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質(zhì)量流量計(jì)是滿足關(guān)鍵流程需求

來(lái)源:上海自動(dòng)化儀表有限公司作者:發(fā)表時(shí)間:2018-08-21 09:27:22

     新一代科里奧利質(zhì)量流量計(jì)正迅速成為工業(yè)過(guò)程中質(zhì)量流量測(cè)量和控制的首選技術(shù)。對(duì)于潛在的新用戶,我們上海自動(dòng)化儀表股份有限公司提供了大規(guī)模計(jì)量功能的重點(diǎn),重點(diǎn)是科里奧利技術(shù)。

質(zhì)量流量計(jì)是滿足關(guān)鍵流程需求

 
    許多工業(yè)過(guò)程可以受益于基于計(jì)量質(zhì)量流量的流量測(cè)量和控制,單位為磅/小時(shí)。無(wú)論測(cè)量流體的溫度或壓力,流動(dòng)剖面或其他變量(例如其密度或粘度)的變化如何,一磅液體或氣體都是磅,所有這些變量都會(huì)對(duì)體積計(jì)的精度產(chǎn)生影響。
 
    結(jié)合了差壓,壓力和溫度傳感器,以及確定質(zhì)量流量的計(jì)算邏輯。節(jié)省的原因是需要更少的變送器,接線和過(guò)程穿透。
    測(cè)量質(zhì)量流量為化工,食品和飲料,石化,紙漿和造紙,石油精煉,制藥,水或廢水處理等行業(yè)提供價(jià)值數(shù)千美元的加工改進(jìn)潛力。典型應(yīng)用包括配料和混合操作,容器的精確灌裝,計(jì)費(fèi)和保管轉(zhuǎn)移,以及改進(jìn)的過(guò)程控制本身。
 
    近年來(lái),質(zhì)量流量計(jì)設(shè)計(jì)取得了很大進(jìn)展,特別是采用推理,熱質(zhì)量和科里奧利計(jì)量技術(shù)的流量計(jì)。供應(yīng)商可以指出越來(lái)越多的成功安裝,證明了它們的價(jià)值。它將向流程或儀器工程師和工廠經(jīng)理支付費(fèi)用,以便及時(shí)了解可用的技術(shù)并利用該技術(shù)。
 
    推理與直接質(zhì)量流量計(jì)量
    科里奧利儀表固有地直接測(cè)量質(zhì)量流量(見(jiàn)側(cè)欄)。它們還可以提供體積流量,流體密度和溫度的讀數(shù)。熱質(zhì)量流量計(jì)也可直接讀取質(zhì)量流量單位。
    在這種儀表可用之前,質(zhì)量流量測(cè)量的唯一實(shí)際答案是使用體積計(jì)并使用密度計(jì)校正其測(cè)量流體密度的讀數(shù)。
 
    在許多方面,對(duì)于所有類(lèi)型的儀表測(cè)量體積和密度,儀器解決了基本方程:
 
    質(zhì)量流量,in.-lbs / hr =以加侖/小時(shí)為單位的體積流量×以lbs /加侖為單位的密度。
 
    當(dāng)然,質(zhì)量可以是其他單位,例如克或千克(kg),以及時(shí)間,分鐘或秒。
 
    熱質(zhì)量流量計(jì)提供質(zhì)量流量的直接測(cè)量,特別適用于確定低流量的氣體。它們將熱量注入流動(dòng)流中并通過(guò)溫度傳感器測(cè)量其耗散。
 
    這種推理方法至今仍然適用,必須與超過(guò)科里奧利儀表容量的液體質(zhì)量流量一起使用。上海自動(dòng)化儀表股份有限公司給出了一個(gè)具有密度補(bǔ)償?shù)拇蟪叽珞w積流量計(jì)的實(shí)際例子,其中示意圖顯示了在一個(gè)單元中配備伽馬輻射密度計(jì)的磁流量計(jì)。當(dāng)然,電磁流量計(jì)的直徑可達(dá)100英寸或更大。
 
    多變量發(fā)射機(jī)的作用
    多變量發(fā)射器,圖1,代表了一種相對(duì)較新的技術(shù),可以使用推理技術(shù)輕松地測(cè)量質(zhì)量流量。在這里,單個(gè)變送器不僅可以測(cè)量壓差(體積流量),還可以測(cè)量過(guò)程壓力和溫度。由于后兩個(gè)變量控制流體密度,它們只是計(jì)算質(zhì)量流量所需的變量。
 
    利用這一事實(shí),這些發(fā)射器還包含基于工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)公式確定質(zhì)量流量所必需的計(jì)算邏輯。這些變送器的流量計(jì)算能力可包括對(duì)諸如流量系數(shù),熱膨脹,雷諾數(shù)和壓縮系數(shù)等復(fù)雜變量的補(bǔ)償。
 
    體積流量可以基于來(lái)自諸如孔口,平均皮托管,文丘里管,噴嘴或楔形計(jì)等常見(jiàn)流動(dòng)元件的差壓測(cè)量。
 
    多變量變送器的典型工業(yè)質(zhì)量流量應(yīng)用包括平衡空氣和燃料流量的燃燒控制,用于效率和負(fù)載管理的鍋爐蒸汽流量,以及天然氣進(jìn)料的質(zhì)量流量與蒸汽流量平衡以控制蒸汽/碳比率的氨廠在初級(jí)改革者。
    
    熱質(zhì)量流量計(jì)
    遠(yuǎn)程版本的轉(zhuǎn)換器A可能距主流量元件最遠(yuǎn)1,000英尺。或者,轉(zhuǎn)換器可以與初級(jí)一體安裝,如在B中一樣。
對(duì)于某些應(yīng)用,液體尤其是氣體,熱質(zhì)量流量計(jì)可能是唯一可行的解決方案。Yoder [5]給出了熱流量計(jì)近期發(fā)展的一些亮點(diǎn)。源于熱線風(fēng)速計(jì)技術(shù),兩家公司在20世紀(jì)70年代推出了工業(yè)應(yīng)用模型。第三家公司使用流量開(kāi)關(guān)系統(tǒng)。
 
    熱流量計(jì)的名稱來(lái)源于它們使用熱量來(lái)實(shí)現(xiàn)質(zhì)量流量測(cè)量。它們將熱量加入流動(dòng)流中,并使用溫度傳感器來(lái)測(cè)量熱量消散的速度。測(cè)量耗散的方法有多種,與質(zhì)量流量的直接測(cè)量有關(guān)。
 
    熱量表的優(yōu)點(diǎn)在于它們?cè)跍y(cè)量氣體時(shí)具有快速響應(yīng)時(shí)間并且在低流量測(cè)量方面表現(xiàn)優(yōu)異。它們以插入大型管道或煙囪的形式出現(xiàn),可以連續(xù)監(jiān)測(cè)發(fā)電廠的二氧化硫或氧化亞氮的排放。
熱質(zhì)量流量計(jì)通常在測(cè)量液體的質(zhì)量流量時(shí)具有緩慢的響應(yīng)。它們也不像科里奧利儀表那么準(zhǔn)確,典型精度在1%到3%之間。
 
    用科里奧利儀表測(cè)量直接質(zhì)量流量
    近年來(lái),科里奧利質(zhì)量流量計(jì)已成為許多加工廠的首選儀器,建立了大量的參考設(shè)備??评飱W利儀表非常適合工業(yè)環(huán)境,并且可以與完整的過(guò)程測(cè)量和控制系統(tǒng)配合使用。今天,這些儀表的全球市場(chǎng)可能超過(guò)4.8億美元,由十幾家供應(yīng)商共享Liptak [1]已經(jīng)列出了各種行業(yè)的特定工藝液體和氣體用科里奧利儀表測(cè)量 - 有些像糖蜜一樣粘稠,其他像硝酸具有很強(qiáng)的腐蝕性,不尋常的例子包括壓縮氣體,如氮?dú)夂秃狻?/div>
 
    一個(gè)有趣的發(fā)展是用戶可以對(duì)整個(gè)工廠的幾乎所有應(yīng)用進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。由于改進(jìn)的問(wèn)責(zé)制(準(zhǔn)確性),將工藝流程測(cè)量集成到一個(gè)單元(更少的硬件),并且在流體進(jìn)入流量計(jì)(管道運(yùn)行)之前不需要校正流動(dòng)剖面,因此更高的單位成本被認(rèn)為是合理的。
 
    科里奧利儀表的基礎(chǔ)知識(shí)
 
    科里奧利質(zhì)量流量計(jì)的兩個(gè)基本系統(tǒng)配置 - (A)遠(yuǎn)程轉(zhuǎn)換器和(B)積分轉(zhuǎn)換器 - 直接安裝在主殼體上。遠(yuǎn)程轉(zhuǎn)換器通過(guò)屏蔽電纜連接到主電纜,屏蔽電纜最長(zhǎng)可達(dá)1000英尺。轉(zhuǎn)換器接收由初級(jí)傳感系統(tǒng)產(chǎn)生的小電測(cè)量信號(hào),并將其電子地轉(zhuǎn)換為可用輸出(電流,脈沖頻率或數(shù)字)。這些輸出可以顯示在轉(zhuǎn)換器顯示屏上,并傳輸?shù)郊锌刂剖抑邪惭b在面板上的記錄和控制儀表或過(guò)程控制計(jì)算機(jī)。
 
    主要安裝在流線中并容納必要的傳感系統(tǒng)組件。該系統(tǒng)采用科里奧利技術(shù)來(lái)獲得電信號(hào),該電信號(hào)是質(zhì)量流量的直接量度。它還提供流體密度和溫度的測(cè)量。
 
    該傳感系統(tǒng)的主要特征是專有的流量管組件。不同的制造商對(duì)通過(guò)初級(jí)的流動(dòng)路徑使用截然不同的管幾何形狀。一些使用單管,而另一些使用平行的一對(duì)流管。圖顯示了帶有雙管的彎管裝置。Liptak展示了17種管“幾何形狀”,有助于確定流量計(jì)的性能。
 
    傳感系統(tǒng)的其他主要部件是(1)精確測(cè)量科里奧利效應(yīng)的探測(cè)器作為質(zhì)量流量的量度,以及(2)驅(qū)動(dòng)器線圈使流量管振動(dòng)。(見(jiàn)側(cè)欄)。
 
    管孔的尺寸設(shè)計(jì)成可提供約1/2英寸至6英寸的儀表尺寸。管子沒(méi)有阻塞流體通過(guò)它的流動(dòng)。
 
    科里奧利儀表的優(yōu)點(diǎn)
 
    科里奧利質(zhì)量流量計(jì)如何工作
 
    1835年,法國(guó)工程師Custave G. Coriolis發(fā)現(xiàn)了作為所有科里奧利流量計(jì)運(yùn)行基礎(chǔ)的原理。他表明,當(dāng)一個(gè)物體縱向移動(dòng)時(shí)(流體在管道中流動(dòng))并且它也經(jīng)受旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)(例如,管道在旋轉(zhuǎn)),這些組合運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生了獨(dú)特的慣性力。這種力,現(xiàn)在稱為科里奧利力,可以直接與通過(guò)管道的質(zhì)量流量相關(guān)。
 
    地球的旋轉(zhuǎn)是作為科里奧利力的一個(gè)例子,它引起從北極向赤道拋出的假想物體的輕微側(cè)向漂移。請(qǐng)注意,兩個(gè)運(yùn)動(dòng)同時(shí)起作用:物體的縱向飛行和行星的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
 
    直到1972年,科里奧利首次應(yīng)用于商業(yè)流量計(jì),提供質(zhì)量流量的測(cè)量。該科里奧利質(zhì)量流量計(jì)采用巧妙的設(shè)計(jì)理念,在通過(guò)振動(dòng)流量管的被測(cè)流體流上人工引入科里奧利力。管振動(dòng)模擬管的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
 
    與質(zhì)量流量直接相關(guān)的是,科里奧利力引起振動(dòng)頻率的變化并導(dǎo)致管的扭曲。今天不同的供應(yīng)商模型使用設(shè)計(jì)上的改進(jìn)來(lái)精確地監(jiān)控這些連續(xù)變化的影響并產(chǎn)生電測(cè)量信號(hào)。單獨(dú)的電子轉(zhuǎn)換器放大該信號(hào)并提供質(zhì)量流量值。
 
    1.可以測(cè)量質(zhì)量流量,體積流量,流體密度和流體溫度 - 所有這些都來(lái)自一臺(tái)儀器 - 并且?guī)缀醪皇芰黧w特性變化的影響。
 
    2.測(cè)量通常與其他類(lèi)型的流量計(jì)(例如非導(dǎo)電流體)不兼容的各種流體。操作與雷諾數(shù)無(wú)關(guān),因此儀表可以測(cè)量極其粘稠的流體。壓縮氣體和低溫液體也可以通過(guò)一些設(shè)計(jì)來(lái)測(cè)量。
 
    3.提供出色的精度,大約為+/- 0.1%至+/- 3%的速率,可通過(guò)某些設(shè)計(jì)進(jìn)行選擇。而且,在其整個(gè)流動(dòng)范圍內(nèi)極其線性,具有大約20比1或更大的可用范圍。已成功用于流量比給定的滿量程流量低100倍。
 
    4.操作與流動(dòng)特性無(wú)關(guān),例如湍流和流動(dòng)剖面,因此不需要最小的上游或下游直管道或流動(dòng)調(diào)節(jié)。也可以配置為測(cè)量任一方向的流量。
 
    5.它們的流量管沒(méi)有內(nèi)部障礙物,可能被流動(dòng)物流中的漿液或固體損壞或堵塞。它們沒(méi)有過(guò)程濕潤(rùn)的運(yùn)動(dòng)部件會(huì)磨損并需要更換。
 
    6.可用于衛(wèi)生應(yīng)用設(shè)計(jì)提供可承受腐蝕性流體的材料。此外,某些制造商提供二級(jí)安全殼外殼作為標(biāo)準(zhǔn)主傳感器的一部分。
 
    操作限制:
    1.科里奧利流量計(jì)的尺寸通常不超過(guò)6英寸,但可實(shí)現(xiàn)高達(dá)25,000 lb / min(11,249 kg / min)的流量。要將此技術(shù)用于更大的流量,需要并行安裝兩個(gè)或更多米。增加的費(fèi)用必須通過(guò)其他方式無(wú)法獲得的性能來(lái)證明。
    2.科里奧利儀表的成本可能被認(rèn)為很高。但是,在考慮與性能差距相關(guān)的未來(lái)維護(hù)和產(chǎn)品成本時(shí),體積計(jì),密度計(jì)和其他相關(guān)設(shè)備的成本可能幾乎一樣高或更高。
    3.使用科里奧利儀表測(cè)量低壓氣體的質(zhì)量流量可能很困難。為了產(chǎn)生足夠的質(zhì)量流量以提供足夠的科里奧利力,氣體速度必須非常高。這反過(guò)來(lái)會(huì)導(dǎo)致儀表上的壓降非常高。
    4.被測(cè)流體的溫度通常限制在400華氏度(204攝氏度)。斯皮策[3]描述了一種高溫模型據(jù)說(shuō)可以使用高達(dá)425 C 
    5.科里奧利質(zhì)量計(jì)可能對(duì)管道振動(dòng)很敏感。
    6.有些設(shè)計(jì)體積龐大,在改造現(xiàn)有設(shè)備時(shí)占用了寶貴的空間資源(早期設(shè)計(jì)更為正確,新一代設(shè)計(jì)已被淘汰)。
    7.不應(yīng)用于測(cè)量固體和氣體,液體和氣體以及蒸汽的混合物。
 
    安裝要點(diǎn)
    1.必須安裝科里奧利儀表,以便測(cè)量管保持充滿; 如果安裝在管道可能僅部分填充的位置,則儀表無(wú)法進(jìn)行有效測(cè)量。
 
    2.為確保正常運(yùn)行,儀表必須在安裝后歸零,并完全充滿過(guò)程流體。
 
    3.被測(cè)液體中不應(yīng)夾帶氣泡; 它們會(huì)影響儀表性能。通過(guò)安裝增加背壓可以溶解氣泡。一些設(shè)計(jì)聲稱通過(guò)在其處理器內(nèi)使用智能過(guò)程數(shù)據(jù)過(guò)濾來(lái)處理氣體或空氣塞。
 
    4.儀表應(yīng)安裝在泵的高壓側(cè),并盡可能靠近泵。
 
    5.優(yōu)選地,儀表應(yīng)安裝在過(guò)程的最低點(diǎn)。這個(gè)位置確保了最高的背壓。
 
    6.安裝在流量計(jì)下游的閥門(mén),彎管或泵不會(huì)影響其運(yùn)行。