化工测量仪表 ppt课件(流量).ppt

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1、2022/11/20,1,第三篇 流量测量,概 述第一章 容积式流量计第二章 节流式流量计第三章 动压式流量计第四章 变面积式流量计第五章 流体振动式流量计第六章 其它流量计第七章 质量流量计本 篇 小 结,2022/11/20,2,概 述,流量流经管道（或设备）某一截面的流体数量。,一、瞬时流量,1.体积流量 单位时间流过某一有效截面的流体体积。,qv = uA,2.质量流量 单位时间流经某一有效截面的流体质量。,qm = qv= uA,m3/h、L/h,t/h、kg/h,二、累积流量(总量),m3、L、t、kg,返回,下一页,单位时间内流经某一有效截面的流体数量。,某段时间内流经有效截面的

2、流体数量的总和。,2022/11/20,3,按测量原理分类方法如图3-0-1、2所示。,返回,上一页,下一页,2022/11/20,4,三、气体体积流量计量,物理标准状态： 0 ，0.101325MPa,工业标准状态：20，0.101325MPa,qv00 = qv2020,由理想气体定律：,qv0 = 0.9318 qv20,上一页,返回,2022/11/20,5,（1）流速的分类 低流速:小于1m/s 普通流速:25m/s 高流速:大于10m/s（2）管道的分类 小管径:450mm 中管径:50150mm 大管径:150mm以上（3）流量的分类 微流量:小于60l/h 小流量:60l/h2

3、0m3/h 一般流量:20100m3/h 大流量:100m3/h以上,2022/11/20,6,第一章 容积式流量计,返回,第一节 测量原理第二节 容积式流量计的特性第三节 容积式流量计的 选型、安装、使用,精度高（比速度式），主要用作计量,2022/11/20,7,容积式流量计主要用来测量不含固体杂质的液体，如油类、冷凝液、树脂和液态食品等粘稠流体的流量对于高粘度介质的流量，其他流量计很难测量，而容积式流量计却能精确测量，精度可达0.2%。常用的容积式流量计有椭圆齿轮流量计、腰轮（罗茨）流量计、活塞式流量计、刮板式流量计、圆盘式流量计、湿式气体流量计及皮囊式流量计可用来测量气体流量。,202

4、2/11/20,8,第一节 测量原理,经测量元件将流体连续不断地分割成固定体积的单元流体，根据测量元件的动作次数得到总量。即容积分界法。,V0 固定体积;N 测量元件的转数;k 与流量计结构有关的系数。,返回,转子式容积流量计刮板式容积流量计活塞式容积流量计其他：膜式、湿式,2022/11/20,9,返回,一、转子式容积流量计(根据转子的不同),返回,1、椭圆齿轮流量计（用在小管径）,椭圆齿轮流量计,下一页,适合中、小流量测量，测量范围为3l540 M3/h, 口径为10250mm。可测液体，准确度0.2 0.5 。,图a位置，P1 P2 ，A为主动轮，B为从动轮；,图b位置，A、B均为主动轮

5、；,图c位置，B为主动轮，A为从动轮；,2022/11/20,10,允许微小颗粒通过，测量范围0.12500 m3h；口径为16500mm。可测液体或气体。,体积大、笨重，维修不便，压损较大，运行中有震动。,返回,上一页,下一页,准确度可达0.1 0.5 ，可作为标准流量计。,2、腰轮流量计（中、大管径）,2022/11/20,11,3、双转子流量计,返回,上一页,在压差作用下，三齿转子与四齿转子产生旋转运动，被测流体被分割成“螺旋状液块”体积，随转子转动经计数后排出计量室。,因为安装于两转子轴上齿轮的啮合转动使转子之间始终保持适当间隙，则转子能平稳同步转动。,适用:-29232、动力粘度10

6、00mPaS的大流量（142000M3/h，口径40400mm，一般在80口径、40M3/h以上使用）液体计量，准确度为0.1、0.2、0.5级。,下一页,2022/11/20,12,4、螺杆流量计,适用液体计量。动力粘度0.6200mPaS、1.2250 M3/h流量范围，口径40150mm，准确度为0.2、0.5级。,返回,上一页,2022/11/20,13,二、刮板式容积流量计(比转子式精度高) 东北管线,返回,1、凸轮式刮板流量计（长输管线原油）,下一页,2022/11/20,14,2、凹线式刮板流量计,返回,3、弹性刮板流量计,上一页,2022/11/20,15,三、活塞式容积流量计

7、（长输管线上没有）,返回,2022/11/20,16,第三节 流量计的选型、 安装和使用,返回,流量计的选型流量计的安装和使用,2022/11/20,17,一、流量计的选型,返回,一般 qcom= 50 80%qmax,1. 根据被测介质的性质 (气、液体，腐蚀性、粘度等）和工作条件（温度、压力等）选择流量计的材质和类型；对于原油、高温水或化学液体，一般用不锈钢材质；原油的石油产品用铸钢、铸铁；轻微腐蚀的介质采用铜合金。 500平方mm/s 运动粘度 米平方秒、毫米平方秒 动力粘度 帕斯卡每秒、毫帕每秒低于一定黏度，测量不准确。,2. 流量范围的选择 根据被测流量大小（不是按管径）, 选择流量

8、计的测量范围和量程比;,2022/11/20,18,3.压力和温度温度升高，若超过使用温度，热膨胀，卡死,实测最大流量为上限流量的80，留有余量，延长仪表的使用寿命。,基本产品（不是耐高温的）一般120，6.4MP。厂家会根据使用材料的不同给出使用温度。,2022/11/20,19,二、容积式流量计的安装和使用,返回,1. 可水平或垂直（大口径不宜）安装，要设旁路；,流量计前须加装过滤器，不需直管段;扫除介质中杂质，要求单相介质；过滤器底部有排污阀，定期打开排污。,气液两相流体，入口前应安装消气器进行气液分离；介质为液体，加装消气器；气体，加水吸收器。,4. 注意流向正确；,5. 安装之前，管

9、线应清扫。（新安装的和维修以后的管线）因为容积式流量计要求介质清洁，有杂质易卡死，尤其是转子式的。蒸汽扫线时，严禁经过表体。,2022/11/20,20,容积式流量计一般都是体积比较大，比较笨重，安装在水平管线上。过滤器、集气器，安装在流量计的上游。检修时打开旁路，生产不停。但走旁路时流量不能测了，现在很多用计量撬，几路并联，不影响测量。,2022/11/20,21,少数口径较小的也允许安装在垂直管线上，流向从下往上，且安装在旁路管，防止主管道上杂质进入流量计。,2022/11/20,22,6.定期维护，如过滤器的情况 由于介质的不同，可能定期清洗前发生堵塞。采取的方法：在过滤器前后安装两个压

10、力表，当前后差压超过一定值时，判断是否需清洗。或者安装差压计，直接测差压.,差压正常时不会很大，在过滤器堵死时，前后差压很大，则差压计超量程了，因此用差压计按理说和安装两个压力表同原理，但实际不保险。,2022/11/20,23,第二章 节流式流量计,返回,概述第一节 测量原理第二节 标准节流装置,2022/11/20,24,概 述,返回,一、组成,1. 节流装置 （节流元件、取压装置）,2. 引压管路,q P,P差压计,3. 差压计（差压变送器）,测得P,二、流量计设计标准,原用标准：GB2624 81,现用标准：GB/T2624 93,流量测量节流装置的设计安装和使用 国家仪器仪表工业总局

11、上海自动化仪表研究所,2022/11/20,25,第一节 测量原理,测量原理 流量方程,返回,2022/11/20,26,一、测量原理,返回,动压能（流速）与静压能（压力）转换的原理。,流体流经节流元件将q P ，通过测量P来进行流量测量。,流体流经节流元件压力变化,2022/11/20,27,D 管道直径；d 节流元件开孔直径。,据质量流量的定义，令,二、流量方程,下一页,返回,对理想流体，由能量守恒方程：,根据流体连续性方程可得,（3-2-7）,1. 不可压缩流体,（一）理论方程,2022/11/20,28,能量守恒（伯努力）方程：, 等熵指数。,2. 可压缩流体,下一页,上一页,返回,经

12、整理得：,（3-2-12）,（3-2-15）,流体密度与压力的关系：,可膨胀性系数,1 节流元件前流体密度。,2022/11/20,29,（二）实际流量公式,引入C值修正实际流量与理论流量的差异，则流量公式为：,下一页,上一页,返回,C流出系数。无量纲数，由实验方法按下式得到：,雷诺数Red 临界值Rek ，C趋于常数。,Rek ,测量时必须保证流量计工作在大于Rek的区域。,1.实际流量公式,1 节流元件前的流体密度,流出系数,不同节流元件和不同取压方式其C值不同。,2022/11/20,30,同理可得体积流量实用公式：,2. 实用流量公式,上一页,返回,实际工程应用时，将流量公式采用下列形

13、式：,kg/h,d mm;P Pa;1 kg/m3,(3-2-25a),(3-2-26a),流量系数,m3 /h,2022/11/20,31,第二节 标准节流装置,标准节流元件取压方式标准节流装置的管道、 安装和使用条件压力损失,返回,2022/11/20,32,一、标准节流元件,1、孔板,2、喷嘴,3、文丘里管,返回,标准节流装置：,按标准条件和数据设计、加工、 制造和安装的节流装置，无需进行标定，可直接用于流量测量，其误差不会超出规定的流量不确定度。,标准节流装置包括节流元件和取压装置。,2022/11/20,33,返回,孔板,2022/11/20,34,ISA 1932喷嘴,下一页,返回

14、,2022/11/20,35,长径喷嘴,上一页,返回,2022/11/20,36,文丘里管,下一页,返回,上、下游取压口应做成单独管壁取压口形式，由均压环将几个取压口连接起来。,2022/11/20,37,文丘里喷嘴,上一页,返回,上游取压位置必须是角接取压，下游的喉部取压，由引到均压环的至少四个单独钻孔取压口组成。,2022/11/20,38,1. 角接取压,紧贴节流元件前后端面取压。,适用于孔板、ISA1932喷嘴。,2. 法兰取压,（1）环室：用于400mm以下 管径,（2）单独钻孔：,距离孔板前后端面各1吋处取压。,3. D-D/2取压（径距取压）,距离节流元件前端面各D和D/2处取压

15、。,返回,适用于孔板、长径喷嘴。,二、取压方式,仅适用于孔板。,2022/11/20,39,角接取压,返回,2022/11/20,40,法兰取压,返回,下一页,2022/11/20,41,（1）孔板采用角接取压，法兰取压，D-D/2取压三种方式。,（2）ISA 1932喷嘴和文丘里喷嘴上游采用角接取压，下游则各有不同；长径喷嘴采用D-D/2取压。,（3）文丘里管的取压方式另有规定。,返回,各种取压方式，水平管路取压位置均如图3-2-53所示。,归纳,上一页,2022/11/20,42,可测可压缩或不可压缩流体；流体须是牛顿、单相流体。,安装示意图,（1）直管段长度。经验数据，前8后5（表3-2

16、-3、4）,（2）管束式流动调整器（图3-2-19）,三、标准节流装置的管道、安装和使用条件,返回,1.对流体和流动状态的要求,2. 管道条件,保证管内流体达到紊流状态。,流体要充满管道；不适合脉动流测量；对可压缩流体，节流元件前后压力比应满足 。,2022/11/20,43,安装示意图,返回,下一页,2022/11/20,44,第三章 动压式流量计,返回,概述第一节 靶式流量计第二节 皮托管和均压管,2022/11/20,45,流体在管道中流动时，根据能量守恒定律，有：,为动压力。测出动压力或者作用在阻力体上的作用力，可知流速，则得到流量。,动压式流量计的种类有：靶式流量计、挡板流量计、动压

17、管流量计、皮托管等。,概 述,返回,2022/11/20,46,第四章 变面积式流量计,返回,概述第一节 测量原理第二节 工作特性及刻度换算,2022/11/20,47,概 述,返回,2022/11/20,48,第一节 测量原理,工作原理远传式转子流量计,返回,2022/11/20,49,流体作用在浮子上有3个力：,流体的动压力,Vf 、Af 、f分别为浮子体积、最大截面积、密度。,当浮子处于平衡时：,一、工作原理,下一页,返回,浮子本身的重力,浮力,2022/11/20,50,通过环形面积的流速为：,设环形流通面积为A0,流量系数。,A0与高度h之间的关系为：,上一页,（3-4-9）,返回,

18、工作原理,2022/11/20,51,二、远传式转子流量计,采用不锈钢锥管，利用磁耦合特性，将转子高度变化转换为标准信号。,远传式转子流量计,返回,2022/11/20,52,第五章 流体振动式流量计,返回,第一节 涡街流量计第二节 旋进漩涡流量计第三节 特点及使用,2022/11/20,53,第一节 涡街流量计,测量原理频率的检测方法,返回,2022/11/20,54,St 斯特罗哈尔(Strouhal)系数；u发生体两侧平均流速；d旋涡发生体的迎流面最大宽度。,一、测量原理,返回,下一页,垂直于流体方向插入非流线形柱状物，流速达到某一数值时，其下游两侧会交替产生方向相反的漩涡，称涡街(Vo

19、rtex Street) 。,当满足 h/l=0.281 时，涡街保持稳定。单侧漩涡频率与流速的关系：,流体自然振动。,2022/11/20,55,K流量计系数，脉冲数/ m3,漩涡发生体,当管道和旋涡发生体尺寸一定，K为常数，测得旋涡频率f ，即可知流量。,返回,上一页,对于圆柱发生体，dD0.3时，流通截面积可近似为,（3-7-4）,2022/11/20,56,二、频率的检测方法,漩涡发生体,返回,因产生旋涡一侧的静压大于不产生旋涡一侧的静压，两侧形成P ，经导压孔引起检测器空腔内流体移动，交替对热电阻丝产生冷却作用，改变其阻值。电阻的变化与旋涡频率相对应。,2022/11/20,57,第

20、六章 其它流量计,返回,第二节 叶轮式流量计第三节 电磁流量计第四节 超声波流量计,2022/11/20,58,第二节 叶轮式流量计,测量原理涡轮流量计特点及使用,返回,2022/11/20,59,测量原理,返回,动量矩守恒：管路内安装一个可绕轴转动的阻力体，流体通过与阻力体时产生碰撞，形成动量矩使阻力体转动，转动角速度随流量大小而变。,有切线式和轴流式两种结构：,2022/11/20,60,涡轮流量计是一种速度式流量仪表它具有测量精度高, 反应快及耐压高等特点。一、涡轮流量计,1.结构,涡轮：叶片由高导磁材料制成；,导流器：流体到达涡轮前先导 直，支承涡轮；,磁电感应转换器：产生与叶片 转速

21、成正比的电信号；,壳体：非导磁材料制成；,前置放大器：放大磁电感应转 换器输出的微弱电信号。,下一页,上一页,返回,2022/11/20,61,2. 工作原理,J涡轮的转动惯量；d/dt涡轮角加速度；T推动转动的旋转力矩；Ti阻碍旋转的各种阻力矩。,（3-6-1）,下一页,上一页,阻力矩：流体阻力矩T1 机械摩擦阻力矩T2 电磁系统阻力矩T3,由动量矩守恒原理，涡轮的运动方程为,即:,流量恒定时: d/dt=0，则 T =T1 + T2 + T3,涡轮以角速度作匀速旋转。,流量变化时: d/dt0，涡轮作加速或减速旋转。,经一段时间又会出现新稳态。,稳态方程,返回,2022/11/20,62,

22、根据各阻力矩、旋转力矩的理论计算及实验证明，带入稳态方程可得流量与角速度的关系：,（3-6-10）,1 与电磁力矩T3有关的系数；2 与机械摩擦阻力矩T1、T2有关的系数； 流量系数，与仪表结构、介质流动状态、粘度等有关，一定范围 内为常数。,上一页,当qv大于某值后，因1、2均较小，可近似线性,（3-6-11）,流量与脉冲频率的关系为：,下一页,测量原理,返回,=2f/Z,Z叶片数,因为,2022/11/20,63,二、特点及使用,（一）特点,1. 精确度高，0.10.5%。可作准确计量仪表。,2反应迅速，可测脉动流量，线性。,3输出频率信号，抗干扰能力强。,（二）使用注意事项,成本高、寿命

23、短。适用于低粘度介质的流量测量（轻质油、气体）原油管线上看不到，成品油和输气管线,上一页,1. 要求流体洁净，流量计前应加过滤装置，设旁路。,2应水平安装。前、后直管段应10D、5D以上。,3切忌引入高速气体。,返回,西气东输管线，测气体，用的涡轮流量计和超声波流量，涡轮流量计比超声波流量计精度高，但涡轮的有磨损，2年的使用寿命，轴需定期润滑。,4. 测量范围宽，10：140：1中大口径，6：15：1小口径。,2022/11/20,64,三、涡轮流量计的安装,（1）涡轮流量计应水平安装,进出口处前后直管段应不小于15D和D。 变送器与前置放大器之间的距离不超过3m。 流量计的表体上有箭头，安装

24、方向与流向一致。（2）变送器应安装在不受外界电磁场影响的地方,否则在变送器的磁电感应转换上加设屏蔽罩。（3）新装或维修后的管线，必须扫线后安装流量计。扫线时要将流量计摘掉，安一段直短管，替代流量计的小段。 西气东输，安装急，扫线没扫干净，过滤器堵塞，差压计测时被打坏，应摘掉流量计重新扫。（4）定期润滑。有免润滑的涡轮流量计，成本高。实际现场管线上都需要润滑，按说明书定期用润滑油，注入轴与轴承之间。,2022/11/20,65,第三节 电磁流量计,测量原理特点及使用,返回,2022/11/20,66,一、测量原理,返回,电磁感应。,Ex感应电势；B磁感应强度；D管道内径；u垂直于磁力线方向的液体

25、流速；C比例系数，即单位换算系数。,k仪表常数。,磁场励磁方式：直流励磁、交流励磁或方波励磁等。,2022/11/20,67,二、特点及使用,要求被测液体的电导率510-6 Scm，不宜测量气体、蒸气以及石油制品等电导率很小的液体流量。,1. 压损小, 可测含固体颗粒、悬浮物或腐蚀性等介质；,2. 输出与流量线性关系,且不受液体物理性质影响；,3. 测量范围宽。量程比可达100:1，口径12000mm，精 度可达0.5级；,4. 反应速度快，可测量脉动流和正、反两向流。,缺点：使用温度为020O，压力 6.4MPa；,返回,上一页,易受外界电磁场干扰的影响，必须有良好的屏蔽措施。,2022/1

26、1/20,68,第四节 超声波流量计,传播速度法多普勒法特点,返回,精度上不占优势，但可实现非接触测量,国外6070年代成批量投入工业使用，国内起步晚，90年代。,2022/11/20,69,超声波流量计 可用于测量任何液体流量,尤其适用于测量腐蚀性液体,高粘度液体和非导电液体的流量。同时,也可用于测量大口径管道的水流量或各种水渠,河流,海水的流速和流量。,2022/11/20,70,一、传播速度法,返回,流体静止与流动时超声波的传播速度不同，与流速有关。,声波从发射器T1、T2到接受器R1、R2所需的时间分别为,因为c2 u2,测量超声波脉冲顺流和逆流传播的时间差。,当超声波传播方向与管道轴

27、线成角时,下一页,时差法,数量级10-5S，灵敏度低。,2022/11/20,71,返回,2022/11/20,72,三、特点,非接触式测量不干扰流场，无压损；不受介质特性的影响，可用于各种介质测量；夹持式可作移动测量；尤其适用大管径 。,测量精度(0.53)%（测量值）。,返回,2022/11/20,73,四、超声波流量计的安装及使用注意事项,1.超声波换能器在管壁外安装之前，要对管道进行预处理。 管壁有保温层的去保温层，有漆的去漆，凹凸不平的外壁用砂纸磨平（砂平），防止安装上换能器后，与管壁有空隙，则发射波时，先碰到空隙的气体，折射厉害，有可能声波过去的能量少，接收不到。2.在水平管道上安装时，换能器避免安装在顶部或底部。底部可能有杂质，顶部可能有气体，最好安装 在与管道水平轴线45度角的位置。3.夹装式换能器安装时，应该避免管道的焊缝、连接处等。,2022/11/20,74,返回,上一页,下一页,2022/11/20,75,返回,上一页,下一页,2022/11/20,76,返回,上一页,