尿素流量計的優(yōu)點及設(shè)計選型時考慮因素

摘要：介紹了尿素流量計主要的優(yōu)點和不足；工程設(shè)計中需要考慮的主要因素，主要是從被測介質(zhì)的電導(dǎo)率，被測介質(zhì)的溫度，當(dāng)被測液體為酸、堿、鹽等高腐蝕性介質(zhì)時的情況，當(dāng)被測液體為臟污流 (兩相，漿液等) 介質(zhì)時的情況，工藝介質(zhì)的流速，大口徑時尿素流量計的選擇，工藝管道材質(zhì)，安裝儀表的工藝管道段的敷設(shè)位置等方面進(jìn)行考慮；并介紹了現(xiàn)場應(yīng)該如何接地；*后列舉了二個選型應(yīng)用實例。
尿素流量計的工作原理是根據(jù)法拉*的電磁感應(yīng)定律，它由流量傳感器和轉(zhuǎn)換器兩部分組成。廣泛應(yīng)用于測量能導(dǎo)電液體或液固兩相介質(zhì)的體積流量，也大量用于各種酸、堿、鹽等高腐蝕性、易結(jié)晶的溶液的流量，當(dāng)然也可用于純水、污水等相對簡單的導(dǎo)電介質(zhì)的流量，是一種應(yīng)用非常廣泛的流量測量儀表。
1、尿素流量計的優(yōu)點
(1) 傳感器沒有阻礙流體流動的節(jié)流件，不會堵塞，非常適合用在含有固體顆粒、結(jié)晶物、泥漿或污水等的測量。
(2) 沒有附加壓力損失，對于管道壓力不高或不允許降低管道壓力降的情況非常適用，在大口徑測量中節(jié)約泵的能耗更加明顯。
(3) 僅測量管襯里和電*與被測介質(zhì)接觸，易選用相應(yīng)材料測量腐蝕性及磨蝕性介質(zhì)。用于各種酸、堿、鹽等高腐蝕性、易結(jié)晶的溶液的流量測量有很大的優(yōu)勢。
(4) 是一種真實的體積流量測量儀表，儀表系數(shù)不受流體組分及物性參數(shù)(密度、粘度)、工作狀態(tài)(壓力、溫度)及電導(dǎo)率變化(只要在閾值以上)等的影響，它可在一種典型介質(zhì)(一般為水)下校準(zhǔn)，而用于其他介質(zhì)(液體)時無需附加修正。
(5) 測量范圍大，量程比一般大于10∶1，*高可達(dá)100∶1。流速范圍一般為1～6m/s，也可擴(kuò)展到0.5～10m/s。
(6) 儀表口徑系列齊全，可從幾毫米到幾米(目前已有3m產(chǎn)品)。對于大口徑還可采用探頭型(或叫插入式)。
(7) 安裝方便，可水平、垂直或傾斜任意角度安裝，對上游側(cè)直管段長度要求較低(一般從電*中心至上游側(cè)阻流件距離只要5倍管徑)，下游側(cè)只要3倍管徑。
2、尿素流量計的不足
(1) 不能用于低導(dǎo)電率液體，如石油制品、有機溶劑等，亦不能測量氣體、蒸汽以及含有較多鐵磁性介質(zhì)或大量氣泡的液體。
(2) 由于內(nèi)襯材料和電絕緣材料的溫度限制，不能用于較高溫度工況；如未采取特殊處理，因測量管外結(jié)霜，也不能用于低溫介質(zhì)測量。
3、工程設(shè)計中需要考慮的主要因素
3.1 被測介質(zhì)電導(dǎo)率
尿素流量計測量的流體必須是導(dǎo)電的，一般只要電導(dǎo)率超過閾值，即使變化也不影響測量值，但低于閾值將會增大測量誤差；通常要求液體電導(dǎo)率不小于5μS/cm，去離子水電導(dǎo)率不小于20μS/cm。
3.2 被測介質(zhì)溫度
尿素流量計一般只能用于工藝介質(zhì)溫度不高于180℃的場合。選型時，要根據(jù)被測工藝介質(zhì)的溫度范圍，選擇測量管內(nèi)襯材料及傳感器線圈的漆包線的耐溫等級。常用測量管襯里材料有聚四氟乙烯(PTFE)，適用溫度范圍-40～+180℃；氯丁橡膠(Neoprene)，適用溫度＜65℃；聚氨酯橡膠(Polyurethane)，適用溫度＜65℃；
3.3 當(dāng)被測液體為酸、堿、鹽等高腐蝕性介質(zhì)時因為尿素流量計僅測量管襯里和電*與被測介質(zhì)接觸，所以只要選好這兩者的材質(zhì)即可。耐酸、堿等強腐蝕性介質(zhì)的襯里常選用聚四氟乙烯(PTFE)，耐磨損類如礦漿、結(jié)晶類介質(zhì)的襯里可選用聚氨酯橡膠(Polyurethane)。對于電*材質(zhì)的選擇，一般可查有關(guān)防腐蝕手冊，對于混酸等成份復(fù)雜的介質(zhì)，應(yīng)做掛片試驗。
3.4 當(dāng)被測液體為臟污流(兩相，漿液等)介質(zhì)時
(1)當(dāng)介質(zhì)含有固體顆粒時，水平安裝易使下半部內(nèi)襯及電*磨損嚴(yán)重，這時選用垂直安裝較好；襯里要選用高耐磨性材料，如陶瓷或聚氨酯橡膠；電*則采取一些結(jié)構(gòu)措施以防磨損漏液。
(2)測量會在管壁附著和沉淀的物質(zhì)的流體時，應(yīng)注意電*的污染。可選用刮刀式、可更換式。管壁的附著則可用提高流速以起到自清洗作用，或采取比較方便易清洗管道的連接方法。
(3)含有非磁性顆粒或纖維的固液兩相流時，如漿液擦過電*表面會產(chǎn)生尖峰噪聲，使信號不穩(wěn)，可選用市電交流激磁或雙頻激磁儀表。
3.5 工藝介質(zhì)的流速
儀表口徑是根據(jù)管道內(nèi)平均流速而定的，通常選用與管道相同的口徑或略小些。一般工業(yè)輸水管道經(jīng)濟(jì)流速為1.5～3m/s，易粘附沉積結(jié)垢物質(zhì)則提高到3～4m/s或更高，礦漿等磨蝕性強的為2～3m/s。尿素流量計的液體流速范圍可在1～10m/s之間選用。原理上，上限流速并沒有限制，滿度流量的流速下限一般為1m/s，有些產(chǎn)品為0.5m/s，低于此流速，從測量準(zhǔn)確度出發(fā)應(yīng)改用小管徑，以異徑管連接到管道。但加裝異徑管要注意壓力損失的問題。圖1為流量計口徑、流速與流量關(guān)系的曲線圖，計算儀表口徑時可參照。

3.6 大口徑時尿素流量計的選擇
尿素流量計按安裝形式可分為管道式和探頭式。一般優(yōu)先選用管道式尿素流量計；當(dāng)工藝管徑較大且考慮設(shè)備費用時，或安裝時不允許管道停流的情況下，可選用探頭式尿素流量計(精度可達(dá)0.5級)。
(1) 探頭式可裝配球閥，可在管道不停流情況下拆、裝，利于儀表的在線安裝和維護(hù)。
(2) 探頭插入深度只需很短，對管道阻力小。一般在直管段足夠長時，采用平均流速點測量法，這種方法的測量精度基本不受雷諾系數(shù)變化的影響，探頭的插入深度僅為R=0.121D；當(dāng)直管段較短時，一般采用中心流速點測量法，插入深度R=0.5D(其中D為管道直徑)。
3.7 工藝管道材質(zhì)
若連接儀表的管道是(相對于被測介質(zhì))金屬導(dǎo)電性的，不需要接電環(huán)，若是絕緣性的，則要用接地環(huán)，可用普通型，它的材質(zhì)應(yīng)與被測介質(zhì)的腐蝕性相適應(yīng)。若被測介質(zhì)是磨損性的，則宜選用帶頸接地環(huán)，以保護(hù)進(jìn)、出口端的襯里，延長使用壽命。
3.8 安裝儀表的工藝管道段的敷設(shè)位置
尿素流量計的安裝形式可分為三種：一體型、分離型和潛水分離型(IP68)。一般情況選用一體型，它將流量計的傳感部分和轉(zhuǎn)換部分(表頭)裝于一體，便于安裝使用；當(dāng)管道敷設(shè)的位置較高不便觀察或安裝在環(huán)境差的場合，可采用分離型，分離長度一般不超過30m；當(dāng)傳感器需要安裝在井下、水下的被測現(xiàn)場管道上時，需要選用潛水分離型。
4、接 地
為了使尿素流量計不受外界寄生電勢的干擾，傳感器應(yīng)有良好的單獨接地線，接地電阻＜10Ω。接地方法要根據(jù)廠家的資料或技術(shù)人員指導(dǎo)認(rèn)真執(zhí)行，常規(guī)的接法是：
(1) 當(dāng)尿素流量計安裝在已接地的金屬管道上，通過尿素流量計變送器上的接地端子實現(xiàn)系統(tǒng)電勢平衡，即通過截面積不小于6mm2的銅芯電線連接至接地端子上。
(2) 當(dāng)尿素流量計安裝在未接地的金屬管道上，2個法蘭均通過截面積不小于6mm2的銅芯電線與管道法蘭相連接，并接地；將變送器或傳感器接線盒連接至接地端子上，實現(xiàn)系統(tǒng)電勢平衡。
(3) 當(dāng)尿素流量計安裝在塑料管道或帶絕緣內(nèi)襯的管道上，通過附加接地環(huán)實現(xiàn)系統(tǒng)電勢平衡，接地環(huán)通過截面積不小于6mm2的銅芯電線連接至接地端子上。
5、應(yīng)用實例
5.1 管道式尿素流量計在93%濃硫酸中的應(yīng)用
工況條件如表1所示。

選型情況：*先，根據(jù)管線尺寸、操作流量和操作密度值，可算出操作情況下的流速為：0.53m/s。這個值比較小，至少要縮徑至流速值為1m/s以上，試選用DN65的流量計，可算出流速為：1.26m/s，這個值合適，故通徑縮二檔選用DN65檔。由于管徑不大，管道敷設(shè)位置也不特殊，故選用一體型管道式尿素流量計。根據(jù)介質(zhì)的腐蝕性和操作溫度，可選擇電*材質(zhì)為哈氏合金B(yǎng)，襯里材質(zhì)為PTFE。
5.2 探頭式尿素流量計在高含鹽廢水中的應(yīng)用
工況條件如表2所示

選型情況：根據(jù)管線尺寸、操作流量和操作密度值，可算出操作情況下的*小流速為：0.56m/s，*大流速為：1.32m/s。由于*小流速運行的情況很少，這個流速范圍基本能滿足尿素流量計的測量范圍要求。由于管徑較大，考慮到費用問題，選用探頭式尿素流量計。由于流量計要安裝在室外儀表井內(nèi)管道上，故選用潛水分離型(IP68)尿素流量計，專用連接電纜10m，變送器安裝在地面1.4m高的2'管上。根據(jù)介質(zhì)的腐蝕性和操作溫度，可選擇儀表本體材質(zhì)為304SS，電*材質(zhì)為316LSS，襯里材質(zhì)為PTFE。
6、結(jié) 論
尿素流量計因其獨特的優(yōu)點，在石化行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。設(shè)計選型時需要考慮的因素，除了上面介紹的主要因素，還有儀表的防爆等級、防護(hù)等級，工藝連接法蘭標(biāo)準(zhǔn)、壓力等級、供電電壓、儀表精度等。另外，做好現(xiàn)場安裝和現(xiàn)場接地也是提高尿素流量計準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性的重要因素。

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