如何选择流量仪表

如何选择流量仪表

影响流量仪表的因素较多，原理有10余种，类型不少于200多个。有人对美国现场千余台流量仪表进行了调查，发现其中60%所选择的方法不太合适，即使方法合适，又有约一半以上在安装和布局上有问题

毛新业，美国Air Monitor 公司中国代表处技术顾问，高级工程师，流量仪表专家

影响流量仪表的因素较多，原理有10余种，类型不少于200多个。有人对美国现场千余台流量仪表进行了调查，发现其中60%所选择的方法不太合适，即使方法合适，又有约一半以上在安装和布局上有问题，正确选择并非易事。归纳起来选择流量仪表取决于以下六个因素：

一、仪表技术参数

选择的依据首先是工艺对流量仪表的技术要求，如：

1）总量、流量

总量（单位为m3或kg），多用于贸易核算，准确度是首位。

流量（瞬时量单位为m3/h，kg/h），多用于流程工业是控制系统的信息源头，重复性常是首位。

2）连续，开关

一般仪表的输出为连续量，而开关量可用于简单的二位式控制，或设备保护，要求可靠性良好。

3）准确度

准确度不仅取决仪表本身，还取决于校验系统，是外加特性。要说明在什么流量范围内的准确度，如用于控制系统还应考虑与整个系统准确度相匹配。

注意：厂家注明的误差是%Fs（上限）；还是%R（测值）。

4）重复性

重复性是指环境条件介质参数不变时，对某一流量值多次测量的一致性，是仪表本身的特征。

不少厂家把重复性误导为准确度，准确度应由重复性与标定装置的流量不确定度两部分组成。

5）量程比，在一定准确度范围内，最大与最小流量之比。

差压式流量仪表，从仪表本身可以有较大量程比，因受二次表制约，一般只有3:1。

6）压力损失

流量仪表（除电磁、超声）都有检测件（如孔板、涡轮……），以及强制改变流向（如弯头、科氏）都将产生不可恢复压力损失，它将额外增加了输送的动力，才能维持正常运行，有些仪表永久压缩很可观，在历行节能的今天应引起重视。

7）输出信号

一般为标准的模拟信号（0-10V，4~20mA等）已不能适应系统发展要求。

通讯要求数字信号，Rosemount推出了HART协议，RS232/RS485转换器，RS232限于2Km以内，RS485可达10km。

8）响应时间

输出信号随流量参数变化反应的时间，对控制系统来说短越好；对脉动流则希望有较慢的输出响应。

9）综合性能

仪表的性能指标是相互制约的，如样本中压力上限为2mpa；温度为250℃，口径为1m；则当口径为1m时，压力可能只能为1.5mpa，温度只能是200℃，不可能同为极限值。

二、流体特性

1）流体类型：液体、气体，还是蒸汽，有些仪表如电磁不能测电导率太低的流体；插入热式则不能测液体。

2）温度、压力、密度，是选择仪表提供的重要参数，特别是在工况下的参数，对于气体流量还应了解其体积流量是工作状态、还是标准状态。

3）粘性：液体粘性相差较大会影响选型，如粘性大的液体宜用容积式流量计，而不宜选用涡轮、浮子、涡街等流量计。

4）腐蚀、结垢、脏污：这类流体，不宜选用有转动件及有检测件的仪表。即使对于超声、电磁这种流量计，也会因腐蚀管道带来误差。如口径50mm，结垢0.5~1mm，将带来0.5~1%的误差。

5）特殊参数：某些流体参数会影响仪表的工作，如压缩性系数影响差压式；比热及热传导系数影响热式；电导率影响电磁；声速影响超声。

6）单、多相

相是指在一个系统中具有相同的物理、化学性质的物质，不同的相有较明显的界面，通常工业中大多为单相，随着工业的发展出现了多相流（气固、气液、液固或气固液）等的流量测量问题。


三、流动的状态

与许多物理参数（如压力、温度、物位、成分）不同的是流量必须以流体流动为前提，没有流动就不存在流量。

1）满管、非满管。一般流体均应充满管道，但当液体流量较小，管道又处于水平时，则可能出现非满管流动，大多数流量仪表都无法解决，目前电磁已有非满管流量计型号。

2）层流、紊流。反映流体在管道中流动的状态，影响流量系数的大小，当Re＜2320时为层流，仅有很少情况如流体粘性大，管道小，流速低才会出现层流，工业中多为紊流。

3）封闭、明渠。流程工业中多为封闭管道。

4）充分发展紊流。流量仪表多为速度型，即管内流速分布影响流量系数，所以要求流量仪表应安装在一种特定的充分发展紊流中。只要仪表前具有30倍管径长度即可取得。

5）脉动流，流体中任一参数（流速、温度、压力、密度）随时间变化的流动，易产生误差，应附加设备去掉脉动流准确进行测量。


四、安装

流量仪表常由于安装不当无法正常工作，如方向装反、流速分布不理想，引压管中出现二相，环境恶劣，缺少必要的附件……

1）管道的布局。有些仪表如浮子式只能安装在垂直管道上；而有些为避免流体的重力只能装在水平管道上；而流体中含有固体颗粒又不宜安装在水平管道上。

2）流向。流量仪表中绝大多数不能反向安装。

3）直管段长度。除浮子、容积、科氏外，都要求仪表前后有较长的直管段，以节流装置及测点速的插入式仪表要求高（达30~50D）。

4）管径。不少流量仪表管径范围较窄，限制了选用，可采用变径管弥补，但要注意变径后仍应处于仪表的正常工作范围，应避免流速过小，输出太弱；流速过高、强度受损的情况。

5）维护空间。应具有必要的装卸、维护空间。

6）配件。针对某一仪表，应考虑安装必要的配件，如流动调整器、过滤器、气体分离器、阻尼器……等等。


五、环境

流量仪表应避免安装在以下环境。

1）高温。流量仪表的检测部分无法避开，则应使变送器部分远离高温区。

2）振动。在压缩机、定排量泵、振荡伐门后，不能安装涡街、漩进、科氏等流量计。

3）粉尘。仪表的变送器应远离或加防护罩。

4）腐蚀。潮湿，如无法避闭应选用耐蚀材料做仪表壳体。

5）防爆易燃。应增加仪表的防爆安全事故，采用气密性外壳及降低电源电压。

6）电磁干扰：仪表在强电磁干扰附近应加装防护罩，以屏蔽电磁干扰。

处于恶劣工作环境，流量仪表的检测仪表难以回避，而二次表（变送器）则不然，此时不宜用一体化仪表。


六、经济性

1）初始购置费。开始与厂商接触时，应注意：①理性对待厂商所宣传的技术指标；②根据需求选用，不要盲目追求高指标。③要注意仪表的制造材料。

2）安装。管径大特别要注意安装中的附加问题，如是否为便于维修加装旁路管道；必要的配件，如过滤器、流动调整器……

3）维修、配件。有些仪表的检测件，转动件易于磨损，腐蚀（如涡轮、容积、孔板）维修量不小。

4）校验。有些仪表工作一段时间后，因腐蚀、磨损，准确度会下降，如用于贸易核算，应定期校验。

5）运行费。流量仪表一般均有永久压损，因此会带来额外的运行费，特别是管径较大时，其年运行费可能数倍于购置费。

6）误差的损失。如用于贸易核算，特别是较贵重的能源、化工原料，应选用精确度高的仪表，否则因误差造成的经济损失，将数倍于购置费。


七、小结

流量仪表的选择，可根据以上六类影响因素，选择大致可按以下程序：



满足同一工艺要求的流量仪表可能不止一种，可以同时做几套方案进行比较。