日新流量：詳解氣體流量計(jì)測量
需要測量流量的氣體種類繁多，這里主要討論其中最常見的空氣、城市煤氣、天然氣和組分變化的氣體?？捎脕頊y量氣體流量的儀表種類繁多，本節(jié)結(jié)合四種典型氣體重點(diǎn)討論差壓式(含均速管)、渦街式、旋進(jìn)渦街式、超聲式、氣體渦輪、氣體腰輪式流量計(jì)的應(yīng)用。
/氣體流量計(jì) 壓縮空氣流量測量
壓縮空氣是企事業(yè)單位重要的二次能源，大多由電能或熱能經(jīng)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)化而來。當(dāng)空氣壓力值要求較低時(shí)，則由鼓風(fēng)機(jī)產(chǎn)生。對由大量能源轉(zhuǎn)化而來的工質(zhì)進(jìn)行管理，以收到節(jié)約能源和提高設(shè)備管理水平的效果，是壓縮空氣流量計(jì)量的主要目的。
在化工等生產(chǎn)過程中，有一種重要的工藝過程氧化反應(yīng)，它是以空氣作原料，和另外某種原料在規(guī)定的條件下進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。空氣質(zhì)量流量過大和過小，都會(huì)對安全生產(chǎn)、產(chǎn)品質(zhì)量和貴重原料的消耗產(chǎn)生關(guān)鍵影響。在這種情況下，空氣流量測量精確度要求特別高，多半還配有自動(dòng)調(diào)節(jié)。
鍋爐和各種工業(yè)爐窖中的燃燒過程，其本質(zhì)也是氧化反應(yīng)，對助燃空氣流量的測量，雖然準(zhǔn)確度要求不像化工生產(chǎn)中的氧化反應(yīng)那樣高，但對環(huán)境保護(hù)和經(jīng)濟(jì)燃燒、節(jié)約燃料也有重要意義。
(1)氣體流量計(jì) 空氣流量測量的特點(diǎn)
①振動(dòng)大。并非每一臺(tái)空氣流量計(jì)都安裝在振動(dòng)大的場所。但是安裝在壓縮廠房和鼓風(fēng)機(jī)房的空氣流量計(jì)都得考慮振動(dòng)問題。這種振動(dòng)主要來自壓縮機(jī)和鼓風(fēng)機(jī)，機(jī)器的振動(dòng)通過空氣管道或風(fēng)管可以傳到很遠(yuǎn)的地方。其中振動(dòng)最大的要數(shù)往復(fù)式壓縮機(jī)，大型往復(fù)式壓縮機(jī)運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)往往帶動(dòng)廠房和周圍地面一起振動(dòng)，對相關(guān)空氣流量計(jì)的準(zhǔn)確而可靠的運(yùn)行帶來威脅。它引發(fā)杠桿式差壓變送器支點(diǎn)移動(dòng)而使儀表產(chǎn)生示值漂移。振動(dòng)導(dǎo)致渦街流量傳感器產(chǎn)生同振動(dòng)頻率相對應(yīng)的干擾信號(hào)，引起流量示值大幅度偏高。
②氣體帶水。壓縮空氣取自大氣，而大氣中總是含有一定數(shù)量的水蒸氣。水蒸氣的含量用水蒸汽分壓ps表示。大氣中的水蒸氣飽和分壓是大氣溫度的函數(shù)(見表/)。在雨天和霧天，室外大氣中的水蒸氣分壓達(dá)到飽和程度，即相對濕度達(dá)到100％，這時(shí)將大氣壓縮就如同壓迫吸足水的海綿，隨著體積的縮小，就有相應(yīng)數(shù)量的水析出。這是壓縮空氣所以帶水的簡單原理。在晴好的天氣，大氣相對濕度較低，但隨著其被壓縮，體積縮小到原來的幾分之一后，水蒸氣分壓會(huì)相應(yīng)升高，也有可能進(jìn)入飽和狀態(tài)而析出水滴。
表/空氣中水分飽和含量
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空氣溫度t/℃ |
0 |
10 |
20 |
30 |
40 |
50 |
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飽和水蒸氣壓力ps/kPa |
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飽和水蒸氣密度р/(kg/m3) |
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用來測量壓縮空氣流量的較大口徑孔板流量計(jì)，孔板前常有積水，要影響測量準(zhǔn)確度。引壓管線中常有一段水，導(dǎo)致差壓變送器測到的差壓同節(jié)流裝置所產(chǎn)生的差壓不一致。這些都是空氣帶水引起誤差的常見原因。除此之外，由于城區(qū)大氣中氮氧化物含量較高，使得壓縮空氣所含水滴呈酸性，引起環(huán)室表面腐蝕、管道內(nèi)壁腐蝕，使其表面變得粗糙。腐蝕產(chǎn)生的氧化鐵在一定條件下變干燥時(shí)，很容易從管內(nèi)壁脫落而被氣流帶到孔板前，這也會(huì)對流量示值產(chǎn)生影響。所以在停車檢修時(shí)，應(yīng)將這些粉狀和塊狀的垃圾予以清除。
③脈動(dòng)流。壓縮機(jī)和鼓風(fēng)機(jī)出口流體多數(shù)包含一定的脈動(dòng)。例如往復(fù)式壓縮機(jī)， 表現(xiàn)為半波脈動(dòng)，如圖/所示。在現(xiàn)場可觀察到壓縮機(jī)和鼓風(fēng)機(jī)的出口壓力有明顯擺動(dòng)。其中正(定)排量鼓風(fēng)機(jī)出口脈動(dòng)頻率較高，一般有幾十赫茲，而往復(fù)式壓縮機(jī)出口脈動(dòng)頻率較低，一般為幾赫茲。流動(dòng)脈動(dòng)引起差壓式流量計(jì)、渦街流量計(jì)等多種流量計(jì)示值偏高，引起浮子式流量計(jì)中的浮子上下跳動(dòng)。消除和減弱流動(dòng)脈動(dòng)對流量計(jì)示值影響的常用方法有兩個(gè)，一是在壓縮機(jī)出口設(shè)置一只緩沖罐濾除脈動(dòng)，而將流量計(jì)安裝在緩沖后面。實(shí)際上往復(fù)式壓縮機(jī)的的系統(tǒng)都是這樣設(shè)計(jì)的；二是將流量計(jì)安裝在遠(yuǎn)離脈動(dòng)源的地方，這樣可利用工藝管道的氣容同其管阻構(gòu)成低通濾波器衰減脈動(dòng)。
流動(dòng)脈動(dòng)典型波形
(2) 氣體流量計(jì) 儀表選型 能夠用來測量空氣流量的儀表有多種，但是在現(xiàn)場實(shí)際使用的空氣流量計(jì)，按其原理分，種類并不多。最主要的有玻璃浮子流量計(jì)、節(jié)流式差壓流量計(jì)、渦街流量計(jì)和均速管流量計(jì)等。
①浮子流量計(jì)。 浮子流量計(jì)在中型和小型實(shí)驗(yàn)裝置上使用很廣泛，這是因?yàn)楦∽邮搅髁坑?jì)簡單、直觀、價(jià)格低廉，適合作一般指示。浮子流量計(jì)有玻璃錐管型和金屬錐管型兩大類，玻璃錐管型的不足之處是耐壓不高和玻璃錐管易碎，另外，流體溫度壓力對示值影響大。一般可根據(jù)流體實(shí)際溫度和壓力按式(/)進(jìn)行人工換算。式中由于引入рn,在被測氣體不為空氣時(shí)，也可利用該公式進(jìn)行換算。
qv――實(shí)際體積流量，Nm3/h；
qvf――儀表示值，m3/h；
ρn――被測氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的密度，kg/Nm3；
ρa(bǔ)n――空氣在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的密度，kg/Nm3；
Tn、Pn――氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的絕對溫度、絕對壓力；
Tf、Pf――氣體在工作狀態(tài)下的絕對溫度、絕對壓力。
②節(jié)流式差壓流量計(jì)。節(jié)流式差壓流量計(jì)在空氣流量測量中有著悠久的歷史。在新穎流量計(jì)大量涌現(xiàn)的形勢下，節(jié)流式差壓流量計(jì)盡管有范圍度窄，安裝維護(hù)麻煩以及壓力損失大等重大缺點(diǎn)，但在振動(dòng)較明顯的壓縮機(jī)房、鼓風(fēng)機(jī)房，它仍然是可靠性高、穩(wěn)定性好、抗干擾能力強(qiáng)的首選儀表。
用節(jié)流式差壓流量計(jì)測量空氣流量最重要的是要處理好節(jié)流件前積水、變送器高低亞室內(nèi)積水以及引壓管線中積水問題。
a.節(jié)流件前積水問題。解決節(jié)流件前積水最簡單的方法是節(jié)流件的下部開疏液孔。但是空氣管道不像蒸汽管道那樣清潔。在蒸汽管道中因?yàn)榕c管道內(nèi)壁接觸的是水蒸氣，而水蒸氣在發(fā)生過程中一般都經(jīng)過除氧工序，因此蒸汽中基本不含氧，經(jīng)長期使用的蒸汽管，其內(nèi)壁可能僅沉積微量的灰色粉末，除此之外不會(huì)有鐵銹。而空氣管道內(nèi)則全然不同，灰塵和氧化鐵難以避免，有時(shí)疏液孔被堵死。在停車檢修時(shí)拆下節(jié)流裝置，發(fā)現(xiàn)節(jié)流件正端平面上有積水的痕跡，就是證據(jù)。
徹底消除節(jié)流件前積水的方法是將節(jié)流裝置安裝在垂直工藝管上，或改用圓缺孔板或偏心孔板。其中，偏心孔板不確定度較小，優(yōu)于圓缺孔板。
b.差壓變送器高低壓室內(nèi)積水問題。圖/(a)所示是典型的節(jié)流式差壓流量計(jì)信號(hào)管路安裝圖，在被測流體為濕氣體時(shí)，冷凝液理應(yīng)不會(huì)進(jìn)入差壓變送器高低壓室，但從現(xiàn)場反饋信息來看，實(shí)際情況是有時(shí)還會(huì)有微量水滴進(jìn)入高低壓室，。變送器差壓范圍較低時(shí)，此微量水滴會(huì)引起儀表零點(diǎn)的明顯漂移。有些差壓變送器設(shè)計(jì)有兩個(gè)排放口，打開下排放口就可將凝液順利排出。但是早期變送器只有中部的一只排放口，打開此口無法將高低壓室內(nèi)的凝液排凈，最后只得將變送器拆下，將凝液沖信號(hào)輸入口中傾倒出來。
高低壓室內(nèi)積液的現(xiàn)象，經(jīng)進(jìn)一步分析，應(yīng)該是變送器上方的一段管路由于環(huán)境溫度變化將信號(hào)管中的水蒸氣冷凝而沿著信號(hào)管往下流入高低壓室。
氣體流量計(jì)：/