電磁流量計在分流支管中的應用-江蘇省孝感尼蓝纺织制造有限责任公司

1　前　言
　　某造紙廠(chǎng)年産1.5×105t本色商品(pin)木漿工程,其制(zhì)漿生産線現場(chang)🈲流量⭐測量儀表(biao)多數采用電磁(ci)流量計。
　　經過四(sì)年的運行,在連(lian)蒸系統中,監測(ce)連續蒸煮轉送(sòng)循環流量的電(dian)磁流量計,因工(gong)作環境條件惡(è)劣(壓力1200kPa、溫度160℃、介(jie)質腐蝕等),引起(qi)🌈電磁流量傳感(gan)器襯裏聚四氟(fú)乙烯的損壞,緻(zhì)使轉💛送循環儀(yí)🆚表無法運行,工(gong)🤩藝人員隻能憑(ping)經驗操作。當流(liú)量低于一🐇定值(zhí)時,容易引起轉(zhuǎn)送管道的堵塞(sai),導緻整條設備(bèi)線停機。
2　解決思(sī)路
　　由于進口電(dian)磁流量計價格(ge)昂貴,到貨周期(qi)長,而國内同🈲口(kǒu)徑😍的電磁流量(liang)計的技術指标(biāo)達不到特定工(gong)作環境的要🙇🏻求(qiu);據故障技術分(fèn)析,原先的進口(kǒu)電磁流量計(正(zhèng)常運行時間累(lèi)計🐆不滿兩年)也(ye)是因無法适應(ying)特定環境的檢(jiǎn)測工作而損壞(huai)的。爲了盡快解(jiě)決生産上的難(nán)題,采用🔴了小口(kou)徑電磁流量計(ji)測💰量分流支管(guǎn)流量的辦法,目(mù)前國内電磁流(liu)量計無法同時(shí)滿足高溫、高壓(ya)、耐腐蝕、大通☂️徑(jìng)的技術要求。
　　電(diàn)磁流量計的測(ce)量原理是基于(yu)法拉第電磁感(gǎn)應定律。即:導電(dian)液體在磁場中(zhong)作切割磁力線(xian)運動時,導體中(zhong)産生感應電壓(yā),其感應電壓爲(wèi):
U=kB`nD
式中:
k———儀表常數(shu);
B———磁感應強度;
`n———測(ce)量管截面内的(de)平均流速;
D———測量(liàng)管的内直徑。
　　測(ce)量流量時(圖1),流(liú)體流過垂直于(yu)流動方向的磁(ci)場🍓,導電♊性流✂️體(tǐ)的流動感應出(chu)一個與平均流(liu)速(亦即體積✔️流(liu)量)成正比的🔴電(diàn)壓(因此要求被(bei)測的流動液體(ti)具有最低限度(dù)的電導率),其感(gǎn)應電壓信号通(tōng)過二個與液體(ti)直接接🈲觸的電(diàn)極檢出,并通過(guo)電纜傳送至放(fang)大器,然後轉換(huan)成統一輸出信(xìn)号。
電磁流量計(ji)工作原理圖
　　已(yǐ)知正常運行時(shí),原轉送循環的(de)設定流量範圍(wéi)爲🌍0～QTL/s(下标♈1表示㊙️主(zhǔ)管,下标2表示支(zhi)管,下标T表示總(zǒng)管),這時☂️對應輸(shu)出的标🈲準信号(hào)爲4～20mADC,該信号經送(sòng)往DCS(集散控制系(xì)統)運🤩算後,顯示(shi)在操作監視器(qì)上爲0～QTL/s的流量。若(ruo)設計的分流支(zhī)管中的最大流(liú)量Q2和主管的流(liú)量Q1之和⚽爲轉送(sòng)循環總管最大(dà)流量QTL/s,那麽可以(yi)通過設定支管(guan)電磁流量計的(de)量程爲0～QTL/s,則其對(duì)應的輸出标準(zhǔn)信号也爲4～20mADC,經DCS運(yun)算後,顯示在操(cāo)作監視器上的(de)流量範圍還是(shi)0～QTL/s,不影響工藝💁人(ren)員的正常操作(zuo)✏️(圖2)。
3　管路設計及(ji)儀表選型
電磁(ci)流量計信号轉(zhuan)換示意圖
　　雖然(ran)流量控制閥不(bu)是安裝在并聯(lián)管路的主管上(shàng),但🌈可參考并聯(lián)管路中的工作(zuò)流量特性:
X=Q全開(kāi)/Qmax
式中:
Q全開———主管(guan)控制閥全開時(shi)通過的流量;
Qmax———工(gong)藝總管流體通(tōng)過的最大流量(liàng)。
　　假設主管上裝(zhuang)有一個常全開(kai)的流量控制閥(fa)。系數X值主要反(fǎn)映理想流量特(tè)性畸變的嚴重(zhong)程度。理想📐流量(liang)特性主要是指(zhi)閥的前、後壓差(chà)恒定時,流體通(tōng)過閥門的流量(liang)與開度之間的(de)🌂關系,理想流量(liàng)特性主要取決(jué)于閥芯的形狀(zhuang),分爲線性、對數(shù)、快開、抛物🈚線四(si)種。目前,該工藝(yì)總管所用流量(liàng)控制閥的理想(xiǎng)🌂流量特性是對(duì)數型,因爲這與(yu)💚轉換器輸出信(xin)号欲與被控變(bian)量(流量)Q成正比(bi)㊙️及負荷(産🔴量)變(biàn)化有關。當☎️X=1時,即(ji)旁路閥全關,控(kong)制閥的工作流(liu)量特性與理想(xiǎng)流量特性相同(tóng)。随X值的減小,雖(sui)然控制閥本身(shēn)的流量特性曲(qǔ)線沒有🐅變化,但(dan)管路系統的可(ke)控比将大⭕大降(jiang)低,洩漏量增大(da);另外,實際系統(tǒng)總是同時存在(zài)🌂串聯管路阻力(lì)的影響,其🐇閥上(shang)壓差随流量的(de)增加而降低,使(shi)得系統的可控(kòng)比進一步下✨降(jiàng)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻。導緻控制閥實(shí)際可調的變化(hua)流量範圍更小(xiao),甚至不起控👌制(zhì)⚽作用。所以,控制(zhi)閥并聯于管路(lu)🔴這種工作方式(shì)不好(注意:我這(zhè)裏僅是假設,實(shi)際的流量控制(zhì)🎯閥安裝在工藝(yi)總管上)。設計中(zhōng),一般要求X值不(bú)應低于0.8,即旁路(lù)流量最多隻能(néng)占總流量的百(bai)分之十幾。
　　已知(zhī)工藝總管内徑(jìng)dT爲300mm,正常運行時(shi),轉送循環設定(dìng)的最大📞流量🆚QT爲(wèi)260L/s,可求得正常流(liú)速VT。
總管流速:

考(kao)慮到目前工藝(yi)生産能力才達(da)到80%左右,還有預(yu)期擴大✂️生産⛱️等(deng)因素,故假設今(jīn)後正常運行時(shí),分流支管最♊大(da)流🧑🏾‍🤝‍🧑🏼量Q2爲5L/s,流速V2爲(wèi)3m/s,那麽支管管路(lu)設計尺寸爲:

　　選(xuan)用直徑爲58×4.0mm的無(wu)縫鋼管作爲支(zhī)管管路。參考有(yǒu)關電🏃‍♂️磁🔞流量計(ji)🙇🏻選型設計資料(liao),最後選用分體(ti)式電磁流量計(ji),傳感器型号爲(wei)AE205G-CS2-ESJ/ECG(DN50PN25Tmax=180℃陶瓷襯裏),采用(yòng)如圖3的分流支(zhī)管測量流量。
4　核(hé)定量程
　　由于電(diàn)磁流量轉換器(qì)的量程适應範(fàn)圍廣,新工程剛(gāng)上馬,流速👌處于(yú)較低的狀态,當(dang)後期工程上去(qù)後,管内流速就(jiù)處于較高狀态(tai),隻要在現場更(gèng)改儀表的滿量(liang)程就能💚适應,不(bu)需要更換儀表(biao)📧。因此,要設定支(zhī)管電磁流量計(jì)的量程,必須知(zhi)道經過支管的(de)流速V2,而V2爲未知(zhī)🈲,但我們知道,并(bìng)聯管路除遵循(xún)質量守💛衡、能量(liàng)守衡的原則外(wai),還受各支管的(de)流動阻力(内摩(mo)擦力)必相等這(zhè)一條件的約束(shù),即:
∑hf1=∑hf2=…=∑hfn=∑hf (1)
　　因此,主管及(jí)支管中的摩擦(ca)阻力必須服從(cóng)式(1)的規🥵律🍉,即:
∑hf1=∑hf2或(huò)

式中:
hf———1kg流體流動(dòng)時爲克服摩擦(ca)阻力而損失的(de)能量,J/kg;
L、Le———直管的長(zhang)度及管件的當(dāng)量長度,m;
V———速度,m/s;
d———圓(yuan)管内徑,m;
λ———摩擦系(xi)數,無因次。
　　已知(zhī)主管内徑d1爲300mm的(de)鋼管輸送156℃的蒸(zheng)煮液,在3000mm長的一(yī)段主管路🈚上‼️并(bìng)聯了一根内徑(jìng)d2爲50mm的鋼管,其上(shàng)裝有電磁🈚流量(liang)計,45°彎頭2個(選用(yong)45°彎頭的目的是(shì)避免主管流速(su)太高時,支管産(chan)生逆向環流;或(huò)主管流速太低(dī)時,支管可能沒(mei)有流量),切斷閥(fa)💯2個(設置手動旁(páng)路切✨斷閥的主(zhu)要目的在于當(dang)📐電磁流量計發(fā)生故障時切斷(duàn)旁路,便于檢修(xiu),保證工藝過程(chéng)繼續進行)。管道(dào)中輸送的蒸煮(zhǔ)液(大部分爲循(xún)環利用的稀黑(hēi)液),經化🚩驗得知(zhi),其密度ρ爲✨1088kg/m3,粘度(du)μ爲0.003Pa·s。
根據質量守(shou)衡定律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
支管内流速(su):v2=132.48-36v1(3)
電磁流量計分(fen)流與支管管路(lu)設計圖
　　取管壁(bì)粗糙度ε1=0.3mm(舊管),ε2=0.1mm(新(xin)管),故由相對粗(cu)糙度ε/d及雷諾準(zhun)數Re即可查出λ,但(dàn)查λ時又要有v的(de)數值,故無法查(chá)λ值,此時❄️可以采(cǎi)用試差計算♊法(fa):根據實踐經驗(yan),在管道常用的(de)速度範圍,假設(shè)一個合⛹🏻‍♀️适的流(liu)速,從而可以算(suan)出Re值,然後從摩(mó)擦系數與Re數及(jí)相對粗糙度間(jiān)的關系圖中查(cha)出λ,用式(2)計算∑hf,先(xian)算出∑hf2作爲參照(zhào)值,最後🌂根據式(shi)(3)及式(2)求算∑hf1,若算(suàn)出∑hf1=∑hf2,則說明所設(shè)的v值合适,否🌏則(zé)再另設v值,重複(fú)上述計🍓算,直至(zhi)算出的∑hf1=∑hf2爲止。
假(jiǎ)設v2=0.32m/s,由式(3)算出
v1=(132.48-v2)/36=3.67(m/s)
根(gēn)據Re=dvρ/μ,求得:
Re1=(0.3×3.67×1088)÷0.003=399296
Re2=(0.05×0.32×1088)÷0.003=5803
主管、支(zhi)管的相對粗糙(cāo)度爲:
ε1/d1=0.3/300=0.001
ε2/d2=0.1/50=0.002
由此,查得(dé)λ1=0.0206,λ2=0.0386。
　　下步計算閥門(mén)、管件的當量長(zhang)度。因主管、支管(guan)的Re值均大于🌈4000,流(liu)型均屬于湍流(liú),可從管件與閥(fá)門的阻力系數(shu)與當量長度數(shu)據表中查得:
45°彎(wān)頭　　0.85m
全開截止閥(fá)　15m
總當量長度　∑Lei=0.85×2+15×2=31.7(m)
直(zhí)管長度　3m
傳感器(qì)測量管阻力系(xì)數　ξ2=0.02(廠家提供),因(yīn)此:

=1.39(J/kg)
　　由計算結果(guo)知,∑hf1≈∑hf2,所以選用支(zhī)管流速v2=0.32m/s是合适(shi)的。
根據Q=(π÷4)d2v,求得:支(zhi)管流量:
Q2=(3.14÷4)×0.052×0.32×1000=0.628(L/s)
所以,支(zhī)管流量的量程(cheng)應設爲0～0.628L/s。
　　最後,通(tōng)過對不同産量(liang)下流量控制的(de)比對,監視器顯(xian)示🔅的流量與實(shí)際流量變化趨(qu)勢一緻,這說明(míng)了對支管流量(liang)量程的核定是(shì)比較理想的。
5　保(bǎo)護措施
　　爲了延(yán)長電磁流量計(jì)的使用壽命,把(ba)分流支管中流(liu)體的溫度降低(dī)20～30℃,這雖然會引起(qi)流體粘度和密(mi)度的一定變🔅化(hua),對流速産生影(ying)響,但這個影響(xiǎng)很小,在實際流(liú)🈚量測量中可以(yǐ)忽略。降溫後的(de)流體彙入總管(guǎn)時,對工藝參數(shù)的影響也可🐇以(yǐ)忽略。支管中流(liú)體溫度降低20～30℃,這(zhè)對電磁流量計(jì)來說,其工作環(huan)境大大改善。在(zài)安裝電磁流量(liang)計時,在前直管(guan)段上套👌上一根(gēn)直徑100mm的管子,制(zhi)成單程㊙️套管式(shi)換熱器(圖3),使電(dian)磁流🐇量計的使(shǐ)用壽命得到延(yan)長。
6　結束語
　　由于(yu)進口設備、表計(ji)價格昂貴,到貨(huo)周期長。從價格(ge)上🥰考慮對于大(da)口徑電磁流量(liang)計,口徑越大,價(jia)格越高。而⛷️采用(yòng)小口徑、陶瓷襯(chèn)🏃裏的電磁流量(liàng)計,不僅可以使(shi)儀表運行在較(jiào)好的工作狀态(tai)下,還可降低儀(yí)表的投資費用(yong)。