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质量流量计是满足关键流程需求

来源:上海自动化仪表有限公司作者:发表时间:2018-08-21 09:27:22

     新一代科里奥利质量流量计正迅速成为工业过程中质量流量测量和控制的首选技术。对于潜在的新用户,我们上海自动化仪表股份有限公司提供了大规模计量功能的重点,重点是科里奥利技术。

质量流量计是满足关键流程需求

 
    许多工业过程可以受益于基于计量质量流量的流量测量和控制,单位为磅/小时。无论测量流体的温度或压力,流动剖面或其他变量(例如其密度或粘度)的变化如何,一磅液体或气体都是磅,所有这些变量都会对体积计的精度产生影响。
 
    结合了差压,压力和温度传感器,以及确定质量流量的计算逻辑。节省的原因是需要更少的变送器,接线和过程穿透。
    测量质量流量为化工,食品和饮料,石化,纸浆和造纸,石油精炼,制药,水或废水处理等行业提供价值数千美元的加工改进潜力。典型应用包括配料和混合操作,容器的精确灌装,计费和保管转移,以及改进的过程控制本身。
 
    近年来,质量流量计设计取得了很大进展,特别是采用推理,热质量和科里奥利计量技术的流量计。供应商可以指出越来越多的成功安装,证明了它们的价值。它将向流程或仪器工程师和工厂经理支付费用,以便及时了解可用的技术并利用该技术。
 
    推理与直接质量流量计量
    科里奥利仪表固有地直接测量质量流量(见侧栏)。它们还可以提供体积流量,流体密度和温度的读数。热质量流量计也可直接读取质量流量单位。
    在这种仪表可用之前,质量流量测量的唯一实际答案是使用体积计并使用密度计校正其测量流体密度的读数。
 
    在许多方面,对于所有类型的仪表测量体积和密度,仪器解决了基本方程:
 
    质量流量,in.-lbs / hr =以加仑/小时为单位的体积流量×以lbs /加仑为单位的密度。
 
    当然,质量可以是其他单位,例如克或千克(kg),以及时间,分钟或秒。
 
    热质量流量计提供质量流量的直接测量,特别适用于确定低流量的气体。它们将热量注入流动流中并通过温度传感器测量其耗散。
 
    这种推理方法至今仍然适用,必须与超过科里奥利仪表容量的液体质量流量一起使用。上海自动化仪表股份有限公司给出了一个具有密度补偿的大尺寸体积流量计的实际例子,其中示意图显示了在一个单元中配备伽马辐射密度计的磁流量计。当然,电磁流量计的直径可达100英寸或更大。
 
    多变量发射机的作用
    多变量发射器,图1,代表了一种相对较新的技术,可以使用推理技术轻松地测量质量流量。在这里,单个变送器不仅可以测量压差(体积流量),还可以测量过程压力和温度。由于后两个变量控制流体密度,它们只是计算质量流量所需的变量。
 
    利用这一事实,这些发射器还包含基于工业标准公式确定质量流量所必需的计算逻辑。这些变送器的流量计算能力可包括对诸如流量系数,热膨胀,雷诺数和压缩系数等复杂变量的补偿。
 
    体积流量可以基于来自诸如孔口,平均皮托管,文丘里管,喷嘴或楔形计等常见流动元件的差压测量。
 
    多变量变送器的典型工业质量流量应用包括平衡空气和燃料流量的燃烧控制,用于效率和负载管理的锅炉蒸汽流量,以及天然气进料的质量流量与蒸汽流量平衡以控制蒸汽/碳比率的氨厂在初级改革者。
    
    热质量流量计
    远程版本的转换器A可能距主流量元件最远1,000英尺。或者,转换器可以与初级一体安装,如在B中一样。
对于某些应用,液体尤其是气体,热质量流量计可能是唯一可行的解决方案。Yoder [5]给出了热流量计近期发展的一些亮点。源于热线风速计技术,两家公司在20世纪70年代推出了工业应用模型。第三家公司使用流量开关系统。
 
    热流量计的名称来源于它们使用热量来实现质量流量测量。它们将热量加入流动流中,并使用温度传感器来测量热量消散的速度。测量耗散的方法有多种,与质量流量的直接测量有关。
 
    热量表的优点在于它们在测量气体时具有快速响应时间并且在低流量测量方面表现优异。它们以插入大型管道或烟囱的形式出现,可以连续监测发电厂的二氧化硫或氧化亚氮的排放。
热质量流量计通常在测量液体的质量流量时具有缓慢的响应。它们也不像科里奥利仪表那么准确,典型精度在1%到3%之间。
 
    用科里奥利仪表测量直接质量流量
    近年来,科里奥利质量流量计已成为许多加工厂的首选仪器,建立了大量的参考设备。科里奥利仪表非常适合工业环境,并且可以与完整的过程测量和控制系统配合使用。今天,这些仪表的全球市场可能超过4.8亿美元,由十几家供应商共享Liptak [1]已经列出了各种行业的特定工艺液体和气体用科里奥利仪表测量 - 有些像糖蜜一样粘稠,其他像硝酸具有很强的腐蚀性,不寻常的例子包括压缩气体,如氮气和氦气。
 
    一个有趣的发展是用户可以对整个工厂的几乎所有应用进行标准化。由于改进的问责制(准确性),将工艺流程测量集成到一个单元(更少的硬件),并且在流体进入流量计(管道运行)之前不需要校正流动剖面,因此更高的单位成本被认为是合理的。
 
    科里奥利仪表的基础知识
 
    科里奥利质量流量计的两个基本系统配置 - (A)远程转换器和(B)积分转换器 - 直接安装在主壳体上。远程转换器通过屏蔽电缆连接到主电缆,屏蔽电缆最长可达1000英尺。转换器接收由初级传感系统产生的小电测量信号,并将其电子地转换为可用输出(电流,脉冲频率或数字)。这些输出可以显示在转换器显示屏上,并传输到集中控制室中安装在面板上的记录和控制仪表或过程控制计算机。
 
    主要安装在流线中并容纳必要的传感系统组件。该系统采用科里奥利技术来获得电信号,该电信号是质量流量的直接量度。它还提供流体密度和温度的测量。
 
    该传感系统的主要特征是专有的流量管组件。不同的制造商对通过初级的流动路径使用截然不同的管几何形状。一些使用单管,而另一些使用平行的一对流管。图显示了带有双管的弯管装置。Liptak展示了17种管“几何形状”,有助于确定流量计的性能。
 
    传感系统的其他主要部件是(1)精确测量科里奥利效应的探测器作为质量流量的量度,以及(2)驱动器线圈使流量管振动。(见侧栏)。
 
    管孔的尺寸设计成可提供约1/2英寸至6英寸的仪表尺寸。管子没有阻塞流体通过它的流动。
 
    科里奥利仪表的优点
 
    科里奥利质量流量计如何工作
 
    1835年,法国工程师Custave G. Coriolis发现了作为所有科里奥利流量计运行基础的原理。他表明,当一个物体纵向移动时(流体在管道中流动)并且它也经受旋转运动(例如,管道在旋转),这些组合运动产生了独特的惯性力。这种力,现在称为科里奥利力,可以直接与通过管道的质量流量相关。
 
    地球的旋转是作为科里奥利力的一个例子,它引起从北极向赤道抛出的假想物体的轻微侧向漂移。请注意,两个运动同时起作用:物体的纵向飞行和行星的旋转运动。
 
    直到1972年,科里奥利首次应用于商业流量计,提供质量流量的测量。该科里奥利质量流量计采用巧妙的设计理念,在通过振动流量管的被测流体流上人工引入科里奥利力。管振动模拟管的旋转运动。
 
    与质量流量直接相关的是,科里奥利力引起振动频率的变化并导致管的扭曲。今天不同的供应商模型使用设计上的改进来精确地监控这些连续变化的影响并产生电测量信号。单独的电子转换器放大该信号并提供质量流量值。
 
    1.可以测量质量流量,体积流量,流体密度和流体温度 - 所有这些都来自一台仪器 - 并且几乎不受流体特性变化的影响。
 
    2.测量通常与其他类型的流量计(例如非导电流体)不兼容的各种流体。操作与雷诺数无关,因此仪表可以测量极其粘稠的流体。压缩气体和低温液体也可以通过一些设计来测量。
 
    3.提供出色的精度,大约为+/- 0.1%至+/- 3%的速率,可通过某些设计进行选择。而且,在其整个流动范围内极其线性,具有大约20比1或更大的可用范围。已成功用于流量比给定的满量程流量低100倍。
 
    4.操作与流动特性无关,例如湍流和流动剖面,因此不需要最小的上游或下游直管道或流动调节。也可以配置为测量任一方向的流量。
 
    5.它们的流量管没有内部障碍物,可能被流动物流中的浆液或固体损坏或堵塞。它们没有过程湿润的运动部件会磨损并需要更换。
 
    6.可用于卫生应用设计提供可承受腐蚀性流体的材料。此外,某些制造商提供二级安全壳外壳作为标准主传感器的一部分。
 
    操作限制:
    1.科里奥利流量计的尺寸通常不超过6英寸,但可实现高达25,000 lb / min(11,249 kg / min)的流量。要将此技术用于更大的流量,需要并行安装两个或更多米。增加的费用必须通过其他方式无法获得的性能来证明。
    2.科里奥利仪表的成本可能被认为很高。但是,在考虑与性能差距相关的未来维护和产品成本时,体积计,密度计和其他相关设备的成本可能几乎一样高或更高。
    3.使用科里奥利仪表测量低压气体的质量流量可能很困难。为了产生足够的质量流量以提供足够的科里奥利力,气体速度必须非常高。这反过来会导致仪表上的压降非常高。
    4.被测流体的温度通常限制在400华氏度(204摄氏度)。斯皮策[3]描述了一种高温模型据说可以使用高达425 C 
    5.科里奥利质量计可能对管道振动很敏感。
    6.有些设计体积庞大,在改造现有设备时占用了宝贵的空间资源(早期设计更为正确,新一代设计已被淘汰)。
    7.不应用于测量固体和气体,液体和气体以及蒸汽的混合物。
 
    安装要点
    1.必须安装科里奥利仪表,以便测量管保持充满; 如果安装在管道可能仅部分填充的位置,则仪表无法进行有效测量。
 
    2.为确保正常运行,仪表必须在安装后归零,并完全充满过程流体。
 
    3.被测液体中不应夹带气泡; 它们会影响仪表性能。通过安装增加背压可以溶解气泡。一些设计声称通过在其处理器内使用智能过程数据过滤来处理气体或空气塞。
 
    4.仪表应安装在泵的高压侧,并尽可能靠近泵。
 
    5.优选地,仪表应安装在过程的最低点。这个位置确保了最高的背压。
 
    6.安装在流量计下游的阀门,弯管或泵不会影响其运行。