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输水管道电磁流量计的应用与经验反馈

作者:    时间:2018-03-27 09:18:51

 摘要:当前输水管道的流量测量主要采用的仪表有电磁流量计、超声波流量计、涡街流量计等。近年来,电磁流量计和超声波流量计的应用越来越广泛,其技术也越来越成熟,是众多流量仪表中发展最快的。本文将根据发电厂的输水管线实际运用的经验,分别介绍 3 种流量计的选型、特点、安装使用与校验。

 
         供水工程是包含发电厂在内的众多工业生产项目的重要基础设施,在供水过程中必须确保所供的生活用水、生产用水以及其他用水具有符合要求的水质、水量和水压。输水管道流量仪表发挥着重要作用:水厂进出口水流量计量是水厂计算供水量、产水成本以及供水系统中管道漏失等重要生产指标的依据,是供水行业必不可缺的计量环节。
 
1   电磁流量计在供水行业的应用
电磁流量因具有良好的线性、较宽的量程比、较强的可靠性以及较高的精确度等优点在供水行业得到了广泛应用。
 
         (1)电磁流量计的选型。①口径的选择。电磁流量计能够对较宽的流量范围进行连续的流量测量,在规定的流速范围内(0.5~10m/s)内可以进行任意调整。为了促进流量仪表在适宜的流速范围内开展工作,当工艺管道内流速偏低,流量较为稳定,同时允许有一定压力损失的基础上,可以选择比工艺管道口径小的仪表口径,通过在仪表口径前后两端加固异径管,促进仪表内部流速的提升。此外,要想确保仪表测量的精确度,所加固的异径管中心锥角不得大于 15°,并且异径管上段至少应当有相当于工艺管径 5 倍的直管段。②流速的设定。根据经济、实用、精确性等方面的考量,在使用电磁流量计时适宜的使用流速范围为 1~5m/s;对于液体中含有固体颗粒的流体介质,其使用的流速范围应当控制在 1~3m/s;如果是对于可能会对管道造成沉积物的流体介质,使用的范围最好是在 2~5m/s。
 
         (2)电磁流量计的特点。由于电磁流量计的测量结果与水的压力、温度、电导率等物理参数并没有太大的关系,因此具有较强的可靠性和较高的精确度。测量管内没有阻碍流件,所以流量仪表没有额外的压力损失。在测量过程中,只有管道和电极与被测液体进行接触,所以只需要选择合适的电极材料,就可以起到抗腐蚀的效果。此外,电磁流量计还具有较长的使用寿命,维护要求不高等特点。三畅电磁流量计能够测定正向水的流量。而且与其他流量计相比,其输出信号的方式较为灵活多样。
 
         (3)电磁流量计的使用和安装。在口径的选择中我们提到异径管上段至少应当有相当于工艺管径 5 倍的直管段,而它的下段则至少需要 3 倍长度的直管段。流量计的前置管道长度至少在 10 倍管径以上。在对三畅电磁流量计进行安装的过程中,传感器接地环必须紧紧接地,接地电阻不得大于 10Ω。同时,在使用电磁流量计测量的环境中要特别注意外部电磁的干扰,尤其是避免工频电磁场干扰。此外,在电磁流量计上 5~10 倍管径的
直管内安装整流器是稳定水流流态的最佳方式。
 
         (4)电磁流量计在线校验的方式。电磁流量计在线校验的方式主要有电参数法和标准表法两种。电参数法通过一定的测量原理,检验三畅管道式电磁流量计的有关参数,其中包括励磁线圈电阻、励磁线圈绝缘电阻、电极对地电阻等。通过检测这些的参数变化程度,与出厂的原始数据进行比较,如果在限定范围内,其精确度不会受到影响,可以放心使用;标准表法是利用标准表原理,在同一间隔时间内,在被校表和标准表内让水(流体)连续通过,对比产生的输出流量值,判定被校表的精确性。
 
2 超声波流量计在供水行业中的应用
(1)超声波流量计的原理。时差式超声波流量计
         通过先进的数字信息处理技术和声波时差探测法,测量水流流速对双向声波信号产生的影响,两个传感探头(T 1 、T 2 )按照限定的间隔距离安装在管道的外侧,相互交替发射和接收信号波。当发出的超声波在静止的水流中传播时,处于上游传感探头 T 1 将会向下游的传感探头 T 2 发送信号。此时,下游 T 2 探头也向上游 T 1 探头发送信号。由于水流速度对超声波信号的作用,加剧了从上到下的信号传递速度,减缓了从下到上的信号传递速度,由此两个信号之间就产生了时间差,就可以算出水流的流速,再通过相关的计算公式计算出对应的流量。如图 1 所示。
超声波计算公式
(2)超声波流量计在供水行业应用的优势。
         ①不需要额外的技术加工。超声波流量计是一种非接触式的结构仪器,通过管道外部环境就可以完成流量的测量工作。此外,测量部件全部安装于管道外,不会给管道内造成任何的压力损失,从而也不会影响水流的流动情况。
 
         ②测量方式便捷。利用超声波流量计进行测量的结果并不会受到水流的粘度以及水质的其他特点的影响,水流流量的测量在管道内部水流流动的过程中就可以完成。
 
(3)超声波流量计的实际应用。根据使用场合的不同,超声波流量计分为固定式超声波流量计和便携式超声波流量计。
 
         ①固定式超声波流量计。如果是在某一个固定位置进行安装,那么使用固定式超声波流量计。对特定管道内水流流量的长期持续的计量时,需要使用220V 的交流电源。同时,固定式超声波流量计通常都具有信号输出功能,以便远传显示时使用,它的内部只能对一条管道的参数进行存储。
 
         ②便携式超声波流量计。与固定式超声波流量计相比,便携式超声波流量计具有更强的机动性,应用于各种不同管道的水流流量的临时计量。使用便携式超声波流量计时既可以使用计量现场的任何交流电源,也可以使用其内设的充电电源。因为便携式超声波流量计主要是对管道水流进行临时的计量测量,因此不具有输出功能,但是它可以存储多条管道的参数。
 
         (4)超声波流量计在线校验的方法。根据管道的实际情况选择合适的超声波流量计,将传感器用适宜的方式安装在被测管道上,记录便携式超声波流量计与固定式超声波流量计的初始流量值,经过一段时间后,再对两种超声波流量计的最终值,从而得出累积的流量值,然后通过公式计算出修正系数。P 修正系数 =[1-(S 便携 -S 固定 )/S 便携 ]×100%根据便携式超声波流量计相较于固定超声波流量计的修正参数对固定超声波流量计进行参数修正,从而确保供水计量中各个数据的准确性。
 
3 涡街流量计在供水行业中的应用
 
         (1)涡街流量计的原理。涡街流量计又称之为卡门涡街流量计,它是通过水流的自然振荡原理进行研制的一种分离型流量计。当水流流量以足够大的流速通过垂直于水流方向的物体时,就会在物理的后面两条平行的直线上产生转向相反但是排列整齐的涡列。通过公式F=S×v/d(其中 S 为斯特罗哈数,v 为管道内水流的平均流速,d 为柱状体迎面的宽度),再根据涡街的频率与水流流速成正比的原理,测量出涡街的频率从而推导出水流的流速,进而测量出水流的流量。
 
         (2)涡街流量计的结构组成。涡街流量计一共由变送器壳、涡街发生、信号检测、输出放大器、脉冲整形器、输入放大器六个部分组成。其中变送器壳体是水流管道的组成部分,通过选择合适的涡街发声体的形状和尺寸,水流在变送器壳内流动过程中可以在雷诺数范围内产生相对稳定的涡街信号。而涡街发生体让水流在流动过程中产生涡列,信号检测器就对涡列进行转换,将其转换成脉冲信号。输出放大器就将微弱不易察觉的电信号进行放大。而脉冲整形器就将并不规则的电脉冲转换成了幅度与宽度成一定比例的方波信号。输出放大器又对方波信号进行放大转换成,同时对方波脉冲信号进行输出。
 
         (3)涡街流量计的安装。为了确保使用涡街流量计时的测量准确性,在对涡街流量计进行安装时,必须在安装的前后加固长度适宜的直管段。涡街流量计的上游侧如果有缩径阻力物的时候,要加固15D长的直管段;如果在同一片面有弯头时,则必须加固 20D 的直管段;而涡街流量计的下游侧应当加固大于 5D 的直管段。涡街流量计可以被安装在水平、垂直等其他位置,如果对水流进行垂直测量时,必须保证水流从下往上流量,以确保管道中完全充满水流。
 
         (4)涡街流量计的应用。在供水系统中使用涡街流量计,为了防止雨季时仪表进水而造成仪表损失,必须提前将仪表移出仪表井,亦或是采取分离型传感器对其进行改造。当涡街流量计的周围有大功率的发电机时,要避免工频干扰影响其准确性。对此,可以对传输电缆进行屏蔽装置,而将信号的输出方式改为使用 4~20mA的直流信号,不再采取脉冲信号。
 
4 结语
         输水管线流量测量仪表的选择上,三畅电磁流量计、超声波流量计、涡街流量计因为工作的原理不同,在不同的应用场合下,各有优劣。我们应当依据其特性,选用合适的仪表,并充分借鉴其安装使用和校验的经验反馈,确保仪表的准确性、可靠性和经济性。
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