摘要:從滿足使用要求和提高效費(fèi)比出發(fā),介紹了水流量計(jì)的測(cè)量特點(diǎn)和選用要點(diǎn)、水流量計(jì)的特點(diǎn)以及水資源流量?jī)x表的選型。
1概述
儀表在使用中,人們主要關(guān)注儀表的可靠性和精度。可靠性包括質(zhì)量可靠和可維修性,維修代價(jià)不大是較好的選擇。同時(shí)流量計(jì)本體性能好并不能保證測(cè)量效果,故還應(yīng)考慮精度。儀表選型應(yīng)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(fèi)用最省的哪個(gè)方案。
2水流量計(jì)的測(cè)量特點(diǎn)和選用要點(diǎn)
水的潔凈程度不同,工況條件各易,測(cè)量范圍懸殊,可靠性要求差異,測(cè)量精度要求有高有低,費(fèi)用承受能力不一,因此不是隨便裝一臺(tái)流量計(jì)就肯定能用好。此外,水流量計(jì)是作為貿(mào)易結(jié)算、能量計(jì)量、流量控制的重要依據(jù);其測(cè)量最不直觀,現(xiàn)場(chǎng)很難直接判定其準(zhǔn)確度;其影響測(cè)量準(zhǔn)確度的因素多樣,如安裝位置及方法等;大管徑、低流速給測(cè)量帶來(lái)困難;若與管道直接連接,儀表出故障時(shí)無(wú)法在線修復(fù)。所以流量計(jì)量在國(guó)內(nèi)外被視為一個(gè)難點(diǎn)。
水流量計(jì)的選用應(yīng)從下列因素加以考慮,即法蘭標(biāo)準(zhǔn),有國(guó)標(biāo)GB、歐標(biāo)DIN、美標(biāo)ANSI等;公稱(chēng)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(jì)對(duì)管道內(nèi)徑有嚴(yán)格要求;材質(zhì)選用;確定精確計(jì)量、一般計(jì)量、流量控制等用途;GB/T17167規(guī)定,對(duì)于凈水計(jì)量精度應(yīng)達(dá)到±2.5%R,對(duì)于污水計(jì)量精度應(yīng)達(dá)到±5%R;對(duì)介質(zhì)狀態(tài)、化學(xué)性質(zhì)、壓力損失、物理性質(zhì)等進(jìn)行明確;不同流量計(jì)對(duì)最低和最高流速有明確的規(guī)定;對(duì)管道與儀表通徑、上下游直管段情況及閥門(mén)位置、安裝環(huán)境有無(wú)振動(dòng)及電磁干擾等進(jìn)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(yùn)行、校驗(yàn)、維護(hù)、備件和使用等壽命,性價(jià)比和技術(shù)服務(wù)等。
3水流量計(jì)的特點(diǎn)
水流量計(jì)全部屬于推理式流量計(jì),以下是一些常用水流量計(jì)的特點(diǎn)。
1)差壓式流量計(jì)
主要采用威力巴流量計(jì)或阿牛巴流量計(jì)等均速管流量計(jì)。優(yōu)點(diǎn)是制作簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定、對(duì)振動(dòng)不敏感、抗干擾能力較強(qiáng)。缺點(diǎn)是精度屬于中等水平、范圍度較窄、安裝要求較高、泄漏點(diǎn)多。
(2)超聲波流量計(jì)
超聲波流量計(jì)按測(cè)量原理分為為傳播時(shí)間法、多普勒效應(yīng)法等;按安裝方式分為可移動(dòng)安裝、固定安裝;按聲道數(shù)分為單聲道、多聲道。特點(diǎn)是無(wú)阻力損失、流量下限低、便攜式可隨時(shí)安裝及拆卸、適于大管道且造價(jià)與管徑無(wú)關(guān)。局限性是便攜式精度不高、不能用于小口徑測(cè)量、多聲道價(jià)格昂貴等。
(3)電磁流量計(jì)
電磁流量計(jì)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(jié)構(gòu)形式分為一體型、分體型等;按介質(zhì)狀態(tài)分為滿管型、不滿管型。它是測(cè)量導(dǎo)電性流體理想的體積流量計(jì),優(yōu)點(diǎn)是管道為光滑直管,無(wú)阻塞,無(wú)磨損,壓損小,無(wú)可動(dòng)部件,可靠性高,長(zhǎng)期穩(wěn)定性好,免維護(hù);測(cè)量范圍大,保證精度的范圍度一般達(dá)40∶1,可測(cè)范圍達(dá)200∶1;對(duì)流體狀況要求不高,對(duì)前后直管段要求低;精度高,可達(dá)0.2%R;口徑范圍大;可測(cè)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(yīng)速度可達(dá)10ms,批處理時(shí)間可達(dá)1秒;可自清洗。局限性是有最小電導(dǎo)率的限制;磨損和結(jié)垢會(huì)影響測(cè)量精度;流體需要充滿管道;大口徑產(chǎn)品價(jià)格高。選型要點(diǎn):精度為滿管型0.5-2.0級(jí)(特殊0.2級(jí))、不滿管型1.5-2.0級(jí)、插入型2.0-4.0級(jí);流速范圍為0.5-10米/秒,注意易粘附、沉積、結(jié)垢的應(yīng)大于2米/秒,含顆粒介質(zhì)的應(yīng)小于3米/秒。
(4)渦街流量計(jì)
渦街流量計(jì)特點(diǎn)是無(wú)可動(dòng)部件,可靠性高,使用壽命長(zhǎng);原始頻率輸出信號(hào)與實(shí)際體積流量成線性關(guān)系;測(cè)量范圍寬,在10∶1以上;安裝簡(jiǎn)單,維護(hù)方便,費(fèi)用較低;測(cè)量精度較高。局限性是不適于安裝在強(qiáng)震動(dòng)場(chǎng)合的管道上;有較長(zhǎng)的直管段。
4水資源流量?jī)x表的選型
(1)自來(lái)水的流量測(cè)量
最適宜用旋翼式水表;DN≥200的選用電磁流量計(jì),精度達(dá)±(0.3-1)%R,可根據(jù)費(fèi)用選用,精度越高價(jià)格越貴。
(2)原水和過(guò)濾水的流量測(cè)量
原水泥沙等雜質(zhì)含量較高,過(guò)濾水泥沙等雜質(zhì)含量梢低,若選用節(jié)流式差壓流量計(jì),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(jì)就不會(huì)出現(xiàn)這些情況。因?yàn)檗D(zhuǎn)動(dòng)部分易堵易卡,故選用旋翼式水表也是不適宜的,有時(shí)流體帶有長(zhǎng)纖維雜質(zhì),會(huì)掛在渦街發(fā)生體上,導(dǎo)致儀表失靈,這時(shí)也不宜選用渦街流量計(jì)。
給排水道若為敞開(kāi)渠道,具有自由表面自然流,可采用明渠流量計(jì)測(cè)量流量,而管渠,雖不敞開(kāi),但是在非受壓非滿管狀態(tài)下流動(dòng),實(shí)際上也屬于明渠。明渠流量測(cè)量方法很多,主要有堰式和槽式兩大類(lèi),都是設(shè)置了標(biāo)準(zhǔn)化量水堰槽,在規(guī)定位置測(cè)量水位,再根據(jù)流量與水位的關(guān)系計(jì)算出流量。在計(jì)算機(jī)技術(shù)廣泛應(yīng)用的今天,可將水位-流量函數(shù)關(guān)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(dá)到較高精度。薄壁堰是測(cè)量精度最高的,能達(dá)到±(1—3)%FS,量程比為(10-20)∶1,測(cè)量范圍達(dá)0-40000m3/h,其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,價(jià)格便宜,測(cè)量精度高,可靠性好,其缺點(diǎn)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(jì)測(cè)量槽有多種形式,水中固態(tài)物質(zhì)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(jì)都是用液位計(jì)計(jì)算流量,常用非接觸超聲式液位計(jì)連續(xù)測(cè)量水位,注意測(cè)點(diǎn)必須避免表面有大量泡沫的場(chǎng)所。
渦街流量計(jì)安裝和維護(hù)都非常簡(jiǎn)單,但只能部
分解決測(cè)量問(wèn)題,因?yàn)榭趶捷^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(cè)流量為0.32m3/h,最小可測(cè)流速為0.4m/s。電磁口徑可以做到DN2.5-3000,可測(cè)流量為0.0053―305000m3/h,最小可測(cè)流速為0.1m/s,因而覆蓋范圍比渦街流量計(jì)寬得多。大口徑的電磁價(jià)格較貴,解決方案是選用插入式流量計(jì),分為插入式渦街流量計(jì)或電磁等點(diǎn)流速計(jì)型、差壓式勻速管等徑流速型等,插入式渦街最小可測(cè)流速為0.32m/s,精度達(dá)±1%R,測(cè)量頭位于管道中心線上,耐臟性較好,含有少量泥砂也不會(huì)引起故障,當(dāng)流速下限更低時(shí)則無(wú)法完成測(cè)量任務(wù);插入式電磁流量計(jì)下限無(wú)限制,只是誤差較大,其范圍度較大,有較高精度,測(cè)量頭一般位于管道中特定位置。在大口徑管路流量計(jì)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(shí)現(xiàn)在線維護(hù)和檢查。
勻速管流量計(jì)在大口徑時(shí)用得較多,優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,價(jià)格便宜,維修方便,只要插入桿長(zhǎng)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(shí)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(duì)引壓管進(jìn)行排氣。缺點(diǎn)是避免泥沙將取樣孔堵死,為不打破平衡必須嚴(yán)禁排污,只允許開(kāi)表時(shí)進(jìn)行少量排氣操作;相對(duì)流量較小時(shí),誤差較大,主要適于一般測(cè)量和過(guò)程監(jiān)控;標(biāo)定困難,需逐臺(tái)進(jìn)行。威力巴流量計(jì)采用子彈頭形斷面的檢測(cè)桿,流量系數(shù)K穩(wěn)定性好,拐點(diǎn)相對(duì)平緩;低壓取壓孔位于探頭兩側(cè)面,流體分離點(diǎn)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(jìn)入,所以高低壓測(cè)孔的本質(zhì)防堵性能優(yōu)于其他斷面的檢測(cè)桿,同時(shí)檢測(cè)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?yàn)樗鶞y(cè)差壓較小,應(yīng)配用零點(diǎn)穩(wěn)定性好的微差壓變送器,而“T”形阿牛巴流量計(jì)具有更強(qiáng)的差壓信號(hào),其它與威力巴流量計(jì)類(lèi)似。
超聲流量計(jì)換能器可不與介質(zhì)直接接觸,介質(zhì)有較多雜質(zhì)也不對(duì)測(cè)量構(gòu)成嚴(yán)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(wú)停車(chē)機(jī)會(huì)的場(chǎng)合,常用來(lái)與其他流量計(jì)進(jìn)行比對(duì)。多聲道超聲流量計(jì)精度達(dá)±0.5%,可以用于貿(mào)易交接,但安裝必須在專(zhuān)業(yè)指導(dǎo)下進(jìn)行。傳播時(shí)間法的適用于潔凈流體的測(cè)量,大管徑帶測(cè)量管的多聲道流量計(jì),精度最高,基本誤差在±(0.5―1)%R,有的高達(dá)±0.15%R,夾裝式可達(dá)到±(1―3)%R;而多譜勒效應(yīng)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(dāng)固體含量基本不變時(shí),可達(dá)±(0.5―3)%FS。
結(jié)論:給排水道為敞開(kāi)渠道時(shí)采用明渠流量計(jì);在貿(mào)易計(jì)量時(shí),DN≤200時(shí)超聲波儀表比電磁貴,選用電磁流量計(jì),而DN≥250時(shí)超聲流量計(jì)比電磁流量計(jì)便宜,選用超聲流量計(jì),特別在大管道上優(yōu)先選用多聲道超聲流量計(jì),精度完全滿足計(jì)量要求;對(duì)計(jì)量要求較低的可以選用勻速管流量計(jì)或插入式渦街;對(duì)一般的流量監(jiān)控可以采用插入式電磁流量計(jì)。
(3)去離子水的流量測(cè)量
去離子水純度極高,由于管徑較小可以采用渦街流量計(jì),在個(gè)別大管徑的流量測(cè)量中可采用勻速管流量計(jì)。
(4)污水的流量測(cè)量
污水比較臟污,有時(shí)有一定腐蝕性,應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況選擇流量計(jì),用管道輸送的污水可用電磁流量計(jì)進(jìn)行測(cè)量,但要注意測(cè)量管和電極的清洗;通過(guò)明渠排放的,適用明渠流量計(jì)或面積-速度流量計(jì)。
5結(jié)論
每種水流量計(jì)都有優(yōu)缺點(diǎn),因此了解原理和適用范圍至關(guān)重要。當(dāng)數(shù)種流量計(jì)均能滿足時(shí),應(yīng)選用無(wú)機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件,磨損小的流量計(jì)。一臺(tái)流量計(jì)成功運(yùn)行的條件是:由流體性質(zhì)和精度要求選擇類(lèi)型;由流量范圍選擇口徑;由類(lèi)型正確選擇安裝地點(diǎn);由性能、服務(wù)選擇廠家;嚴(yán)格按廠家說(shuō)明書(shū)精心安裝及接線調(diào)試。
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