摘要:随着現(xian)代工業自動(dòng)化生産工藝(yi)對管道流體(tǐ)測量穩定性(xing)❌和精準性提(ti)出的的要求(qiú),一種新型多(duo)孔平衡流量(liang)計 應運而生(shēng),文章介紹多(duō)孔平衡流量(liàng)計的工作原(yuán)理,通過🧑🏾‍🤝‍🧑🏼對流(liu)☎️量🈚計在鹽行(háng)業使用過程(chéng)中發生的兩(liǎng)起案例💜深刻(kè)分析,闡明選(xuan)用平衡流量(liàng)計需注意的(de)事項,爲同行(hang)業相同工藝(yì)制定運行指(zhǐ)導數據、開展(zhǎn)設備維修提(tí)供借鑒參考(kǎo)。
1引言
　　随着現(xian)代工業自動(dong)化生産工藝(yì)對管道流體(tǐ)測量穩定性(xìng)和精準性提(ti)出的更高要(yào)求，一種新型(xíng)多孔平衡🚶‍♀️流(liú)量計應運而(ér)🏃‍♀️生，它❤️由美國(guó)航空航天局(jú)馬歇🐕爾航空(kong)飛行中心設(she)計。作爲第🔴三(san)代節流裝置(zhì),多孔💘平衡流(liú)量計簡稱平(ping)衡流量計,它(tā)将流體測量(liang)精度、重複性(xing)、可靠性推到(dao)了一個前所(suo)未有的高度(dù),廣泛應用于(yú)石油、化工、冶(yě)金、電力、天然(ran)氣、水處理等(děng)🌈行業。多孔平(ping)衡流量計設(she)備性能良好(hǎo),但💯在設計選(xuan)型及設備安(ān)裝時需注意(yi)🤞細節處理，否(fǒu)則影響🏒性能(néng)發揮。
2多孔平(píng)衡流量計的(de)工作原理
　　多(duo)孔平衡流量(liàng)計是一種差(chà)壓式測量儀(yi)表,其工作原(yuán)理與其他差(cha)壓流量計--樣(yang),都是基于密(mi)封管道中🌈的(de)能量轉換原(yuán)🔞理。在理想流(liu)體的情況下(xia)管道中的流(liú)量與🐅差壓的(de)平方根成正(zhèng)比,再用測量(liang)出的差壓✌️代(dai)人伯努利方(fāng)程即可計算(suan)出管道中的(de)流量,如圖👌1所(suo)示。
 
　　節流器原(yuan)理是在常規(gui)的孔闆節流(liu)闆中心一個(gè)圓孔的基礎(chu)🎯上結合多孔(kong)節流器的特(tè)點,組成對稱(cheng)分布擁有數(shu)量不等的🐪函(han)數☂️孔，當介質(zhì)流過圓孔時(shí),流體被平👉衡(héng)調整，渦流被(bei)📞最小化，形成(chéng)近‼️似理想流(liu)體💋，通過取壓(yā)♉裝置和變送(song)器,可獲得穩(wěn)定的差壓信(xin)号🧑🏽‍🤝‍🧑🏻,如圖2所示(shi)。
 
　　将測得的差(chà)壓信号代人(ren)以下簡易公(gōng)式,即可測算(suàn)出理想狀态(tai)⭐下被測流體(ti)流量;
 
式中:
qm一(yī)介質流量(kg/h);
K一(yī)儀表常數;
Ɛ一(yī)流體流束膨(péng)脹系數;
△P一所(suǒ)測差壓值;
ρ一(yī)介質密度(kg/m3)。
　　多(duo)孔平衡流量(liàng)計實現了流(liu)場平衡整流(liu)最佳效果,将(jiang)👈測量常規中(zhong)的死區效應(ying)降到最低，節(jie)流件前後産(chan)生的渦流也(yě)有較大程度(dù)降低。在測量(liang)理想狀态💋下(xià)的流體時,對(dui)直管段⛹🏻‍♀️的要(yao)求也大大降(jiàng)低,雜物滞❌留(liu)現象基本消(xiāo)除。永久壓力(lì)損失由于渦(wo)流減少降低(dī)爲常規節流(liú)裝置的1/3,量程(chéng)比擴展到💔10:1。它(tā)采用的無銳(ruì)角設計，提高(gāo)了産品使用(yong)壽命。
　　多孔平(píng)衡流量計的(de)優異表現，獲(huò)得大家的一(yi)緻認可并在(zai)工業領域得(de)到廣泛應用(yòng)。但是,在實際(jì)使用過程中(zhōng)，也會遇到一(yi)✊些問題造成(chéng)測量數據異(yì)常，影響工藝(yi)操作。下面就(jiù)實際應用中(zhōng)的兩起多孔(kong)平衡流量計(ji)運行異常情(qíng)況進行分析(xi)。
3多孔平衡流(liu)量計應用中(zhong)測量異常的(de)案例分析
3.1案(an)例一
　　新建鹽(yan)鈣聯産項目(mù)2020年投人試生(shēng)産，鹽鈣生産(chan)工藝分爲NaCl與(yu)2H2O.CaCl2兩個産品生(shēng)産系統,均沿(yan)用傳統的蒸(zhēng)發制鹽工藝(yì)。該套工藝裝(zhuang)👄置采💛用多孔(kong)平衡流量計(ji)(3台)測量低壓(yā)蒸汽進汽量(liàng),正☂️常運行時(shí),理論.上蒸汽(qì)流量應滿足(zu)A=B+C。其中A流量計(ji)爲總管進汽(qì)流量計;B流量(liang)計與♋圖中控(kòng)制閥之間有(yǒu)一套自動控(kòng)制調🥰節氣量(liàng)閉環程序,定(dìng)量控制調節(jie)系統進汽量(liang)用以實現供(gong)氣的穩定性(xing);C流量計出口(kou)設計有一台(tái)開關閥,閥門(mén)設有中停功(gōng)能,運行時固(gù)定開度使用(yòng)。A、B流量計口徑(jìng)與現場低壓(ya)主蒸汽管道(dao)口徑同爲DN800,流(liu)量計型号爲(wei)🆚MBF4(非貿易型)。
由(yóu)于試生産階(jiē)段2H2O.CaCl2生産系統(tǒng)暫未開啓,C流(liu)量計狀态爲(wei)0,理論.上⁉️流經(jīng)A、B的蒸汽流量(liang)數據應保持(chí)一緻。但實際(ji)上A與B兩♍台流(liú)量計所測量(liang)數據并不一(yī)緻,流量無規(gui)律性波動,極(jí)不穩定,B流量(liang)計的閉環程(cheng)序由于數據(jù)波動過大無(wu)法投💘入運行(háng)。由😘于鹽鈣項(xiàng)目屬全國❌首(shǒu)套(石膏晶種(zhǒng))2H2O.CaCl2生産裝置,在(zai)國内還沒有(yǒu)可以借鑒♍的(de)經驗,能源消(xiao)耗的準确度(du)對⭕指導運行(hang)生産就顯得(dé)十分重🔱要，盡(jìn)快解決問題(ti)已迫在眉睫(jié)。
3.1.1設備現場及(ji)故障現象.
　　 多(duo)孔平衡流量(liang)計的管道介(jie)質蒸汽來自(zì)動力車間🐪分(fen)🤟氣缸(如圖3所(suo)示),主管道經(jing)過沿路8m高的(de)支架爬升至(zhì)車❌間廠房30m高(gāo)的樓頂,再由(you)樓頂直管段(duàn)引入NaCl與2H2O.CaCl2各系(xì)統。經查驗流(liu)量計安裝嚴(yán)格🌐按照設🏃‍♀️計(ji)院的設計要(yào)求，滿足直管(guǎn)段前3DN後1DN的距(jù)離要求。
 
　　 流體(tǐ)檢測是采用(yòng)一體式非貿(mào)易型多孔平(píng)衡流量計👉,通(tong)過差壓信号(hao)進人DCS系統程(chéng)序搭建的數(shu)學公式中計(ji)算,原💔則上A與(yǔ)B兩台流量計(jì)的測量結果(guǒ)應完全相等(deng)。而實際系⭐統(tǒng)試運行中,随(sui)着流量計管(guǎn)路上調🍉節閥(fa)的開關動作(zuo),兩台流量計(ji)測量數據會(huì)出現不規律(lǜ)的變化。檢測(cè)記錄所🤩顯示(shi)的流量與動(dòng)力車間🐕分氣(qi)缸出口流量(liàng)數據也存在(zai)較大差異。
3.1.2産(chan)生異常的原(yuán)因分析及解(jie)決方案
　　 鹽鈣(gai)項目DCS控制系(xì)統采用和利(li)時的MACS6.5系統，蒸(zheng)汽流量采用(yòng)qm=Kε√AP/ρ計算💞。經過分(fen)析,溫壓補償(cháng)不足是導緻(zhì)測量不穩定(ding)的原因之一(yī)。現💛場工況壓(yā)力爲0.5MPa,介質溫(wēn)度爲150℃左💚右。設(she)計時未考慮(lǜ)采集溫度和(hé)壓力信号且(qiě)管道上也未(wèi)安裝溫度和(he)壓❓力的采集(ji)裝置。現場在(zai)管道.上采用(yong)新增壓力變(bian)送器和✌️熱電(dian)阻,安裝原則(zé)是前溫後壓(ya)，然後通過系(xì)統内所配備(bèi)的計算模塊(kuai):(STEAMCOMP水蒸氣流量(liàng)補償、理想氣(qi)體流量補償(cháng))将采集到的(de)新的壓🆚力🔞溫(wen)度信号與流(liú)量計自身的(de)差壓信号一(yī)并引人,進行(hang)溫壓🤩補償。結(jie)果顯示,測量(liàng)數據變化呈(chéng)現一-定的規(gui)律性,但不穩(wen)🤟定性依然存(cún)在。調整未取(qǔ)得預想的效(xiao)果。通過DCS系統(tong)自帶計算模(mó)塊同時引人(ren)溫壓補✂️償信(xin)号所搭建的(de)數學模型也(ye)無法正确測(cè)量流量;
 
式中(zhōng):
qm一質量流量(liàng),kg/h;
C一流出系數(shu);
β一-管徑比;
Ɛ一(yī)被測介質可(kě)膨脹系數;
d-孔(kǒng)闆開孔直徑(jìng),m;
△P一差壓，Pa;
ρ一工(gong)作狀态下介(jie)質密度，kg/m3。
　　将式(shì)(2)中所有系數(shu)當作常數後(hòu)的簡化得(1)式(shi)(Qm=Kε√AP/ρ),由于儀表系(xì)數😍K不一定是(shì)一個不變常(chang)數,積算儀通(tōng)過将K值設置(zhi)最多分成8段(duan)進⭐行分斷計(jì)算，用來提高(gāo)測量數據的(de)精度。
　　待設備(bèi)安裝到位投(tou)人使用後，所(suo)測蒸汽流量(liang)開始出現以(yǐ)下❓三💋種比較(jiào)有規律性的(de)波動。
3.1.2.1當閥門(men)開度在14%左右(you)時，管道流量(liang)約在90t/h時，上述(shù)兩台流量計(ji)❌的流量能達(dá)到一-緻,此時(shi)管道内介質(zhì)流通🧑🏽‍🤝‍🧑🏻量似乎(hū)達到相對的(de)平衡🚶狀态。
3.1.2.2當(dāng)調節閥開度(dù)從14%開始增加(jiā)時,理論上兩(liǎng)台流量計的(de)流✍️量應同比(bǐ)例增大流量(liàng)數據，但是現(xiàn)場卻出現A流(liú)量🔆計流量增(zēng)加量要略低(dī)于B流量計。
3.1.2.3當(dāng)調節閥開度(du)從14%開始減少(shao)時，理論上兩(liǎng)台流量計的(de)🍉流量因同步(bù)降低,但是此(cǐ)時A流量計的(de)流量明顯☂️增(zēng)高較大,隻有(yǒu)B流量👅計的流(liu)量減少。
3.1.3原因(yīn)剖析及技術(shù)改造
現象一(yi):由于調節閥(fa)安裝在兩台(tai)流量計中間(jiān)，當調節閥在(zài)14%的時候,A流量(liàng)計的工作壓(yā)力在正常工(gōng)況範🆚圍的0.4MPa,通(tōng)過新增的壓(ya)力變送器所(suǒ)測數據顯示(shì)，此時流量計(jì)B的工作壓力(lì)由于閥[]變徑(jìng)的阻礙作用(yong),實際工作壓(ya)力🥵隻有0.16MPa。但是(shì)B流量計的設(she)計額定工況(kuàng)壓力🔞也是0.4MPa。此(cǐ)時實際上B一(yī)直未⭐能達到(dao)自身額定工(gōng)況，雖然測量(liàng)出一個數據(jù)剛好和A達到(dao)一緻,通過經(jing)驗判斷可能(néng)是巧合。
現象(xiàng)二:當閥門]從(cong)14%開至17~19%時,由于(yú)閥廣開度的(de)增加,閥門🌂]後(hou)端🙇🏻B流量計的(de)蒸汽總管壓(ya)力升高較爲(wèi)明顯,達📐到了(le)⛱️0.25MPa。由于☁️B流量計(jì)此時的工況(kuàng)壓力變化很(hen)大，幾乎翻倍(bei),所以此時B流(liú)量計測量數(shu)據增幅也很(hen)大。而A流量計(jì)由于一直處(chu)在額定工況(kuàng),且壓力變化(hua)不大，所以A流(liu)量計增幅不(bu)大。
現象三:當(dang)閥門從14%關至(zhì)9%時,由于閥門(men)開度減少,閥(fa)廣]後👈蒸汽總(zong)管壓力下降(jiang)至0.09MPa左右，B流量(liang)計此時工況(kuàng)已經低至根(gen)🐪本無法正常(chang)測量數據的(de)地步,反而A流(liú)量計由于✂️受(shòu)到閥[]關閉影(yǐng)響,A流量⭐計蒸(zheng)汽總管壓力(lì)上升較爲明(míng)顯，已經升至(zhì)0.458MPa。此時蒸❗汽流(liú)通平衡被打(da)破，原本可通(tōng)過的蒸汽受(shòu)到閥門開度(dù)減小的影響(xiang)受阻,在閥門(men)與A流量計之(zhī)間形成渦流(liú)，受渦流影響(xiǎng),已計量過的(de)蒸汽在流量(liàng)計上反複流(liu)通再次計量(liang),造🏃成了A流量(liang)計流量數據(jù)大幅增加。
通(tōng)過三種現象(xiàng)的分析,問題(ti)根源均與流(liú)量計中間📐安(ān)裝的調節閥(fá)有關。工程技(ji)術部門]提出(chu)技改意見:重(zhong)新定位調節(jie)🌍閥本體和流(liu)量計的安裝(zhuāng)位置,同時增(zeng)加流量測量(liang)點的壓力與(yǔ)溫度檢測。
　　通(tōng)過現場踏勘(kan)确定,将調節(jiē)閥從30m高的樓(lóu)頂移至21m高，與(yu)溫度、壓力、流(liu)量表計重新(xin)定位安裝(如(ru)圖4所示),消除(chu)調節閥開啓(qǐ)對管道壓力(lì)的影響。改造(zào)後試運行生(sheng)産,觀察新裝(zhuāng)壓力變送器(qi)的數據顯示(shì)，可确定兩台(tái)流量計所處(chu)的管道内的(de)壓力均爲額(e)定工作壓力(li),無論調節閥(fá)如何調節🍉,兩(liang)台流量計的(de)管道壓力都(dōu)在同步變化(hua)♉中。多孔平衡(heng)流✏️量計投人(rén)試使用後🏃🏻,流(liú)量數據不受(shou)閥廣]調節影(yǐng)響,A和B流❄️量計(ji)測量保持🥵一(yi)緻,工藝穩定(ding),問題🎯得到徹(chè)底解決。
 
3.2案例(li)二
　　二次冷凝(níng)水回收工程(cheng)屬鹽鈣項目(mù)輔助工程，用(yòng)以回收鹽系(xì)🏃🏻‍♂️統⛷️一次、二次(cì)蒸汽冷凝水(shui)循環利用。在(zai)該工藝系統(tǒng)管道🔱上安裝(zhuang)的多孔平衡(héng)流量計，與案(àn)例一出現🌐了(le)相似的故障(zhàng)，測量數據無(wu)規♋律變化且(qiě)不⛹🏻‍♀️準确。
3.2.1設備(bèi)現場及故障(zhang)現象
　　如圖5所(suǒ)示，在冷凝水(shuǐ)U型管低點設(shè)計安裝了一(yi)台多孔平衡(héng)♉流量🌈計，用于(yu)測量管道回(hui)收的冷凝水(shuǐ)量。安裝至U型(xíng)管的低點，理(lǐ)論上是最佳(jiā)測量位置，原(yuán)則上也滿足(zú)多孔平衡流(liú)量計所要求(qiu)的安裝直管(guan)尺寸。但在使(shǐ)用過程中頻(pín)繁出現數據(ju)測量不準，數(shu)據時🏃‍♀️有時無(wu)現象🏃🏻‍♂️。
 
3.2.2産生異(yi)常原因分析(xi)及解決方案(àn)
　　此工程按照(zhào)設計要求，鹽(yan)鈣系統蒸汽(qì)用量爲120t/h，滿負(fu)荷生産時😄冷(leng)✍️凝水出水率(lü)應爲70%左右，回(huí)收流量約爲(wèi)80t/h。此冷凝水回(huí)收管管徑爲(wei)DN250，當水從高處(chu)管流向U型管(guan)段時，理論上(shang)水流經U型管(guan)低點管段應(yīng)該是滿管狀(zhuàng)态，故流量計(jì)安裝位置符(fu)合要求。
　　因系(xi)統處于試生(shēng)産期間，鹽鈣(gai)蒸汽使用量(liang)僅爲40t/h左右👌，産(chan)生的🔅冷✔️凝水(shui)量也不穩定(dìng)，冷凝水泵經(jīng)常出現泵不(bu)上水的情況(kuang)。從泵到🚶流量(liang)計之間有300m左(zuo)右的管道，且(qie)大部分管道(dào)在6m高💋管架上(shang)，泵水輸❤️送存(cun)在間歇，會在(zài)管道内形成(cheng)較🌈大的沖擊(ji)震蕩。由于水(shui)流量不♉足導(dǎo)緻從6m的管架(jià)高處向低處(chu)流時的自由(you)落體速度大(dà)于此時管道(dao)内水的流速(sù)，在U型管内形(xing)成氣泡，當氣(qi)泡流經垂直(zhi)安裝的流量(liàng)計差壓取壓(ya)孔處，導緻👄所(suo)測差壓連續(xu)被中斷。參考(kǎo)公式；Qm=Kɛ√ΔP/ρ，由于💋K、ρ、ɛ都(dou)是常數，差壓(ya)ΔP成爲💰了流量(liang)測量的重要(yào)決定性參數(shu)。
　　通過對工藝(yi)現場認真分(fèn)析得出，理論(lun)上該U型管的(de)❄️最👈低段都是(shi)滿管狀态，但(dàn)是當工藝生(shēng)産在非滿負(fu)荷或🐕更低的(de)生🥵産狀态時(shí)，氣泡現象就(jiù)在所難免。爲(wei)了将氣泡因(yin)素影響降至(zhì)最低，工程技(ji)術部門提出(chu)改變多孔平(ping)衡流量計的(de)安裝方式，安(an)裝位置不變(biàn)，但取壓口及(ji)冷凝水罐從(cóng)水平安裝調(diào)整爲斜向下(xià)♊45°安裝。改造後(hòu)使用效果顯(xian)示，流量測量(liàng)數據穩定且(qie)🔞有規律的變(bian)化，運🐪行數月(yue)未見異常狀(zhuàng)況發生。
4應用(yong)案例分析總(zong)結
　　結合以上(shàng)兩個案例的(de)分析技改，可(ke)以看出多孔(kong)平衡流量計(ji)👣設備性能的(de)良好發揮與(yu)諸多因素相(xiàng)關，在實際應(yīng)用中，我們要(yào)綜✏️合考慮、全(quan)面衡量，将影(yǐng)響因素降至(zhì)最低。
4.1充分考(kǎo)慮安裝位置(zhì)選擇對流量(liang)測量的影響(xiǎng)
　　當測量介質(zhì)爲蒸汽或水(shuǐ)時，要考慮管(guǎn)道長度、管道(dào)㊙️壓力及管道(dao)内流體雜質(zhi)的影響，安裝(zhuang)方式首選斜(xié)向下♻️45°角度。在(zài)測量蒸汽介(jiè)質流量時，溫(wen)壓補償的投(tóu)用、管道額定(dìng)壓力的确✂️保(bao)、疏水閥的安(an)裝均有助于(yú)流量測量的(de)穩定精準。同(tong)時，U型🔞管的氣(qì)泡渦流需充(chong)分考慮，從使(shi)用經驗來看(kàn)🏃‍♀️，U型管中的垂(chuí)直下降管和(hé)💯低點位直管(guan)均不是安裝(zhuang)位置，而上升(sheng)管段或者斜(xié)🔞管段在管壓(ya)作用下，可産(chǎn)生更好的測(cè)量穩定效果(guo)。
4.2充分考慮設(shè)計工藝與實(shi)際工況的差(chà)異影響
　　案例(li)一多孔平衡(héng)流量計所測(cè)數據異常是(shi)由多重因素(su)導緻❄️，筆者通(tong)過長時間現(xiàn)場觀察、比對(dui)實測數據，提(tí)❤️出了☂️解決問(wen)題的辦🐉法。考(kao)慮到算式2中(zhōng)的大部分常(cháng)數都是廠家(jiā)特定🧑🏾‍🤝‍🧑🏼的，設備(bei)出廠都進行(háng)過數據💜校驗(yàn)，而實際工況(kuang)中⛱️大多數被(bèi)測流體并不(bú)是理想狀态(tai)中的流體，應(ying)用在測量蒸(zheng)汽流量時受(shòu)外界幹👈擾影(yǐng)響的因素比(bi)較大。所以，筆(bi)者認爲，設計(ji)此類流量計(ji)時，應充分考(kǎo)🤞慮工藝管道(dao)的應用狀況(kuàng)、管道介質特(te)性對設計進(jìn)行優化。如案(an)例一中🌏設計(jì)提供的非貿(mào)易型流量計(jì)、進汽調節閥(fa)的安裝位置(zhì)、溫壓補償的(de)缺項均不利(li)于實際🏃🏻生産(chan)，需對比實際(jì)運行進行調(diao)整。
5結束語
　　多(duō)孔平衡流量(liàng)計相較于傳(chuan)統節流裝置(zhi)有着無可🤩比(bi)拟的優🌈點，多(duō)個函數孔徑(jing)的設計能最(zui)大限度地将(jiāng)流場平衡整(zheng)流成理想流(liu)體，從而充分(fèn)發揮差壓式(shi)流量計的優(yōu)勢。多孔平衡(héng)流量計因其(qi)獨特的性能(neng)、較高的穩定(dìng)性和測量精(jing)度，以及較強(qiáng)的适應性，廣(guang)泛适用于多(duō)種工藝場👨‍❤️‍👨合(hé)。

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