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大口徑管路液體流量測量

  (1)大口徑管路液體流量測量的特點

①管路口徑大要求壓損越小越好。一般不允許用局部縮徑的方法提高流速。

②流速一般都不高。新設計安裝的管路，一般均選擇經濟流速。因為流速太低，勢必增加管路的投資，流速太高，會造成動力損耗大幅度增加，導致運行成本上升，都是不經濟的。但有些老管路，由于增產的需要而提高了流速。

③由于流速較低，流體中的污垢、淤泥等極易在管道內壁沉積。作系統(tǒng)設計時應考慮儀表與流體接觸部分的清洗。

④測量范圍度要求大。有些水管夜間和日間、冬季和夏季流量相差懸殊，多達10~20倍，有些空調用水，到一定季節(jié)干脆就停用，因此，這些水的流量計就要求范圍度特別大。

⑤防護等級要求高。大口徑管路大多埋地敷設，為的是節(jié)省空間，在北方，也是防凍的需要。因此流量傳感器大多被安裝在儀表井內的管段上。由于雨水、井壁滲漏和管路外漏等原因常常引起井內水位上升而淹沒流量傳感器，所以設計時就應估計到這種情況，選用防持續(xù)浸水影響的流量傳感器，例如IP68的防護等級。

(2)儀表選型

①電磁流量計。電磁流量計在大口徑水流量測量中占有極其重要的地位，這是因為該種儀表具有下列特點。

a.無可動部件，可靠性高，長期穩(wěn)定性好。

b.無附加阻力。這一點對大口徑流量計有特別重要的意義。

c.測量精確度高。典型產品在υ≥1m/s時，精確度可達到±0.3%R甚至±0.2%R。

d.范圍度大。保證精確度的范圍度一般可達40:1，可測范圍可達200:1，例如IFM系列產品，在υ=0.06m/s時，基本誤差仍可小于±2%R。

e.直管段要求相對較低。對于大口徑管路，這一點也很重要。有多種流量計要求前后直管達到30D，對于管徑1m以上的管路，就意味著須具備30m以上的直管段，這在多數情況下難以滿足。

f.有大口徑產品。國內最大可提供DN3000的產品，從而能滿足大口徑水流量測量的需要。

g.品種齊全。有防浸水型IP67及防持續(xù)浸水型IP68產品。

h.其不足之處是大口徑產品價格高，而且口徑越大價格增長得越快。盡管如此，像水廠、成品水和源水等計量，因牽涉到貿易結算，對計量精確度要求高，還是愿意花較多的錢選用電磁流量計。

②超聲流量計。超聲流量計在大口徑管路的流量測量中占有重要地位，原因如下。

a.超聲流量計中的夾裝式，其價格與口徑無關，用來測量大口徑管路流量，投資較省。

b.超聲流量計能得到的測量精確度同管徑有關，管徑越大，有可能得到的精確度越高。有的供應商能提供帶測量管的多聲道時差式超聲流量計，精確度最高可達0.15級，但價格也相應升高。

c.既可測量導電液體，如水等，也可測量不導電液體。

現在有很多單位添置數臺攜帶式(時差法)超聲流量計用于現場較大口徑液體流量計比對，一般都收到較好的效果。在DN≥150mm、υ≥0.3m/s時，精確度可達±2%R。

插入式流量計。上述電磁流量計用在大口徑管道上，固然很好，但價格較貴，因此，在測量精確度要求不高的場合，插入式流量計就成為受歡迎的方法。

插入式流量計的價格只及滿管流量計的幾分之一到十幾分之一，是流量計的一種補充。另外，重量輕，壓損小，易于安裝和維修，是這種流量計的另一優(yōu)點。

在大口徑管路流量計中，由于流速普遍較低，泥沙、污垢等容易在儀表表面沉積，因此，插入式流量計常常帶配套球閥，實現在不斷流情況下拆下儀表維護和檢查，從而提高測量系統(tǒng)的可靠性。

a.插入式流量計的結構。插入式儀表有點流速計型和徑流速計型。其中插入式渦街、渦輪、電磁流量傳感器以及皮托管等屬點流速計型。差壓式均速管流量傳感器、熱式均速管流量傳感器等為徑流速型。

插入式流量表的原理雖多種多樣，但其結構卻大同小異。圖3.76所示為點流速計型結構。圖3.77為徑流速計型結構。

點流速計型傳感器由測量頭、插入桿、插入機構、轉換器和儀表表體五部分組成。

測量頭:其結構實際上就是一臺流量傳感器，不過這里作為局部流速測量的流速計使用。

插入桿:支撐測量頭的一根支桿。支桿內可將測量頭的信號電纜引至儀表表體外部。插入機構:由連接法蘭、插入桿提升機構及球閥組成。可在不斷流的情況下將測量頭由管道內提升到表體外，以便檢查維修。

轉換器:測量頭信號輸出轉換的電子部件。

儀表表體:對于大口徑一般都不帶儀表表體，而是利用工藝管道的一段作為測量管。差壓式均速管流量傳感器包括檢測件(均速管)、閥、插入機構和取壓裝置等部件。

b.點流速計型工作原理。測量頭插于管道中特定位置(一般為管道軸線或管道平均流速處)，測量該處局部流速，然后根據管道內流速分布和傳感器的幾何尺寸等推算管道內的流量。其流量計算式如下。

式(3.127)阻塞系數計算式是在測量頭為某種結構求得的，因此該式只能作為一種參考計算式，要得到高精確度的計算式需依據具體結構的測量頭進行實驗求得專用阻塞系數計算式。

干擾系數γ的確定。干擾系數的定義:流量計所處管段前后阻流件之間直管段長度不足所引起的儀表系數變化的修正系數。干擾系數是非充分發(fā)展管流的修正系數，目前還缺乏成熟的實驗數據，一般可在現場直接校驗確定。

管道橫截面面積A的確定。管道橫截面面積A可通過實測管道內徑或管道外周長推算出，由管道外周長推算橫截面面積按下式計算。

(3)幾種插入式流量計的性能比較

①插入式渦輪流量計。價格較低，適合測量潔凈液體的流量。流體中含固體顆?；蝠こ砦飼r，極易導致渦輪卡滯。流體中夾帶的纖維、四氟生料帶之類的異物，極易繞在渦輪葉片上，導致流量系數改變，而大口徑管路上要加裝網目數滿足要求的過濾器又不大現實，因而影響了人們對該種儀表的選用。

②差壓式均速管流量計。這種流量計在大口徑水流量測量中用得較多。主要原因是結構簡單，價格便宜，維修方便。因屬徑流速計型，只要儀表插入桿長度同管徑相吻合，儀表示值受管內流速分布的影響較小。

均速管在安裝時要特別注意引壓管中不能有氣體存在。

在水平管上的安裝位置如圖3.78所示。對于埋地敷設的大口徑管道，均速管要安裝在儀表井中，而配套的差壓計為了避免浸入水中，一般均安裝在地面上方。儀表投運時，分別打開差壓變送器的高低壓室上排氣口，排盡引壓管中的氣體，均速管測量到的信號就能準確地傳遞到變送器。

有的使用者誤認為管道中全是水，均速管從管道上方插人也不要緊，尤其是在大口徑管道貼近地面敷設，均速管按圖3.78安裝有困難時，就采用圖3.79所示的安裝方法。于是在開表投運時，經過排氣閥和變送器上的上排氣口充分排氣，儀表指示正常。但經數天后由于大管道內水所溶解的氣體不斷析出，并且聚集在引壓管的最高點，影響差壓信號的正常傳遞，以致儀表示值發(fā)生變化(一般是流量示值逐漸減小)。

管道內水所溶解的氣體析出，同水的溫度和壓力的變化有關。水溫較高或壓力較低時，其氣體飽和溶解度比溫度較低或壓力較高時的氣體飽和溶解度小，所以水在輸送過程中，溫度升高和壓力降低都易引起它所溶解的氣體析出。

這種儀表的不足之處如下。

a.水中泥沙易將取樣孔堵死而引起故障，因此應視流體中泥沙含量多少決定引壓管排污掃線周期。并在選閥和配管時，考慮拆卸和疏通的方便。

b.相對流量較小時，誤差增大。因此只適合一般檢測和過程控制。

c.標定困難。JJG640檢定規(guī)程規(guī)定，差壓式均速管流量計必須經過流量系數的逐臺檢定，所以精確度要求較高的測量對象或用于貿易結算的測量對象，一般還有賴于滿管式電磁流量計。

③插入式渦街流量計。這種儀表測量頭本身精確度可達±1%R，耐臟性比插入式渦輪流量計好，被測液體中有少量泥沙時也不會像均速管那樣容易引起故障，但受其測量原理的制約，用來測量水流量時，可測流速下限只能達到0.3m/s，因此，在測量對象的流速下限要求更低時，不能勝任。

④插入式電磁流量計。同其他插入式流量計相比，用插入式電磁流量計測量大口徑管道水流量具有明顯的優(yōu)越性。

a.范圍度特別大。

b.測量頭有較高的精確度。

c.阻塞影響可忽略。

d.有浸沒型產品，安裝在儀表井中被水淹沒也不影響正常測量。該型的插入式電磁流量計，勵磁線圈和電極組成的測量頭置于插入桿的端面內，導電流體流過其端面時，在電極和插入桿殼體之間產生相應的電動勢，如圖3.80所示。其結構如圖3.81所示。

  儀表的滿量程可設置為1、2、3、4、5、6、7或8m/s。測量精確度在υ≥1m/s時為±2%R;在υ<1m/s時為±3%R。插入桿上刻有與管道內徑相對應的插入深度刻線，其插入深度為管道內徑的1/8。此時阻塞面積小于2%，按式(3.127)阻塞對示值的影響可忽略不計。

  插入式流量計是基于速度面積法工作的，不論測量頭是何種測量原理，管道中都必須充滿液體。為了防止液體中的氣體在管道中積聚，管道的最高點都應安裝排氣閥，實行自動排氣或人工定期排氣。