì),國(guó)內(nèi)很少采用,也受流速限制。1.2　明渠或封閉(不滿管)流量測(cè)量
1)明渠式:測(cè)量明渠液位(用靜壓式、超聲波式、浮標(biāo)式、反吹式等),在明渠截面積已知的情況下,可計(jì)算出流量。
2)超聲波式:測(cè)量明渠或不滿管中的流體液面及流速,根據(jù)液體流過(guò)的截面積計(jì)算其流量。
2、石化企業(yè)中大口徑導(dǎo)電液體流量測(cè)量中的問(wèn)題
2.1　在石油化工廠中,裝置及公用工程中的大口徑流體基本上是新鮮水、除鹽水、循環(huán)水、污水及海水等導(dǎo)電液體,它們自身及管道安裝的特點(diǎn)是:
1)管徑大,有些工廠的循環(huán)水管道管徑可大到1.8～ 2.0m,為了減少占地面積及減輕管橋荷重及防凍等原因,一般均采用埋地敷設(shè)。
2)由于輸送流量大,為了減少長(zhǎng)期操作費(fèi)用,一般設(shè)計(jì)流速偏低,且流量及流速時(shí)常有變化。
3)循環(huán)水及污水有不同程度的懸浮物或沉淤物、水質(zhì)條件差。
4)現(xiàn)場(chǎng)儀表安裝在裝置邊界以外,儀表配管及信號(hào)線敷設(shè)比較困難。
5)計(jì)量精度滿足企業(yè)內(nèi)部做物料平衡及經(jīng)濟(jì)核算即可。
2.2　洛陽(yáng)石化總廠在上述場(chǎng)所使用的流量計(jì)多為管裝法蘭式地表水流量計(jì)和法蘭取壓同心圓銳孔板,銳孔板測(cè)量中主要存在以下問(wèn)題。
1)由于管道為地下敷設(shè),儀表安裝處設(shè)一地下井,待儀表安裝時(shí)因地下井漏水,將管線全部浸沒(méi),井內(nèi)存許多雜物,使儀表安裝無(wú)法進(jìn)行;安裝后儀表長(zhǎng)期浸沒(méi)在水中也無(wú)法檢修。
2)考慮到冬天防凍,安裝變送器的儀表箱及測(cè)量引線要求進(jìn)行保溫伴熱,由于這些儀表基本都在裝置或工廠的邊界線上,距離伴熱蒸汽(或熱水)及回水點(diǎn)很遠(yuǎn),故使伴熱造成很大困難。
3)用水量隨工藝裝置操作條件而常有變化,其流量和流速變化較大,有時(shí)在很低流速下工作,其測(cè)量精度不高,測(cè)量誤差較大。
從原理、結(jié)構(gòu)及安裝上,渦街流量計(jì)是一種較好的測(cè)量方法,但在循環(huán)水、污水大管道測(cè)量中也存在一些問(wèn)題:
1)渦街流量計(jì)的測(cè)量精度與流速關(guān)系較大(即流體應(yīng)在一定的雷諾數(shù)之上),不適于這種大管道、流速低的流體測(cè)量;
2)不宜安裝在被水浸沒(méi)的場(chǎng)所;
3)沉積物及懸浮物在渦街傳感器中沉積時(shí)對(duì)測(cè)量精度有影響;
4)使用壽命較短。
3、地表水流量計(jì)的特點(diǎn)
1)測(cè)量不受流體密度、溫度、壓力、粘度和導(dǎo)電率變化的影響,且與流速分布無(wú)關(guān);
2)測(cè)量管截面積沒(méi)有收縮,無(wú)阻擋流動(dòng)部件、無(wú)壓力損失;
3)適用于漿狀、污泥及帶固體的液體;
4)精度較高,± 0.5%;
5)可輸出與流速成正比例的線性模擬信號(hào)或
脈沖信號(hào),測(cè)量范圍寬、線性好、零點(diǎn)穩(wěn)定;
6)適用管徑范圍寬(16～ 3000mm)、要求較少的直管段;
7)電*和襯里可采用不同材質(zhì)制造,耐腐蝕、抗磨損、可在高溫和水下安裝;
8)應(yīng)用限制:測(cè)量液體必須有*小導(dǎo)電率(1μ S/cm隨供貨商而定);測(cè)量流體有沉積物時(shí),會(huì)使測(cè)量精度降低;對(duì)溫度和壓力有一定限制。
4、插入式地表水流量計(jì)的特點(diǎn)及應(yīng)用
4.1　插入式地表水流量計(jì)的特點(diǎn)
1)傳感器(探頭)直接插入被測(cè)管道,與一般管裝法蘭式地表水流量計(jì)相比,具有體積小、安裝方便、投資少等優(yōu)點(diǎn);
2)傳感器插入深度僅為管道直徑的10%～
12.5%,無(wú)壓損,特別適用于大口徑管道中的流量測(cè)量,有優(yōu)越的性能價(jià)格比;
3)無(wú)淤塞、無(wú)磨損件、免維護(hù);
4)傳感器可以做成潛水浸沒(méi)型(IP68),很適于在工廠中埋地管道上安裝;
5)可以提供防爆結(jié)構(gòu)產(chǎn)品;
6)采用電流、脈沖信號(hào)輸出,絕對(duì)零點(diǎn)穩(wěn)定
7)測(cè)量*低流速可至0.1m/s(甚至更低),*小導(dǎo)電率≥ 20μS/cm;
8)傳感器可帶安裝附件,現(xiàn)場(chǎng)安裝容易;
9)精度較低,一般為± 1%。
4.2　測(cè)量原理
安裝在傳感器中的通電線圈在管道中產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場(chǎng),導(dǎo)電液體流過(guò)時(shí),切割磁力線,產(chǎn)生與流速成正比的電壓信號(hào),該信號(hào)被傳感器兩電*檢出,并轉(zhuǎn)換成4～ 20mA模擬信號(hào)或脈沖信號(hào),從而實(shí)現(xiàn)對(duì)流體的測(cè)量(見(jiàn)圖1)。

4.3　適用范圍
與一般地表水流量計(jì)的測(cè)量范圍相同。
5、插入式地表水流量計(jì)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及儀表選型
5.1　結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
插入式地表水流量計(jì)主要由兩部分組成———傳感器和變送器。
1)按其組合方式可分為:
一體式(傳感器和變送器一體安裝,見(jiàn)圖2);

分離式(傳感器和變送器分離安裝,見(jiàn)圖3)。

2)按防爆形式分為:普通型和隔爆型。
3)按變送器信號(hào)類型分為:
模擬變送器和微處理變送器。
按傳感器使用場(chǎng)合分為:
一般型(溫度- 20～ 120　壓力1.6MPa);
耐高溫型(溫度180　壓力4.0MPa);
此外,傳感器還可制成在線可拆卸型。
5.2　儀表選型
針對(duì)插入式地表水流量計(jì)的特點(diǎn),工程設(shè)計(jì)中儀表選型要點(diǎn)是:
1)提供被測(cè)液體的性質(zhì)(主要是電導(dǎo)率)、流體測(cè)量范圍、被測(cè)介質(zhì)溫度、壓力、工藝管道內(nèi)徑等;
2)根據(jù)安裝位置確定選普通型一體式或分離式;隔爆型一體式或分離式;
3)根據(jù)介質(zhì)腐蝕程度,確定傳感器的材質(zhì);計(jì)算插入式地表水流量計(jì)可測(cè)量的*低流速(流速偏低影響測(cè)量精度),以確定是否應(yīng)縮小工藝管徑(提高流體流速);
4)按工藝管道內(nèi)徑確定插入式地表水流量計(jì)的插入深度及所帶安裝附件。
6、插入式地表水流量計(jì)的安裝
如前所述,插入式地表水流量計(jì)安裝十分簡(jiǎn)單,選型時(shí)只要成套訂購(gòu)法蘭短管,按傳感器安裝尺寸在工藝管道上開(kāi)口,并按工藝管道尺寸將法蘭短管加工成能符合傳感器安裝要求的尺寸后,將其焊接在工藝管道上即可,詳見(jiàn)安裝示意圖4,5)。


7、插入式地表水流量計(jì)在洛陽(yáng)石化總廠的應(yīng)用情況
我廠原設(shè)計(jì)處理能力很大,自1984年開(kāi)工以來(lái)多次變更原油處理能力,致使公用工程中的水(新鮮水、循環(huán)水、污水等)流量變化很大,且這些管道大多都埋在地下,過(guò)去設(shè)置在水井中的儀表由于水井漏水長(zhǎng)期浸泡,大多數(shù)儀表都無(wú)法使用。近幾年來(lái),我們?cè)诟慕ɑ蛐陆ㄑb置和系統(tǒng)工程中陸續(xù)使用一批插入式地表水流量計(jì),其使用效果良好,基本滿足廠里對(duì)這些介質(zhì)的測(cè)量和計(jì)量問(wèn)題。
在目前新建的化纖工程中,根據(jù)廠里的使用經(jīng)驗(yàn),與承擔(dān)工程設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)單位商定,又采用一批插入式地表水流量計(jì),用于新鮮水、循環(huán)水及污水的測(cè)量。
8、插入式地表水流量計(jì)使用中存在的問(wèn)題
1)插入式地表水流量計(jì)其測(cè)量*低流速一般可小至0.1m/s。但實(shí)際選用時(shí)仍應(yīng)對(duì)其所測(cè)得的*低流速進(jìn)行核算,以確保被測(cè)流量有一較好的測(cè)量精度。
2)流量計(jì)前直管段應(yīng)≥ 5D;流量計(jì)后直管段應(yīng)≥ 3D(D為管道公稱直徑)。
3)管路有沉淀物析出時(shí),如污泥與淤泥,此時(shí)流體應(yīng)有較高的測(cè)量流速,防止污物的沉積,特別是在那些沉積物會(huì)產(chǎn)生使傳感器絕緣的場(chǎng)合,更應(yīng)注意,必要時(shí)應(yīng)選擇可更換電*的傳感器(可在線拆裝)。
4)對(duì)于流量變化范圍大、流體速度長(zhǎng)期低于流量計(jì)要求的*低流速的場(chǎng)合,應(yīng)考慮縮小工藝管道或采用兩臺(tái)一大一小并聯(lián)安裝的流量計(jì)。
5)插入式地表水流量計(jì)與普通地表水流量計(jì)一樣宜在垂直的工藝管道上安裝,這樣可防止懸浮的固體沉落在電*上,同時(shí)使流體中的油分上升到電*的測(cè)量范圍之外,如果流量計(jì)在水平工藝管道上安裝,則應(yīng)使傳感器的電*處于水平軸線上,避免電*由于空氣泡產(chǎn)生的干擾,導(dǎo)致測(cè)量誤差。
6)當(dāng)工藝管道中不能完全充滿流體,可采用一“V”型彎管結(jié)構(gòu)(見(jiàn)圖6),這特別適用于污水測(cè)量中含固體較多且流體不滿管的場(chǎng)合。

7)電*上的信號(hào)范圍小(毫伏級(jí)),應(yīng)避免接地電流流過(guò)測(cè)量電*附近。
8)在非金屬管道(如陶瓷或塑料等)上安裝插入式地表水流量計(jì)時(shí),安裝流量計(jì)處的一段管道一般應(yīng)采用金屬材質(zhì)。

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