1　前　言
　　某(mou)造紙廠(chang)年産1.5×105t本(běn)色商品(pǐn)木漿工(gōng)程,其制(zhi)漿生産(chan)線🐆現場(chang)流量測(ce)量儀表(biao)多數采(cai)用電磁(ci)流量計(jì)。
　　經過四(si)年的運(yun)行,在連(lian)蒸系統(tǒng)中,監測(cè)連續蒸(zhēng)煮轉💯送(sòng)循環流(liú)量的電(diàn)磁流量(liàng)計,因工(gōng)作環境(jing)條件惡(e)劣(壓力(lì)1200kPa、溫度160℃、介(jie)質腐蝕(shi)等),引起(qǐ)電磁流(liú)量傳感(gǎn)器襯裏(lǐ)聚四氟(fú)乙烯的(de)損壞,緻(zhi)使轉送(song)循環儀(yí)👨‍❤️‍👨表無法(fǎ)運行,工(gong)藝人員(yuán)隻能憑(píng)經驗操(cāo)作。當流(liú)量低于(yú)一定值(zhi)時,容易(yì)引🌈起轉(zhuǎn)送管道(dao)的堵塞(sai),導緻整(zheng)條設備(bei)線停🙇🏻機(ji)。
2　解決思(si)路
　　由于(yú)進口電(diàn)磁流量(liàng)計價格(gé)昂貴,到(dao)貨周期(qī)長,而國(guó)内同口(kǒu)✨徑的電(diàn)磁流量(liàng)計的技(ji)術指标(biao)達不到(dao)特定工(gōng)作環境(jìng)💘的要求(qiu);據故障(zhàng)技術分(fen)析,原先(xiān)的進口(kǒu)電🏃‍♀️磁流(liu)量計(正(zheng)常運行(hang)時♌間累(lei)計不滿(man)兩年)也(ye)是因無(wú)法适應(yīng)特定環(huán)境的檢(jiǎn)測工作(zuò)🌐而損壞(huài)的。爲了(le)盡快解(jie)決生産(chan)上的難(nan)題,采用(yòng)🛀了小口(kou)徑電☎️磁(cí)流量計(jì)測量分(fèn)流支管(guan)流量的(de)辦法,目(mù)前國内(nei)電磁流(liú)量計無(wú)法同時(shi)滿足高(gāo)溫、高壓(ya)、耐腐蝕(shi)、大通♋徑(jing)的技術(shu)要求。
　　電(diàn)磁流量(liang)計的測(cè)量原理(li)是基于(yu)法拉第(dì)電磁感(gǎn)應定律(lü)✔️。即:導💁電(diàn)液體在(zai)磁場中(zhōng)作切割(ge)磁力線(xiàn)運動時(shí),導體中(zhōng)産♈生感(gan)㊙️應電壓(yā),其㊙️感應(yīng)電壓爲(wei):
U=kB`nD
式中:
k———儀(yi)表常數(shù);
B———磁感應(ying)強度;
`n———測(ce)量管截(jie)面内的(de)平均流(liú)速;
D———測量(liàng)管的内(nei)直徑。
　　測(cè)量流量(liàng)時(圖1),流(liu)體流過(guò)垂直于(yú)流動方(fang)向的磁(cí)場,導電(dian)性流體(ti)的流動(dong)感應出(chū)一個與(yǔ)平均流(liu)速(亦即(jí)體積流(liú)量)成正(zhèng)比的電(diàn)壓(因此(ci)要求被(bei)測的流(liú)動液體(tǐ)具有最(zui)低限度(dù)的電導(dǎo)率),其感(gǎn)應電壓(ya)信号通(tōng)過二個(gè)與液體(ti)直接接(jiē)觸的電(dian)極檢出(chu),并通過(guo)電纜傳(chuán)💋送至放(fàng)大器,然(ran)後轉換(huàn)成統一(yi)輸出信(xìn)号。

　　已(yi)知正常(cháng)運行時(shí),原轉送(sòng)循環的(de)設定流(liu)量範圍(wéi)爲0～QTL/s(下标(biāo)1表示主(zhǔ)🏃‍♀️管,下标(biao)2表示支(zhi)管,下标(biāo)T表示總(zong)管),這時(shí)對應👅輸(shū)出的标(biāo)準信号(hao)爲4～20mADC,該信(xin)号經送(song)往DCS(集散(san)控制系(xì)統)運♍算(suan)後,顯示(shì)在操作(zuò)監視器(qi)上爲🏃🏻‍♂️0～QTL/s的(de)流量。若(ruo)設計的(de)分流支(zhi)管中的(de)最大流(liu)量Q2和主(zhu)管的流(liu)量Q1之和(he)🏃🏻爲轉送(song)循環總(zǒng)管最大(dà)流量QTL/s,那(na)麽可以(yǐ)通過設(shè)定支🏃‍♂️管(guan)電磁流(liú)量計的(de)量程爲(wèi)0～QTL/s,則其對(dui)應的輸(shu)出标準(zhun)信号也(ye)爲4～20mADC,經DCS運(yun)算後,顯(xian)示在操(cāo)作監視(shi)器上的(de)流量範(fàn)圍還是(shì)0～QTL/s,不影響(xiang)工藝🌈人(ren)員的正(zhèng)常操作(zuò)(圖2)。
3　管路(lù)設計及(ji)儀表選(xuan)型

　　雖然(rán)流量控(kòng)制閥不(bu)是安裝(zhuang)在并聯(lian)管路的(de)主管上(shang),但可參(can)考并聯(lián)管路中(zhōng)的工作(zuo)流量特(tè)性:
X=Q全開(kai)/Qmax
式中:
Q全(quán)開———主管(guǎn)控制閥(fá)全開時(shi)通過的(de)流量;
Qmax———工(gōng)藝總管(guǎn)流體通(tong)過的最(zuì)大流量(liang)。
　　假設主(zhu)管上裝(zhuāng)有一個(ge)常全開(kai)的流量(liàng)控制閥(fa)。系數X值(zhí)🔱主要🧑🏽‍🤝‍🧑🏻反(fan)映理想(xiǎng)流量特(tè)性畸變(biàn)的嚴重(zhòng)程度。理(lǐ)想流量(liang)🔞特性主(zhǔ)要是指(zhi)閥的前(qián)、後壓差(cha)恒定時(shí),流體通(tong)過閥門(men)的流量(liang)🐅與開度(dù)㊙️之間的(de)關系,理(lǐ)想流量(liàng)特性主(zhǔ)要取決(jué)于閥芯(xīn)的形狀(zhuang),分爲線(xian)性、對數(shù)、快開、抛(pāo)物🌈線四(sì)種。目前(qián),該工藝(yì)總管🔆所(suǒ)用流量(liàng)控制閥(fá)的理想(xiǎng)🔅流量特(te)性是對(dui)數型,因(yīn)爲這與(yu)轉換器(qi)輸出信(xin)号欲與(yǔ)被控變(bian)量(流量(liang))Q成正比(bi)及負荷(hé)(産量)變(bian)化有關(guan)。當X=1時㊙️,即(jí)旁路閥(fá)全關,控(kòng)制閥的(de)工作流(liu)量特性(xing)與理想(xiǎng)流量特(te)性相同(tong)。随X值的(de)減小,雖(sui)然控制(zhi)閥本身(shen)的流量(liàng)特性曲(qǔ)線沒有(you)變化,但(dan)管路系(xì)統的可(ke)控比将(jiāng)大大降(jiàng)低,洩漏(lòu)量增大(dà);另外,實(shi)際系統(tǒng)總是同(tóng)時存在(zai)❤️串聯管(guan)路阻力(lì)的影響(xiǎng),其閥上(shang)壓🌈差随(suí)流量的(de)增加而(ér)降低,使(shi)得系統(tǒng)的可控(kòng)比進一(yi)步下降(jiang)。導緻控(kòng)制💯閥實(shí)際可調(diao)的變化(huà)流量範(fàn)圍更小(xiǎo),甚至不(bu)起控制(zhì)㊙️作用。所(suǒ)以,控制(zhì)閥并聯(lián)于管路(lu)這種工(gōng)作方式(shi)不好(注(zhu)意:我這(zhè)裏僅是(shi)假設,實(shi)際的流(liu)量控制(zhi)閥安裝(zhuāng)在工藝(yi)總管上(shang)⭕)。設計中(zhōng),一般要(yao)求X值不(bu)應低于(yu)0.8,即旁路(lu)流量最(zui)多隻能(neng)占總流(liu)量的百(bǎi)分之十(shí)幾。
　　已知(zhī)工藝總(zong)管内徑(jìng)dT爲300mm,正常(chang)運行時(shí),轉送循(xún)環設定(dìng)的最大(da)流⭐量QT爲(wei)260L/s,可求得(de)正常流(liu)速VT。
總管(guan)流速:

  考(kǎo)慮到目(mu)前工藝(yì)生産能(neng)力才達(dá)到80%左右(you),還有預(yu)期擴大(dà)生⭕産等(deng)✊因素,故(gu)假設今(jīn)後正常(cháng)運行時(shí),分流支(zhi)管最大(da)流量Q2爲(wèi)5L/s,流速V2爲(wèi)3m/s,那麽支(zhī)管管路(lu)設計尺(chi)寸爲:

　　選(xuan)用直徑(jìng)爲58×4.0mm的無(wú)縫鋼管(guǎn)作爲支(zhi)管管路(lu)。參考有(yǒu)關電磁(ci)流量💛計(ji)選型設(shè)計資料(liào),最後選(xuan)用分體(ti)式電磁(cí)流量計(ji),傳感器(qi)型号爲(wèi)AE205G-CS2-ESJ/ECG(DN50PN25Tmax=180℃陶瓷襯(chen)裏),采用(yòng)如圖3的(de)分流支(zhi)管測量(liàng)流量。
4　核(he)定量程(cheng)
　　由于電(diàn)磁流量(liang)轉換器(qì)的量程(chéng)适應範(fàn)圍廣,新(xin)工程剛(gang)上馬,流(liu)🌈速處于(yu)較低的(de)狀态,當(dāng)後期工(gong)程上去(qù)後💚,管内(nèi)♈流速就(jiu)處于較(jiao)高狀态(tài),隻要在(zài)現場更(gèng)改儀表(biǎo)的滿量(liang)程就能(neng)适應,不(bú)需要更(geng)換儀表(biǎo)。因此,要(yào)設定支(zhī)管電磁(cí)流量計(ji)的♋量程(cheng),必須知(zhi)道經過(guò)支管的(de)流速V2,而(er)V2爲未知(zhi),但我們(men)知道,并(bing)聯管路(lu)除遵循(xún)質量守(shou)衡、能量(liàng)守衡的(de)原則外(wai),還受各(gè)支管的(de)流動阻(zǔ)力(内摩(mo)擦力)必(bì)相等這(zhe)一條件(jian)的約束(shu),即:
∑hf1=∑hf2=…=∑hfn=∑hf (1)
　　因此(ci),主管及(jí)支管中(zhōng)的摩擦(cā)阻力必(bì)須服從(cóng)式(1)的規(guī)⭐律,即:
∑hf1=∑hf2或(huo)

式中:
hf———1kg流(liu)體流動(dong)時爲克(ke)服摩擦(cā)阻力而(er)損失的(de)能量,J/kg;
L、Le———直(zhí)管的長(zhang)度及管(guan)件的當(dang)量長度(du),m;
V———速度,m/s;
d———圓(yuán)管内徑(jing),m;
λ———摩擦系(xì)數,無因(yin)次。
　　已知(zhi)主管内(nei)徑d1爲300mm的(de)鋼管輸(shū)送156℃的蒸(zheng)煮液,在(zai)3000mm長的一(yī)段主管(guǎn)路✊上并(bìng)聯了一(yi)根内徑(jìng)d2爲50mm的鋼(gang)管,其上(shang)裝有電(dian)磁流量(liàng)計,45°彎☔頭(tóu)2個(選用(yong)45°彎頭的(de)目的是(shi)避免主(zhǔ)管流速(sù)太高時(shí),支管産(chǎn)生逆向(xiàng)環流;或(huo)主管流(liu)速太低(dī)時,支管(guan)可能沒(méi)有流量(liàng)),切斷閥(fá)2個(設置(zhì)手動旁(páng)路切✊斷(duàn)閥的主(zhu)要目的(de)在于當(dang)電磁流(liu)量計發(fa)生故障(zhàng)時切斷(duan)旁路,便(biàn)于檢修(xiu),保證工(gong)藝過程(chéng)繼續進(jin)行)。管道(dào)中輸送(sòng)的蒸煮(zhu)液(大部(bù)分爲循(xún)環利用(yòng)的稀黑(hei)液),經化(hua)驗得知(zhi),其密度(dù)ρ爲🔴1088kg/m3,粘度(du)μ爲0.003Pa·s。
根據(ju)質量守(shou)衡定律(lǜ)QT=Q1+Q2,則
總流(liu)量:QT=(π/4)d12v1+(π/4)d22v2
260×10-3=(3.14/4)×0.32v1+(3.14/4)×0.052v
支管(guǎn)内流速(sù):v2=132.48-36v1(3)

　　取管壁(bì)粗糙度(dù)ε1=0.3mm(舊管),ε2=0.1mm(新(xin)管),故由(yóu)相對粗(cu)糙度ε/d及(jí)雷諾準(zhǔn)數Re即🏃可(ke)查出λ,但(dan)查λ時又(you)要有v的(de)數值,故(gu)無法查(cha)λ值,此時(shi)可以采(cǎi)用試差(chà)計算法(fa):根據實(shi)踐經驗(yàn),在管道(dào)常用的(de)速度範(fàn)圍,假設(she)一個合(hé)适的流(liu)速,從而(er)可以算(suan)出Re值,然(ran)後從摩(mó)擦系數(shu)與Re數及(jí)相對粗(cū)糙度間(jian)的關系(xì)圖中查(chá)❤️出λ,用式(shì)(2)計算⛹🏻‍♀️∑hf,先(xiān)算出∑hf2作(zuò)爲參照(zhao)值,最後(hòu)根據式(shì)(3)及式(2)求(qiú)算∑hf1,若算(suàn)出∑hf1=∑hf2,則說(shuō)😘明所設(shè)的v值合(hé)适,否‼️則(zé)再另設(shè)v值,重複(fú)上述計(ji)👣算,直至(zhi)算出的(de)∑hf1=∑hf2爲止。
假(jiǎ)設v2=0.32m/s,由式(shi)(3)算出
v1=(132.48-v2)/36=3.67(m/s)
根(gen)據Re=dvρ/μ,求得(de):
Re1=(0.3×3.67×1088)÷0.003=399296
Re2=(0.05×0.32×1088)÷0.003=5803
主管、支(zhi)管的相(xiàng)對粗糙(cao)度爲:
ε1/d1=0.3/300=0.001
ε2/d2=0.1/50=0.002
由(yóu)此,查得(dé)λ1=0.0206,λ2=0.0386。
　　下步計(ji)算閥門(men)、管件的(de)當量長(zhǎng)度。因主(zhǔ)管、支管(guan)的Re值均(jun)👈大于4000,流(liú)型均屬(shǔ)于湍流(liu),可從管(guǎn)件與閥(fa)門的阻(zu)力系數(shù)與當量(liang)長度數(shu)㊙️據表中(zhong)查得:
45°彎(wān)頭　　0.85m
全開(kai)截止閥(fá)　15m
總當量(liàng)長度　∑Lei=0.85×2+15×2=31.7(m)
直(zhí)管長度(du)　3m
傳感器(qì)測量管(guǎn)阻力系(xì)數　ξ2=0.02(廠家(jiā)提供),因(yīn)此:

=1.39(J/kg)
　　由計(jì)算結果(guo)知,∑hf1≈∑hf2,所以(yi)選用支(zhī)管流速(su)v2=0.32m/s是合适(shi)的。
根據(ju)Q=(π÷4)d2v,求得:支(zhi)管流量(liang):
Q2=(3.14÷4)×0.052×0.32×1000=0.628(L/s)
所以,支(zhi)管流量(liang)的量程(cheng)應設爲(wèi)0～0.628L/s。
　　最後,通(tōng)過對不(bu)同産量(liàng)下流量(liàng)控制的(de)比對,監(jiān)視器顯(xian)示的流(liú)量與實(shi)際流量(liàng)變化趨(qu)勢一緻(zhi),這說明(ming)了對支(zhi)管流量(liang)量💃程的(de)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼核定是(shi)比較理(li)想的。
5　保(bǎo)護措施(shī)
　　爲了延(yan)長電磁(cí)流量計(ji)的使用(yong)壽命,把(ba)分流支(zhi)管中流(liú)📧體的溫(wēn)度🔞降低(di)20～30℃,這雖然(ran)會引起(qǐ)流體粘(zhān)度和密(mì)度的一(yi)定變化(hua),對流速(sù)産生影(yǐng)響,但這(zhè)個影響(xiǎng)很小,在(zai)🈲實際流(liu)量測量(liang)中可以(yi)忽略。降(jiang)溫後的(de)流體彙(huì)入總管(guan)時,對工(gong)藝參數(shù)的影響(xiang)也可以(yi)忽略。支(zhī)管中流(liu)體🐆溫度(dù)降低20～30℃,這(zhe)📐對電磁(ci)流量計(ji)來說,其(qi)工作環(huán)境大大(da)改善。在(zai)安裝電(dian)磁流量(liàng)計時,在(zai)前直管(guǎn)段上套(tào)上一🤩根(gēn)直徑100mm的(de)管子,制(zhi)🏃成單程(chéng)套管式(shi)換🔆熱器(qi)(圖3),使電(dian)磁🔴流量(liàng)計的使(shi)用壽命(mìng)得到延(yán)長。
6　結束(shu)語
　　由于(yú)進口設(she)備、表計(jì)價格昂(ang)貴,到貨(huò)周期長(zhǎng)。從價格(ge)上考慮(lü)對于大(dà)口徑電(dian)磁流量(liàng)計,口徑(jing)越大,價(jia)格越高(gao)。而采用(yong)小口徑(jing)、陶🚶‍♀️瓷襯(chèn)裏的電(diàn)磁流量(liang)計,不僅(jin)可🈲以使(shi)儀表運(yun)行在較(jiao)好的工(gong)作狀态(tai)下,還可(ke)降低儀(yi)表的投(tou)資🧑🏾‍🤝‍🧑🏼費用(yong)。

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