摘要:随着(zhe)現代工業自動化(huà)生産工藝對管道(dào)流體測量穩定性(xìng)和精準性提出的(de)的要求,一種新型(xing)多孔平衡流量計(ji) 應運而生,文章介(jie)紹多孔平衡流量(liang)計的工作原理,通(tong)過對流量計在鹽(yán)行業使用過程中(zhong)發生的兩起案例(li)深刻分析,闡明選(xuan)用平衡流量計需(xū)注意的事項,爲同(tong)行業相同工藝制(zhi)定運✨行指導數據(jù)、開展設備維修提(tí)供借鑒參考。
1引言(yán)
　　随着現代工業自(zì)動化生産工藝對(duì)管道流體測量穩(wěn)💁定👣性和🔱精準性提(ti)出的更高要求，一(yi)種新型多孔🐪平衡(heng)流量計應運而生(shēng)，它由美國航空航(háng)天局馬歇爾航空(kōng)飛行中心設計。作(zuo)爲第三代節流裝(zhuang)置,多孔平衡流量(liang)計簡稱平衡流量(liàng)計,它将流體測量(liàng)精度⭕、重複性、可靠(kao)性推到了一個前(qián)所未有的高度,廣(guǎng)泛☂️應用于石油✍️、化(hua)工、冶金、電力、天然(rán)氣、水處理等行業(ye)👄。多孔平衡💋流量計(jì)設備性💁能良好,但(dàn)在設計選型及設(shè)備安裝時需注意(yì)細節處理，否則影(ying)✔️響性能發揮。
2多孔(kong)平衡流量計的工(gōng)作原理
　　多孔平衡(heng)流量計是一種差(cha)壓式測量儀表,其(qí)工作原理與其他(ta)差壓流量計--樣,都(dou)是基于密封管道(dào)中✌️的能量轉換原(yuan)理。在理想流體的(de)情況下管道中的(de)♻️流量與差壓的🎯平(ping)方根成正比,再用(yong)測🏃🏻‍♂️量出的差壓代(dài)人伯努利方程即(ji)💋可計算出管道中(zhōng)的♻️流量,如圖1所示(shi)。
 
　　節流器原理是在(zài)常規的孔闆節流(liu)闆中心一個圓孔(kǒng)💃的基礎上結合多(duō)孔節流器的特點(diǎn),組成對稱分布擁(yong)有數量不等的👌函(han)數孔，當介質流過(guò)圓孔時,流體被平(ping)衡調整，渦流被最(zui)小化❌，形成近似理(lǐ)想流體，通過取壓(ya)裝置和變💛送器,可(kě)獲得穩定的♊差壓(ya)信号♌,如圖2所示。
 
　　将(jiāng)測得的差壓信号(hào)代人以下簡易公(gong)式,即可測算出理(lǐ)想狀态下被測流(liú)體流量;
 
式中:
qm一介(jiè)質流量(kg/h);
K一儀表常(chang)數;
Ɛ一流體流束膨(peng)脹系數;
△P一所測差(cha)壓值;
ρ一介質密度(du)(kg/m3)。
　　多孔平衡流量計(ji)實現了流場平衡(héng)整流最佳效果,将(jiang)測量常規中的死(si)區效應降到最低(di)，節流件前後産生(sheng)的渦流也有較大(dà)程度降低。在測量(liang)理想狀态下的流(liú)體時,對直管段的(de)要求也大大降低(dī),雜物滞留現象基(jī)本消除。永久壓力(li)損失由于渦流減(jian)少降💃低爲常規節(jiē)🌈流裝置的1/3,量☎️程比(bǐ)擴展到10:1。它采用的(de)無⁉️銳角設計，提高(gao)了産品使用壽✨命(ming)。
　　多孔平衡流量計(jì)的優異表現，獲得(de)大家的一緻認可(kě)并在工業📱領域得(de)到廣泛應用。但是(shì),在實際使用過程(cheng)中，也⛱️會遇到一些(xiē)問題造成測量數(shù)據異常，影響工藝(yì)✂️操作。下面就實際(jì)應用中的兩起多(duō)孔平衡流量計運(yun)行異常情況進行(hang)分析。
3多孔平衡流(liu)量計應用中測量(liang)異常的案例分析(xi)
3.1案例一
　　新建鹽鈣(gai)聯産項目2020年投人(rén)試生産，鹽鈣生産(chǎn)工藝分爲NaCl與2H2O.CaCl2兩個(gè)産品生産系統,均(jun)沿用傳統的蒸發(fā)制♉鹽工藝。該套工(gōng)藝裝置采用多孔(kong)平衡流量計(3台)測(ce)量低壓蒸汽進汽(qi)量,正🤟常運行時,理(li)論.上蒸汽流量應(yīng)滿足A=B+C。其中A流量計(ji)爲總管進汽流量(liang)計;B流量計與圖中(zhong)控制閥♊之間有一(yī)套😘自動控制調節(jiē)氣量閉環🥵程序,定(ding)量控制⭐調節系統(tǒng)進汽量用以實現(xiàn)供氣的穩定性;C流(liú)量計出口設計有(yǒu)一台開關閥,閥門(mén)設有✂️中停功能,運(yùn)行時固🔞定開度使(shǐ)用。A、B流量🔴計口徑與(yu)現場低壓主蒸汽(qi)管道口徑同爲DN800,流(liú)量計型号爲MBF4(非貿(mao)🍉易型)。
由于試生産(chan)階段2H2O.CaCl2生産系統暫(zan)未開啓,C流量計狀(zhuang)态💞爲0,理論.上流⁉️經(jīng)A、B的蒸汽流量數據(jù)應保持一緻。但實(shí)際上A與B兩台流量(liàng)計所測量數據并(bing)不一緻,流量無規(gui)律性波動,極不穩(wěn)定,B流量計的閉環(huán)🐕程序由于數據波(bō)動過大無法投入(rù)運行。由🌂于鹽鈣項(xiàng)目屬全國😘首套(石(shi)膏晶種)2H2O.CaCl2生産裝置(zhi)🌈,在國内還沒有可(kě)以借鑒的經驗,能(néng)源🏒消耗的準确度(dù)對指導運行生産(chǎn)👌就顯得十分重要(yao)，盡快解決問題已(yǐ)迫在眉睫。
3.1.1設備現(xiàn)場及故障現象.
　　 多(duo)孔平衡流量計的(de)管道介質蒸汽來(lái)自動力車間分氣(qì)缸(如🎯圖3所示),主管(guǎn)道經過沿路8m高的(de)支架爬升至車間(jian)廠房30m高的樓頂,再(zai)由樓頂直管段引(yin)入NaCl與2H2O.CaCl2各🥰系統。經查(chá)驗流量計安裝嚴(yán)格♌按照設計院的(de)設計⚽要求，滿足✍️直(zhí)管段前3DN後1DN的距離(li)要求。
 
　　 流體檢測是(shi)采用一體式非貿(mao)易型多孔平衡流(liu)量計,通❤️過差壓信(xìn)号進人DCS系統程序(xu)搭建的數學公式(shì)中計😘算,原則上A與(yǔ)B兩台流量計的測(cè)量結果應完全相(xiàng)等。而實際系統試(shì)運行中,随🈚着流量(liang)🔞計管路上調節閥(fa)的開👅關動作,兩台(tái)流量計📐測量數據(jù)會出現不規律的(de)變化🔞。檢測記錄所(suǒ)顯示的流量與動(dòng)力車間分氣缸出(chu)口流量數據也存(cun)在較大差異。
3.1.2産生(sheng)異常的原因分析(xi)及解決方案
　　 鹽鈣(gai)項目DCS控制系統采(cai)用和利時的MACS6.5系統(tǒng)，蒸汽流量采⛱️用qm=Kε√AP/ρ計(jì)算。經🍓過分析,溫壓(yā)補償不足是導緻(zhi)測量不穩定☁️的原(yuan)因之一。現場工況(kuang)壓力爲0.5MPa,介質溫度(du)爲150℃左右。設計時未(wei)考慮采集溫度和(hé)❓壓力信号且管道(dào)上也未安裝溫度(du)和壓力的采集裝(zhuāng)置。現場在管道.上(shang)👣采用新增壓力變(biàn)送器和熱電阻,安(ān)裝原則是前溫🤞後(hòu)壓，然後通過✏️系統(tong)内所配備的計算(suan)模塊:(STEAMCOMP水蒸氣流量(liàng)補償、理想氣體流(liu)量補償)将采集到(dào)的新的壓力溫度(dù)信号與流量計自(zi)身的差壓信号一(yī)并引人,進行溫壓(yā)😄補償。結果顯示,測(cè)量數據變化呈現(xian)一-定的規律性,但(dàn)不穩定性依然存(cun)在。調整未取得預(yu)想✊的效果。通過DCS系(xi)統自帶計算模塊(kuài)同時引人溫壓補(bǔ)償信号所搭建的(de)數學模型也無法(fǎ)正确測量流量;
 
式(shì)中:
qm一質量流量,kg/h;
C一(yī)流出系數;
β一-管徑(jing)比;
Ɛ一被測介質可(kě)膨脹系數;
d-孔闆開(kāi)孔直徑,m;
△P一差壓，Pa;
ρ一(yī)工作狀态下介質(zhì)密度，kg/m3。
　　将式(2)中所有(yǒu)系數當作常數後(hou)的簡化得(1)式(Qm=Kε√AP/ρ),由于(yú)儀表系數K不一🥵定(ding)是一個不變常數(shu),積算儀通過将K值(zhí)設置最多分成🆚8段(duan)進行分斷計算，用(yòng)來提高測量數據(jù)的精度。
　　待設備安(ān)裝到位投人使用(yòng)後，所測蒸汽流量(liang)開始出現以下三(san)種比較有規律性(xing)的波動。
3.1.2.1當閥門開(kāi)度在14%左右時，管道(dào)流量約在90t/h時，上述(shù)兩台流❓量計的流(liú)量能達到一-緻,此(cǐ)時管道内介質流(liu)通量似乎達到相(xiàng)對的平衡狀态。
3.1.2.2當(dāng)調節閥開度從14%開(kai)始增加時,理論上(shàng)兩台流量計的流(liú)🚶量應同比例增大(da)流量數據，但是現(xiàn)場卻出現A流量計(ji)流量增加量要略(luè)低于B流量計。
3.1.2.3當調(diao)節閥開度從14%開始(shǐ)減少時，理論上兩(liang)台流量計❄️的流量(liàng)因同步降低,但是(shì)此時A流量計的流(liú)量明顯增高較大(dà),隻有B流量計的流(liu)量減少。
3.1.3原因剖析(xi)及技術改造
現象(xiàng)一:由于調節閥安(ān)裝在兩台流量計(ji)中間，當調節🤩閥在(zài)14%的時🔴候,A流量計的(de)工作壓力在正常(chang)工況範圍的💃0.4MPa,通過(guo)新增的壓力變送(song)器所測數據顯示(shì)，此時流量計B的工(gong)作壓力由于閥[]變(biàn)徑的阻礙作用,實(shi)際工作壓力隻有(you)0.16MPa。但是B流量計的設(she)計額定工況壓力(li)🐪也是0.4MPa。此時實際上(shang)B一直未能達到自(zì)身額定工況，雖然(ran)測量出一⛷️個數據(ju)剛好和A達🌈到一緻(zhi),通過經驗判斷可(kě)能是巧合。
現象二(èr):當閥門]從14%開至17~19%時(shí),由于閥廣開度的(de)增加,閥門]後端B流(liú)💰量計的蒸汽總管(guǎn)壓力升高較爲明(ming)顯,達到了0.25MPa。由于B流(liú)量計此時的🤩工況(kuàng)壓力變化很大，幾(jǐ)乎翻倍,所以此時(shí)B流量計測量數據(jù)增幅也很大。而A流(liú)量計由于一直處(chu)在額定工況,且壓(ya)力變化不大，所以(yi)A流量計增幅不大(da)。
現象三:當閥門從(cóng)14%關至9%時,由于閥門(mén)開度減少,閥廣]後(hou)蒸♊汽總💔管壓力下(xià)降至0.09MPa左右，B流量計(jì)此時工況已經低(dī)至根本無法正常(chang)測量數據的地步(bu),反而A流量計由于(yu)受到閥♈[]關閉影🔴響(xiang),A流量計蒸汽⭐總管(guǎn)壓力上🤟升較爲明(míng)🛀🏻顯，已經升至0.458MPa。此時(shi)蒸汽流通平衡被(bèi)打破，原本可通過(guò)的蒸汽受到閥門(mén)開度減小的影響(xiǎng)受💛阻,在閥門與💜A流(liú)量計之間形成渦(wō)流，受渦流影響,已(yǐ)計量過的蒸汽在(zài)流量計♻️上反複流(liú)通再次計量,造成(chéng)了A流量計流量數(shù)據大幅增加。
通過(guò)三種現象的分析(xi),問題根源均與流(liu)量計中間安裝的(de)調🧡節閥有關。工程(chéng)技術部門]提出技(jì)改意見:重新定位(wei)⭕調節閥本體和流(liú)量計的安裝位置(zhì),同時增加流量測(ce)量點的壓力與溫(wēn)♻️度檢測。
　　通過現場(chǎng)踏勘确定,将調節(jiē)閥從30m高的樓頂移(yí)至21m高，與溫度、壓力(li)、流量表計重新定(dìng)位安裝(如圖4所示(shi)),消除調節閥💋開啓(qi)對管道壓力的影(yǐng)響。改造後試運行(hang)生産,觀察新裝❄️壓(yā)力變送器的數據(jù)顯示，可确定兩💯台(tái)流量計所處的管(guan)道内的壓🧑🏾‍🤝‍🧑🏼力均爲(wèi)額📞定工作壓🈲力,無(wú)論調節閥如何調(diao)節,兩台流量計的(de)管道壓力都在同(tong)步變化中。多孔平(ping)衡流量計投人試(shì)使用後,流量數據(ju)🥵不受閥廣]調節影(yǐng)響,A和B流☁️量計測量(liàng)保持一緻,工藝穩(wen)定,問題得到徹底(dǐ)解決。
 
3.2案例二
　　二次(ci)冷凝水回收工程(cheng)屬鹽鈣項目輔助(zhu)工程，用以回收鹽(yan)🐅系🌈統🌏一次、二次蒸(zheng)汽冷凝水循環利(li)用。在該🌈工藝🏃🏻系統(tong)管道上安🔅裝的多(duo)孔平衡流量計，與(yǔ)案例一出現了相(xiang)似的故障，測量數(shu)據無規律變化且(qiě)不準确。
3.2.1設備現場(chang)及故障現象
　　如圖(tú)5所示，在冷凝水U型(xíng)管低點設計安裝(zhuang)了一台多孔平衡(héng)流📐量計，用于測量(liàng)管道回收的冷凝(ning)水量。安裝至♊U型管(guan)的低點，理🧑🏽‍🤝‍🧑🏻論上是(shì)最佳測量位置，原(yuán)則上也滿足多孔(kong)平衡流量計所要(yào)求的安🈲裝直管尺(chi)寸。但在使用過程(cheng)中頻繁出現數據(jù)測量不準，數據時(shí)有時無現象。
 
3.2.2産生(sheng)異常原因分析及(jí)解決方案
　　此工程(chéng)按照設計要求，鹽(yan)鈣系統蒸汽用量(liang)爲120t/h，滿負荷🐆生産時(shi)冷凝水出水率應(ying)爲70%左右，回收流量(liang)約爲80t/h。此冷凝水回(huí)收管管徑爲DN250，當水(shui)從高處管流向U型(xíng)管段時，理論上水(shui)❓流經U型管低點管(guan)段應❌該是滿管狀(zhuang)态，故流量🔴計安裝(zhuāng)位置符合要求。
　　因(yīn)系統處于試生産(chǎn)期間，鹽鈣蒸汽使(shi)用量僅爲40t/h左右，産(chan)生的冷凝水量也(ye)不穩定，冷凝水泵(beng)經常出現🧡泵不上(shàng)水🤟的情況。從泵到(dào)流量計之間有300m左(zuǒ)右的管道，且大部(bù)分管道在6m高管架(jià)上，泵水輸送存在(zai)間歇，會在管道🔞内(nèi)形成較大的沖擊(jī)🤟震蕩。由于水流量(liàng)不🌈足導緻從6m的管(guan)架高處向低處流(liu)時的自由落體速(sù)度大于此時管道(dao)内水的流速，在U型(xíng)管内形成氣泡，當(dāng)氣泡流經垂直安(an)裝的流量計差壓(ya)取壓孔處，導緻所(suǒ)測差壓連續被中(zhong)斷。參考公式；Qm=Kɛ√ΔP/ρ，由于(yu)K、ρ、ɛ都是常數，差壓ΔP成(cheng)爲了流量測量的(de)重要決定性參數(shù)。
　　通過對工藝現場(chang)認真分析得出，理(lǐ)論上該U型管的最(zui)低段都🚶‍♀️是滿管狀(zhuang)态，但是當工藝生(sheng)産在非滿負😘荷或(huo)☎️更低的生🏃産狀态(tai)時，氣泡現象就在(zài)所難免。爲⭐了将氣(qi)泡因素👅影響降至(zhi)最低，工程技🥰術部(bù)門提出改變多孔(kǒng)✨平衡流量計的安(ān)裝方式，安裝位置(zhì)不變🚩，但取壓口及(jí)冷凝水罐從水平(píng)安裝調整爲斜向(xiàng)下🧡45°安裝。改造後使(shi)用效果顯示，流量(liang)測量數據穩🛀定且(qie)有規律的變化，運(yùn)行數月未見異常(cháng)狀況發生。
4應用案(an)例分析總結
　　結合(hé)以上兩個案例的(de)分析技改，可以看(kan)出多孔平衡流🌐量(liang)💛計設備性能的良(liang)好發揮與諸多因(yīn)素相關，在實際應(ying)用中，我們要綜🈲合(hé)考慮、全面衡量，将(jiāng)影響因素降💚至最(zui)低。
4.1充分考慮安裝(zhuāng)位置選擇對流量(liàng)測量的影響
　　當測(ce)量介質爲蒸汽或(huò)水時，要考慮管道(dào)長度、管道壓力及(jí)管道内流體雜質(zhì)的影響，安裝方式(shì)首選斜向下45°角度(du)。在測量蒸汽介✉️質(zhì)流量時，溫壓補償(cháng)的投用、管道額定(ding)壓力的确保、疏水(shuǐ)閥的安🔴裝均有助(zhù)于☂️流量測量的穩(wěn)定精🔴準。同時，U型🐪管(guan)的氣泡😘渦流需充(chōng)🔱分考慮，從使用經(jīng)驗來看，U型管中的(de)垂直下降管和🏃低(dī)點位直管均不是(shì)安裝位置，而上升(shēng)管段或者斜管段(duan)在管壓作用下，可(ke)産生更好的⛹🏻‍♀️測量(liang)穩定效果。
4.2充分考(kǎo)慮設計工藝與實(shi)際工況的差異影(ying)響
　　案例一多孔平(ping)衡流量計所測數(shu)據異常是由多重(zhong)☎️因😍素導緻，筆者通(tong)過長時間現場觀(guan)察、比對實測數據(jù)，提出了解決問題(tí)的辦法。考慮到算(suan)式2中的大部分常(chang)數都是廠家特定(dìng)的，設備出廠都進(jin)行過數據校驗，而(er)實際工況中大多(duo)數被測流體并不(bu)是理想💔狀态中的(de)流體，應用在測量(liàng)蒸汽流量💯時受外(wai)界幹擾影響的因(yīn)素比較大。所以，筆(bǐ)🔴者認爲，設計此類(lèi)流量計時，應充分(fèn)考慮工藝管道的(de)應用狀況、管道介(jiè)🔞質特性對設計進(jin)行優化。如案例一(yī)中設計提供的非(fēi)貿易型流量計、進(jìn)汽👨‍❤️‍👨調節閥🚶‍♀️的安裝(zhuang)位置、溫壓補🌂償的(de)缺項均不利于實(shí)際👨‍❤️‍👨生産，需對比實(shí)際運行進🐪行調整(zheng)。
5結束語
　　多孔平衡(héng)流量計相較于傳(chuán)統節流裝置有着(zhe)無可比拟的優點(diǎn)，多個函數孔徑的(de)設計能最大限度(dù)地🔱将流場平衡整(zheng)流成理想流體，從(cong)而充分發揮差壓(yā)💯式流量計的優勢(shi)。多孔🔆平衡流量計(jì)因其獨特的性能(neng)、較高的穩定性和(he)測量精度，以及較(jiao)強的适應性，廣泛(fan)适用于多種工藝(yi)場合。

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