摘要:從滿足使用要求和提高效費比出發(fā),介紹了水流量計的測量特點和選用要點、水流量計的特點以及水資源流量儀表的選型。
1概述
儀表在使用中,人們主要關注儀表的可靠性和精度。可靠性包括質量可靠和可維修性,維修代價不大是較好的選擇。同時流量計本體性能好并不能保證測量效果,故還應考慮精度。儀表選型應該避免片面追求性能高和精度佳,而是在滿足要求的前提下,選用可靠性最高、維修最方便、費用最省的哪個方案。
2水流量計的測量特點和選用要點
水的潔凈程度不同,工況條件各易,測量范圍懸殊,可靠性要求差異,測量精度要求有高有低,費用承受能力不一,因此不是隨便裝一臺流量計就肯定能用好。此外,水流量計是作為貿(mào)易結算、能量計量、流量控制的重要依據(jù);其測量最不直觀,現(xiàn)場很難直接判定其準確度;其影響測量準確度的因素多樣,如安裝位置及方法等;大管徑、低流速給測量帶來困難;若與管道直接連接,儀表出故障時無法在線修復。所以流量計量在國內(nèi)外被視為一個難點。
水流量計的選用應從下列因素加以考慮,即法蘭標準,有國標GB、歐標DIN、美標ANSI等;公稱直徑不代表管道內(nèi)徑,同一管道直徑有不同的壁厚,有些流量計對管道內(nèi)徑有嚴格要求;材質選用;確定精確計量、一般計量、流量控制等用途;GB/T17167規(guī)定,對于凈水計量精度應達到±2.5%R,對于污水計量精度應達到±5%R;對介質狀態(tài)、化學性質、壓力損失、物理性質等進行明確;不同流量計對最低和最高流速有明確的規(guī)定;對管道與儀表通徑、上下游直管段情況及閥門位置、安裝環(huán)境有無振動及電磁干擾等進行明確;確定數(shù)字脈沖/模擬量輸出、含HART協(xié)議輸出等;確定安裝、運行、校驗、維護、備件和使用等壽命,性價比和技術服務等。
3水流量計的特點
水流量計全部屬于推理式流量計,以下是一些常用水流量計的特點。
1)差壓式流量計
主要采用威力巴流量計或阿牛巴流量計等均速管流量計。優(yōu)點是制作簡單、性能穩(wěn)定、對振動不敏感、抗干擾能力較強。缺點是精度屬于中等水平、范圍度較窄、安裝要求較高、泄漏點多。
(2)超聲波流量計
超聲波流量計按測量原理分為為傳播時間法、多普勒效應法等;按安裝方式分為可移動安裝、固定安裝;按聲道數(shù)分為單聲道、多聲道。特點是無阻力損失、流量下限低、便攜式可隨時安裝及拆卸、適于大管道且造價與管徑無關。局限性是便攜式精度不高、不能用于小口徑測量、多聲道價格昂貴等。
(3)電磁流量計
電磁流量計按激磁方式分為交流激磁、低頻矩形波激磁等;按安裝方式分為法蘭連接、螺紋連接、插入式等;按結構形式分為一體型、分體型等;按介質狀態(tài)分為滿管型、不滿管型。它是測量導電性流體理想的體積流量計,優(yōu)點是管道為光滑直管,無阻塞,無磨損,壓損小,無可動部件,可靠性高,長期穩(wěn)定性好,免維護;測量范圍大,保證精度的范圍度一般達40∶1,可測范圍達200∶1;對流體狀況要求不高,對前后直管段要求低;精度高,可達0.2%R;口徑范圍大;可測雙向流量;與流體接觸的電極和內(nèi)襯材料有多種選擇;響應速度可達10ms,批處理時間可達1秒;可自清洗。局限性是有最小電導率的限制;磨損和結垢會影響測量精度;流體需要充滿管道;大口徑產(chǎn)品價格高。選型要點:精度為滿管型0.5-2.0級(特殊0.2級)、不滿管型1.5-2.0級、插入型2.0-4.0級;流速范圍為0.5-10米/秒,注意易粘附、沉積、結垢的應大于2米/秒,含顆粒介質的應小于3米/秒。
(4)渦街流量計
渦街流量計特點是無可動部件,可靠性高,使用壽命長;原始頻率輸出信號與實際體積流量成線性關系;測量范圍寬,在10∶1以上;安裝簡單,維護方便,費用較低;測量精度較高。局限性是不適于安裝在強震動場合的管道上;有較長的直管段。
4水資源流量儀表的選型
(1)自來水的流量測量
最適宜用旋翼式水表;DN≥200的選用電磁流量計,精度達±(0.3-1)%R,可根據(jù)費用選用,精度越高價格越貴。
(2)原水和過濾水的流量測量
原水泥沙等雜質含量較高,過濾水泥沙等雜質含量梢低,若選用節(jié)流式差壓流量計,取壓閥等常被泥沙堵死,相比之下選用勻速管、插入式渦街或插入式電磁、超聲流量計就不會出現(xiàn)這些情況。因為轉動部分易堵易卡,故選用旋翼式水表也是不適宜的,有時流體帶有長纖維雜質,會掛在渦街發(fā)生體上,導致儀表失靈,這時也不宜選用渦街流量計。
給排水道若為敞開渠道,具有自由表面自然流,可采用明渠流量計測量流量,而管渠,雖不敞開,但是在非受壓非滿管狀態(tài)下流動,實際上也屬于明渠。明渠流量測量方法很多,主要有堰式和槽式兩大類,都是設置了標準化量水堰槽,在規(guī)定位置測量水位,再根據(jù)流量與水位的關系計算出流量。在計算機技術廣泛應用的今天,可將水位-流量函數(shù)關系裝入儀表,采用查表和線性內(nèi)插的方法得到流量值,從而達到較高精度。薄壁堰是測量精度最高的,能達到±(1—3)%FS,量程比為(10-20)∶1,測量范圍達0-40000m3/h,其特點是結構簡單,價格便宜,測量精度高,可靠性好,其缺點是水頭損失大,不能用于平坦地面的渠道,堰上游易堆積固形物,要定期清理。槽式流量計測量槽有多種形式,水中固態(tài)物質幾乎不沉淀,隨水流排出,水位抬高比堰小,適用于不允許有大落差的渠道,有P槽和PB槽等。堰式和槽式流量計都是用液位計計算流量,常用非接觸超聲式液位計連續(xù)測量水位,注意測點必須避免表面有大量泡沫的場所。
渦街流量計安裝和維護都非常簡單,但只能部
分解決測量問題,因為口徑較大的要比同口徑的電磁要貴,且口徑只能做到DN15-400,最小可測流量為0.32m3/h,最小可測流速為0.4m/s。電磁口徑可以做到DN2.5-3000,可測流量為0.0053―305000m3/h,最小可測流速為0.1m/s,因而覆蓋范圍比渦街流量計寬得多。大口徑的電磁價格較貴,解決方案是選用插入式流量計,分為插入式渦街流量計或電磁等點流速計型、差壓式勻速管等徑流速型等,插入式渦街最小可測流速為0.32m/s,精度達±1%R,測量頭位于管道中心線上,耐臟性較好,含有少量泥砂也不會引起故障,當流速下限更低時則無法完成測量任務;插入式電磁流量計下限無限制,只是誤差較大,其范圍度較大,有較高精度,測量頭一般位于管道中特定位置。在大口徑管路流量計中,由于流速普遍較低,泥沙、污垢等易在儀表表面沉積,因此流量探頭常配有球閥,實現(xiàn)在線維護和檢查。
勻速管流量計在大口徑時用得較多,優(yōu)點是結構簡單,價格便宜,維修方便,只要插入桿長度同管徑相吻合,儀表示值受管內(nèi)流速分布的影響較小,在安裝時要注意引壓管中不能有氣體存在,否則引起儀表示值發(fā)生變化,故需要對引壓管進行排氣。缺點是避免泥沙將取樣孔堵死,為不打破平衡必須嚴禁排污,只允許開表時進行少量排氣操作;相對流量較小時,誤差較大,主要適于一般測量和過程監(jiān)控;標定困難,需逐臺進行。威力巴流量計采用子彈頭形斷面的檢測桿,流量系數(shù)K穩(wěn)定性好,拐點相對平緩;低壓取壓孔位于探頭兩側面,流體分離點之前,流速較快,避免了污垢聚集,不易堵,而高壓取壓孔位于高壓區(qū),阻止了流體中的固體顆粒進入,所以高低壓測孔的本質防堵性能優(yōu)于其他斷面的檢測桿,同時檢測桿前端表面采用粗糙化處理,使其表面始終保持邊界紊流,降低了流體牽引力和渦街脫落力,從而產(chǎn)生穩(wěn)定流線,使流量系數(shù)更加穩(wěn)定,流量系數(shù)K的精度為1.0%;但因為所測差壓較小,應配用零點穩(wěn)定性好的微差壓變送器,而“T”形阿牛巴流量計具有更強的差壓信號,其它與威力巴流量計類似。
超聲流量計換能器可不與介質直接接觸,介質有較多雜質也不對測量構成嚴重威脅,夾裝式雖精度不高,但安裝方便,常用于流量監(jiān)視,適用于無停車機會的場合,常用來與其他流量計進行比對。多聲道超聲流量計精度達±0.5%,可以用于貿(mào)易交接,但安裝必須在專業(yè)指導下進行。傳播時間法的適用于潔凈流體的測量,大管徑帶測量管的多聲道流量計,精度最高,基本誤差在±(0.5―1)%R,有的高達±0.15%R,夾裝式可達到±(1―3)%R;而多譜勒效應法的適用于固相含量較多或含有氣泡的液體,基本誤差在±(3―10)%FS,當固體含量基本不變時,可達±(0.5―3)%FS。
結論:給排水道為敞開渠道時采用明渠流量計;在貿(mào)易計量時,DN≤200時超聲波儀表比電磁貴,選用電磁流量計,而DN≥250時超聲流量計比電磁流量計便宜,選用超聲流量計,特別在大管道上優(yōu)先選用多聲道超聲流量計,精度完全滿足計量要求;對計量要求較低的可以選用勻速管流量計或插入式渦街;對一般的流量監(jiān)控可以采用插入式電磁流量計。
(3)去離子水的流量測量
去離子水純度極高,由于管徑較小可以采用渦街流量計,在個別大管徑的流量測量中可采用勻速管流量計。
(4)污水的流量測量
污水比較臟污,有時有一定腐蝕性,應根據(jù)實際情況選擇流量計,用管道輸送的污水可用電磁流量計進行測量,但要注意測量管和電極的清洗;通過明渠排放的,適用明渠流量計或面積-速度流量計。
5結論
每種水流量計都有優(yōu)缺點,因此了解原理和適用范圍至關重要。當數(shù)種流量計均能滿足時,應選用無機械運動部件,磨損小的流量計。一臺流量計成功運行的條件是:由流體性質和精度要求選擇類型;由流量范圍選擇口徑;由類型正確選擇安裝地點;由性能、服務選擇廠家;嚴格按廠家說明書精心安裝及接線調試。
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