氫氣流量計(jì)在工業(yè)生產(chǎn)中的使用與維護(hù)

摘要: 氫氣流量計(jì)是速度式流量計(jì)，具有溫壓補(bǔ)償、瞬時(shí)流量顯示和累積流量積算功能。選用儀表類型時(shí)要考慮應(yīng)用場(chǎng)合、精度要求和儀表功能等因素。該文介紹氫氣流量計(jì)的正確安裝和維護(hù)及其在使用過(guò)程中常見(jiàn)故障現(xiàn)象和處理方法
引言
氫氣流量計(jì)是速度式流量計(jì)之一，主要用于工業(yè)管道介質(zhì)流體的流量測(cè)量，如液體、氣體、蒸氣等單相流滿管介質(zhì)的測(cè)量。有模擬量標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)或數(shù)字量脈沖信號(hào)輸出，智能流量顯示儀，具有溫壓補(bǔ)償、瞬時(shí)流量顯示和累積流量積算功能。便于計(jì)算機(jī)等數(shù)字系統(tǒng)配套使用，是一種比較先進(jìn)、理想的流量?jī)x表。
1 氫氣流量計(jì)的工作原理
氫氣流量計(jì)是由漩渦發(fā)生體、頻率檢測(cè)器和信號(hào)轉(zhuǎn)換器等環(huán)節(jié)組成，輸出 4 ～ 20 mADC 信號(hào)或脈沖電壓信號(hào)。其測(cè)量原理是在流動(dòng)的流體中的垂直流動(dòng)方向安放 1 根或多根非流體型阻流體，在一定的流量范圍內(nèi)，流體在阻流體兩側(cè)交替地分離、釋放出 2 串頻率正比于管道內(nèi)的平均流速、規(guī)則的、不對(duì)稱有規(guī)律的交替漩渦列，如圖 1 所示，且兩側(cè)漩渦旋轉(zhuǎn)方向相反。采用檢測(cè)元件測(cè)出漩渦頻率就可以推算出流體的流量。

假設(shè)被測(cè)介質(zhì)的平均流速為 v，旋渦的發(fā)生頻率為 f，旋渦發(fā)生體迎面寬度為 d，一側(cè)漩渦產(chǎn)生的頻率 f 與 v 和 d 之間有如下關(guān)系式:

式中: Sr是雷諾數(shù)的函數(shù)，在 ＲeD = 2 ×104 ～ 7×106范圍內(nèi)，氣體 5 ～ 50 m /s; 液體 0． 5 ～ 7 m /s，當(dāng)旋渦發(fā)生體的形狀和尺寸一定時(shí)，Sr可視為常數(shù)，渦街頻率與體積流量成比例關(guān)系，不受流體物理性質(zhì)和組份變化的影響。
氫氣流量計(jì)可以測(cè)量單相流狀態(tài)下的液體、氣體和蒸汽的流量，在混相流體狀態(tài)時(shí)，流量計(jì)是不能作出精確測(cè)量的。
2 氫氣流量計(jì)的選用
氫氣流量計(jì)按傳感器分為法蘭式、夾持式和插入式。選型時(shí)優(yōu)先考慮法蘭式，其次是夾持式。原因是夾持式和插入式流量計(jì)的精度受安裝影響較大，不規(guī)范的安裝將產(chǎn)生很大的測(cè)量誤差。無(wú)需做精確控制和計(jì)量的場(chǎng)合，可以選用插入式氫氣流量計(jì)。
氫氣流量計(jì)有一體式和分體式兩種類型，在高溫環(huán)境或高空或井中安裝的場(chǎng)合，為了改善儀表的工作環(huán)境或方便儀表的檢修選用分體式儀表。采用一體式儀表時(shí)，安裝點(diǎn)周圍應(yīng)該留有較充裕的空間，以便安裝接線和定期維護(hù)。
3 氫氣流量計(jì)的溫壓補(bǔ)償
氣體是可壓縮流體，當(dāng)溫度和壓力變化時(shí)，其體積量將隨之改變。氣體流量測(cè)量時(shí)均要求流量計(jì)輸出標(biāo)準(zhǔn)體積流量或質(zhì)量流量，而氫氣流量計(jì)只能測(cè)量出工況下的體積流量，所以氫氣流量計(jì)測(cè)量一般氣體或蒸汽時(shí)儀表選型一定要考慮溫壓補(bǔ)償功能。通過(guò)溫壓補(bǔ)償可以將工況體積流量轉(zhuǎn)換為質(zhì)量流量或標(biāo)況體積流量。測(cè)量一般氣體時(shí)，補(bǔ)償原理是根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)氣體狀態(tài)方程式:

式中: P0，P1分別為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下和工況下的絕對(duì)壓力( Pa) ; T0，T1 分別為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下和工況下的熱力學(xué)溫度( K) ; V0，V1分別為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下和工況下的氣體體積。
測(cè)量蒸汽時(shí)，不能使用標(biāo)準(zhǔn)氣體狀態(tài)方程式，飽和蒸氣只需壓力或溫度補(bǔ)償。一般有以下兩種補(bǔ)償方式:
一是當(dāng)氫氣流量計(jì)傳感器無(wú)內(nèi)置壓力、溫度檢測(cè)元件時(shí)，只能在儀表內(nèi)部做靜態(tài)補(bǔ)償，就是輸入固定的溫度和壓力值用于補(bǔ)償。此方法只適用于溫度壓力變化不大的場(chǎng)所。氫氣流量計(jì)傳感器有內(nèi)置壓力和溫度檢測(cè)元件時(shí)，儀表根據(jù)所測(cè)溫度和壓力判斷蒸汽狀態(tài)是屬于飽和蒸氣還是過(guò)熱蒸汽，由儀表內(nèi)部存儲(chǔ)的蒸汽數(shù)據(jù)庫(kù)自動(dòng)計(jì)算質(zhì)量流量。
二是采用蒸汽流量積算儀，將氫氣流量計(jì)所測(cè)工況體積流量以及溫度和壓力變送器所測(cè)信號(hào)傳到蒸汽流量積算儀，如圖 2 所示由蒸汽流量積算儀進(jìn)行補(bǔ)償運(yùn)算。蒸汽流量積算儀內(nèi)置過(guò)熱蒸汽以及飽和蒸氣補(bǔ)償算法，可以輸出質(zhì)量流量、標(biāo)準(zhǔn)體積流量甚至熱量和比焓等。

4 氫氣流量計(jì)的安裝
氫氣流量計(jì)的正確安裝是保障儀表正常運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)，若安裝不正確，輕則影響儀表的測(cè)量精度，重則影響儀表的使用壽命，甚至?xí)p壞儀表。氫氣流量計(jì)的安裝管道要避免高溫?zé)嵩春洼椛湓吹挠绊懀惭b場(chǎng)所須有隔熱通風(fēng)措施，避開強(qiáng)腐蝕環(huán)境。為了消除電干擾，現(xiàn)場(chǎng)布線要與高壓線、電源線和電力設(shè)備保持足夠的距離。
氫氣流量計(jì)盡量避免安裝在震動(dòng)較強(qiáng)的管道上，特別是橫向震動(dòng); 流量計(jì)盡量避免安裝在架空而過(guò)長(zhǎng)的管道上，導(dǎo)致流量計(jì)下垂，造成法蘭的密封泄漏; 若必須在上述兩種情況下安裝，需在傳感器的上下游 2D 處分別設(shè)置管道緊固裝置并加防震墊。
氫氣流量計(jì)安裝在室外應(yīng)注意防水，電氣接口處應(yīng)將電纜線彎成 U 形，避免水順著電纜線進(jìn)入儀表殼內(nèi)。氫氣流量計(jì)安裝點(diǎn)的上游較近處若安裝有不斷開關(guān)的閥門，會(huì)影響流量計(jì)的使用壽命，易對(duì)流量計(jì)造成永久性損壞。
氫氣流量計(jì)的口徑如果與工藝管道相同，不能滿足流量?jī)x表要求時(shí)，或者在此流速下測(cè)量準(zhǔn)確度不能保證時(shí)，需要縮小儀表口徑，從而提高管內(nèi)流速，保證測(cè)量精度。上下游必須有足夠的直管段，若傳感器安裝點(diǎn)的上游在同一平面上有 2 個(gè) 90°彎頭時(shí)，上游直管段≥25D，下游直管段≥5D。根據(jù)測(cè)量的需要，需在氫氣流量計(jì)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 ～ 5) D 處，測(cè)溫點(diǎn)應(yīng)在傳感器下游的( 6 ～ 8) D 處，如圖 3 所示。

5 氫氣流量計(jì)的維護(hù)與故障處理
氫氣流量計(jì)無(wú)可動(dòng)部件，所以在正常使用情況下，維護(hù)工作量較少。在儀表投用的初始階段，要求液體流量緩慢增加，以免損壞儀表的渦街發(fā)生體。
5． 1 氫氣流量計(jì)的維護(hù)
日常維護(hù)的任務(wù)是: 密切關(guān)注氫氣流量計(jì)顯示板的低電池指示燈，如有閃光現(xiàn)象應(yīng)盡快更換內(nèi)部電池; 定期檢查屏蔽和接地情況，消除外界干擾，有時(shí)指示問(wèn)題是由于受到干擾造成的; 定期清洗氫氣流量計(jì)的探頭，探頭檢測(cè)孔如果被污物堵塞，會(huì)影響正常測(cè)量。
5． 2 氫氣流量計(jì)的故障現(xiàn)象與處理
現(xiàn)象 1: 計(jì)量不準(zhǔn)。處理方法: 檢查儀表 K 系數(shù)或口徑等關(guān)鍵參數(shù)設(shè)置; 檢查測(cè)量氣體或蒸汽時(shí)補(bǔ)償方式或參數(shù)是否正確; 檢查流量計(jì)安裝時(shí)墊片是否同心或伸入管道等等。
現(xiàn)象 2: 傳感器損壞。處理方法: 在蒸汽測(cè)量中，99% 的氫氣流量計(jì)傳感器損壞原因是因?yàn)樗N，為避免水錘的產(chǎn)生需在工藝管線增加疏水器; 檢查傳感器材質(zhì)選擇是否正確，介質(zhì)是否腐蝕儀表傳感器; 檢查傳感器工作溫度是否大于額定值。
6 結(jié)語(yǔ)
氫氣流量計(jì)采用微功耗高新技術(shù)，采用鋰電池供電，可不間斷運(yùn)行 2 年以上; 可就地顯示瞬時(shí)流量、累積流量等。氫氣流量計(jì)廣泛適用于化工、石油、冶金、電力、煤炭等領(lǐng)域。只有在正確選型、正確安裝和正確維護(hù)下才能保證其發(fā)揮應(yīng)有的作用。

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