流量測(cè)量技術(shù)
閱讀:860 發(fā)布時(shí)間:2016-4-21
人口劇增,工業(yè)生產(chǎn)迅猛發(fā)展使得環(huán)境嚴(yán)重惡化,已經(jīng)達(dá)到危險(xiǎn)的程度,國家把可持續(xù)發(fā)展列為國策,它將是二十一世紀(jì)的的zui大課題??諝馕廴?、水污染要得到控制必須加強(qiáng)管理,而管理的基礎(chǔ)是污染量的定量控制。我國是以煤為主要能源的國家,全國有上百萬的煙囪日夜不停地向大氣排放濃煙,煙氣排放控制成為*污染的重要項(xiàng)目。美國已經(jīng)立法規(guī)定煙廢氣排放標(biāo)準(zhǔn),每個(gè)煙囪必須安裝煙氣分析儀和流量計(jì),組成連續(xù)排放監(jiān)視系統(tǒng)(CEMS)。煙廢氣流量測(cè)量屬于困難的測(cè)量問題,它的難度有: 口徑大,如煙囪不規(guī)則形狀,幾米周長(zhǎng); 氣體組分變化不定; 流速范圍大,從極低速到高速; 臟污、灰塵、腐蝕; 流道為非圓截面,無相似性,通道內(nèi)流速分布復(fù)雜; 無直管段,阻流件形狀復(fù)雜,速度畸變與旋轉(zhuǎn)流; 無法個(gè)別標(biāo)定確定流量計(jì)儀表系數(shù); 靜壓,要求儀表低壓損; 高溫(200℃以上); 廢液、污水排放已嚴(yán)重污染江河湖泊,使本來已經(jīng)嚴(yán)重缺乏的水資源遭到破壞,已很緊張的水資源更是雪上加霜。廢液、污水排放的管理控制已是刻不容緩的任務(wù)。但是廢液污水流量計(jì)由于被測(cè)介質(zhì)臟污、口徑大、形狀特殊、壓頭低、流速范圍寬、不滿管流等亦是流量測(cè)量的困難問題。工廠企業(yè)及人民生活需要的流量計(jì)數(shù)量極為龐大,種類需多樣化才能適應(yīng)廣泛需求?! …h(huán)保工程所需的流量計(jì)隨著工程的深入發(fā)展將不斷提出新的要求,如大規(guī)模的廢水再生設(shè)備、城市垃圾處理設(shè)備、工礦企業(yè)的水循環(huán)利用系統(tǒng)等都需種類繁多的流量計(jì)。4.交通運(yùn)輸 交通運(yùn)輸有五種方式:鐵路、公路、航空、水運(yùn)和管道輸送。在五種方式中管道輸送雖早已有之,但應(yīng)用尚不普遍。隨著環(huán)保問題的突出,管道輸送的特點(diǎn)引起人們的重視。例如煤炭一直由鐵路水運(yùn)輸送,裝卸及敞開運(yùn)輸污染環(huán)境不容忽視,采用管道水力輸送,不但迅速,密閉衛(wèi)生是很大優(yōu)點(diǎn)。管道輸送的物料有:原油、天然氣、水、壓縮空氣、煤炭、谷物、水泥、礦物……。世界管道運(yùn)輸主干線已達(dá)230萬公里,我國1996年底僅為1.9萬公里,處于落后狀態(tài)。管道運(yùn)輸必須裝備流量計(jì),它是控制、分配調(diào)度的眼睛,亦是安全性(監(jiān)視物流堵塞)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。管道運(yùn)輸流量計(jì)除傳統(tǒng)的流量計(jì)如孔板、電磁、容積式外,近年出現(xiàn)的相關(guān)流量計(jì)是潛力的的新型流量計(jì),國內(nèi)已有用于混相流測(cè)量的實(shí)例。5.生物技術(shù) 據(jù)說二十一世紀(jì)是生命科學(xué)的世紀(jì),以生物技術(shù)為特征的產(chǎn)業(yè)將獲得迅速發(fā)展,生物技術(shù)中需監(jiān)測(cè)的物質(zhì)很多,如血液、尿液、藥液、營養(yǎng)液等等,其被監(jiān)測(cè)對(duì)象很多為混相流、脈動(dòng)流、非牛頓流體,亦是流量測(cè)量的難點(diǎn)。6.科研實(shí)驗(yàn) 科研實(shí)驗(yàn)需要的流量計(jì)不但數(shù)量多,品種極為繁雜,據(jù)統(tǒng)計(jì)流量計(jì)有100多種,其中很大一部分是應(yīng)科研實(shí)驗(yàn)之需,它們并不批量生產(chǎn)在市面出售。我國有很多科研單位或大型企業(yè)有專門小組研制自己需要的流量計(jì),特別是*門更是常事?!?化工中間試驗(yàn)工廠 它是化工生產(chǎn)的一個(gè)中間環(huán)節(jié),一種化工產(chǎn)品從實(shí)驗(yàn)室研制到大批量生產(chǎn)必須經(jīng)中間試驗(yàn),這種實(shí)驗(yàn)工廠可以說是生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的工廠,數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確可靠是*位,這里流量計(jì)是*的儀表,它是監(jiān)測(cè)物料數(shù)量的儀表,由于規(guī)模小,大都是小、微流量的測(cè)量?!?發(fā)動(dòng)機(jī)效率試驗(yàn) 發(fā)動(dòng)機(jī)種類繁多,泵、風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)、動(dòng)力機(jī)械等,發(fā)動(dòng)機(jī)效率試驗(yàn)必須檢測(cè)三個(gè)參數(shù):溫度、壓力和流量。一般認(rèn)為流量測(cè)量比較困難,原因是其使用條件特殊,測(cè)量對(duì)象阻流件復(fù)雜,無直管段安裝條件,流體組分變化,流動(dòng)為脈動(dòng)流等。 7.海洋氣象,江河湖泊 這些領(lǐng)域?yàn)槌ㄩ_流道,一般需檢測(cè)流速,然后推算流量。流速(流量)計(jì)一般所依據(jù)的物理原理及流體力學(xué)基礎(chǔ)理論與密封管道雖有共通之處,但儀表原理及結(jié)構(gòu)以及使用條件有很大差別,標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)有專門技術(shù)委員會(huì)制訂此類流量計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)。流量學(xué)術(shù)會(huì)議一般皆包括此部分內(nèi)容?! ?我們列舉了七類應(yīng)用領(lǐng)域,它遍及國民經(jīng)濟(jì)各部門,ISO、IEC及OIML等標(biāo)準(zhǔn)化組織設(shè)有眾多技術(shù)委員會(huì)制訂有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。 標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)有9個(gè)技術(shù)委員會(huì)涉及流量或流速的測(cè)量,它們是: TC(技術(shù)委員會(huì))30(封閉管道)、TC113(明渠)、TC28(石油產(chǎn)品)、TC115(泵)、TC117(工業(yè)風(fēng)機(jī))、TC118(壓縮機(jī))、TC131(液壓)、TC112(真空技術(shù))、TC116(采暖)。電工委員會(huì)(IEC)有3個(gè)委員會(huì):TC4(水輪機(jī))、TC5(汽輪機(jī))、TC65(流程測(cè)控)。法制計(jì)量組織(OIML)有十余個(gè)建議或文件涉及流量測(cè)量。二 流量測(cè)量的困難問題 流量測(cè)量的困難分為兩方面:流體特性和測(cè)量特性。1. 流體特性臟污流:流體臟污、沉積和堵塞,如煤氣、煙廢氣、污水等;腐蝕流:管道腐蝕嚴(yán)重因而帶來臟污流,儀表耐蝕要求高;高參數(shù)流:高溫、高壓、真空及低溫工作條件下的流量測(cè)量;脈動(dòng)流:發(fā)動(dòng)機(jī)、壓縮機(jī)、泵出口流體脈動(dòng)、石油天然氣井噴流脈動(dòng)等;大流量:管徑達(dá)數(shù)米,液體流量達(dá)108kg/h,氣體流量達(dá)106kg/h;微流量:流量下限極低,液體為10-2kg/h,氣體為10-4kg/h;高粘性流:流體粘度*,雷諾數(shù)很低,粘度可達(dá)數(shù)帕斯卡?秒;混相流:如氣液、液固、氣固及氣液固多相流;質(zhì)量流:被測(cè)介質(zhì)工作時(shí)狀態(tài)及組分變化很大,體積測(cè)量法無法準(zhǔn)確測(cè)量;蠕動(dòng)流:流速極緩慢,雷諾數(shù)極低,大小口徑皆有,如瀝青、漿液等?!∏懊娼榻B各應(yīng)用領(lǐng)域皆有一些實(shí)例。2. 測(cè)量特性現(xiàn)場(chǎng)工作條件惡劣,檢測(cè)件可靠性差;流量為動(dòng)態(tài)量,難以獲得高準(zhǔn)確度;儀表結(jié)構(gòu)大都為法蘭連接,只在停流時(shí)才允許拆卸維修,有些生產(chǎn)過程連續(xù)進(jìn)行,只在大修時(shí)才能停流,中間儀表有故障無法檢修;儀表實(shí)驗(yàn)室校驗(yàn)的工作條件與現(xiàn)場(chǎng)工作條件相差很大,準(zhǔn)確度偏離無法確定;校驗(yàn)設(shè)備龐大昂貴,校驗(yàn)費(fèi)用亦不菲,周期校驗(yàn)是個(gè)難題。 三 流量?jī)x表的種類 有商品的流量計(jì)可分類,約100種: 1. 差壓式流量計(jì):2.浮子流量計(jì);3.容積式流量計(jì);4.渦輪流量計(jì);5.電磁流量計(jì);6.渦街流量計(jì);7.超聲流量計(jì);8.質(zhì)量流量計(jì);9.插入式流量計(jì);10.其他流量計(jì) 按1992年出版《中國儀器儀表企事業(yè)大全》及1996/1997出版《中國計(jì)量器具制造單位及產(chǎn)品信息指南》初續(xù)集輯錄我國共有流量?jī)x表企業(yè)229家,國外產(chǎn)品代理商及合資企業(yè)約50家。我國已擁有一個(gè)相當(dāng)規(guī)模開發(fā)和制造流量?jī)x表的行業(yè),各種企業(yè)所有制皆有,近年來私營與合資企業(yè)在增加,行業(yè)的特點(diǎn)為: 國外已商品化的產(chǎn)品國內(nèi)皆有相應(yīng)廠家生產(chǎn),但產(chǎn)品品種規(guī)格及技術(shù)含量差距較大;幾個(gè)五年計(jì)劃引進(jìn)產(chǎn)品生產(chǎn)技術(shù),對(duì)國內(nèi)產(chǎn)品制造技術(shù)起到促進(jìn)作用,但消化吸收進(jìn)而自主創(chuàng)新不夠,在產(chǎn)品不斷更新情況下,單靠引進(jìn)已不能解決問題;生產(chǎn)廠廠家數(shù)遠(yuǎn)大于國外,但產(chǎn)品低水平重復(fù)多,幾乎找不到產(chǎn)品;流量?jī)x表科研單位經(jīng)費(fèi)投入少,無力進(jìn)行有份量的產(chǎn)品開發(fā);企業(yè)開發(fā)力量薄弱,產(chǎn)品更新?lián)Q代緩慢;普遍欠缺流量校驗(yàn)設(shè)備,全國流量量值傳遞系統(tǒng)尚未真正建立起來,影響全國流量量值傳遞的準(zhǔn)確一致。四 流量測(cè)量與儀表的主要問題 主要問題有兩個(gè):儀表的可靠性和準(zhǔn)確度1. 可靠性 可靠性包括儀表質(zhì)量及可維修性,流量?jī)x表是現(xiàn)場(chǎng)儀表,檢測(cè)件與被測(cè)介質(zhì)直接接觸,面臨惡劣的工作條件,要求儀表有百分之一百的可靠是不現(xiàn)實(shí)的,但在發(fā)生故障時(shí)如能方便維修,維修代價(jià)不大,應(yīng)該說亦是儀表可靠的一個(gè)方面。流量?jī)x表工作的特點(diǎn): 儀表要能經(jīng)受被測(cè)介質(zhì)化學(xué)腐蝕、結(jié)垢、磨蝕、堵塞、相變、耐溫、耐壓、……的影響; 由于儀表與管道用法蘭連接成一體,有時(shí)拆卸維修更換非常困難,特別是高溫高壓大口徑管道,給周期檢驗(yàn)造成很大困難; 對(duì)于連續(xù)生產(chǎn)過程,不允許中間停流拆卸,檢測(cè)件發(fā)生故障無法拆卸檢修,如何處理是個(gè)棘手問題; 國內(nèi)因設(shè)備工藝落后,管理不善,流體介質(zhì)一般比國外要臟污,如天然氣、煤氣、水等,這樣對(duì)流量計(jì)使用性能提出更高要求。提高流量計(jì)可靠性可采用以下辦法: 提高儀表質(zhì)量; 改變結(jié)構(gòu)形式,如采用不斷流型插入式結(jié)構(gòu),亦可在測(cè)量系統(tǒng)上想辦法,如多管并聯(lián)管道便于清洗及更換; 加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)管理2. 準(zhǔn)確度 儀表的重復(fù)性是儀表本身的特性,而準(zhǔn)確度是外加的特性。一臺(tái)流量計(jì)準(zhǔn)確度高,首先要重復(fù)性高,然后用高準(zhǔn)確度的量值傳遞系統(tǒng)進(jìn)行校準(zhǔn)求得高準(zhǔn)確度的儀表系數(shù)(或流出系數(shù))?! ?duì)于流量計(jì)的準(zhǔn)確度要注意這種儀表的特點(diǎn),英國的流量專家F.C.Kinghom說得好:流量計(jì)是使用比制造要艱難得多的少數(shù)儀表之一,在實(shí)驗(yàn)室它可以得到*的準(zhǔn)確度,但是在使用現(xiàn)場(chǎng),一旦條件變化,一切全都白廢?! x表制造廠產(chǎn)品說明書上列舉的準(zhǔn)確度是指實(shí)驗(yàn)室校準(zhǔn)的準(zhǔn)確度,它稱為基本誤差,儀表在現(xiàn)場(chǎng)工作由于使用條件與實(shí)驗(yàn)室工作條件不同會(huì)產(chǎn)生附加誤差,現(xiàn)場(chǎng)的準(zhǔn)確度是基本誤差與附加誤差的合成,合成不一定為簡(jiǎn)單的代數(shù)和,要視具體情況而定。因此,現(xiàn)場(chǎng)儀表誤差估計(jì)是一項(xiàng)復(fù)雜的工作,只有既熟悉儀表特性和被測(cè)對(duì)象,又掌握誤差理論的人才能做出正確的估計(jì)。標(biāo)簽:流量測(cè)量技術(shù) 流量測(cè)量技術(shù) 賽譜自儀