淺談化工項目中常用流量計選型

本文介紹了化工行業過程控制常用流量計的基本選型，結合作者的實際經驗詳細介紹了各種流量計的原理、特點及適用場合。

關鍵詞：化工 流量計 選型

一、 概述

在化工生產中，往往要對介質的量進行計量，或者想確定介質的流速，這就需要流量儀表。流量計根據結構不同，大致可分為：差壓式流量計；速度式流量計；容積式流量計；轉子流量計；質量流量計等。本文將簡要敘述一下作者參與的化工項目中常用的幾種流量計的選用。

二、 流量儀表選型分析

1.轉子流量計

轉子流量計又稱浮子流量計，是通用的流量計之一，它主要用于中、小口徑流量測量且要求相對不高的地方。

它的檢測元件是一個由下向上擴大的垂直椎管和一只隨著流體流量變化沿著椎管上下移動的浮子，流體自下而上流過浮子時，在浮子上作用有差壓、流體動壓及摩擦力等，它與浮子向下的重量相平衡，流量增大，向上的力加大，浮子上升，浮子與錐管環隙面積增大，流速降低，因而向上的力減少，直至與浮子重量再次平衡為止。浮子在錐管中的不同位置代表著不同的流量大小。

在化工項目中，常用的有玻璃管轉子流量計和金屬管轉子流量計。但由于玻璃管材料的限制，不能在易碎和高溫高壓場所使用，并且不能遠傳，所以漸漸很少被用在化工項目中。金屬管轉子流量計相較它，有可以用在高溫高壓場所、不易碎并且可以遠傳、有標準信號輸出的特點，因此至今都被廣泛使用。但它的缺點是一般情況下需要垂直安裝，對安裝位置有局限。

作者總結了參與的化工項目，一般在這些情況下會考慮使用金屬管轉子流量計：1.當要求精度不優于±1.5%，量程比不大于10:1；2.口徑不大于DN80；3.粘度不大于25cp；4.可測液體，氣體流量，介質為蒸汽時不可用；5.有足夠的安裝空間可以垂直安裝。

2.渦街流量計

渦街流量計是化工行業中使用非常廣泛的一種流量計，它的工作原理是在流體中設置漩渦發生體，從漩渦發生體兩側交替地產生有規則的漩渦，漩渦列在漩渦發生體下游非對稱地排列，產生一定的頻率，通過公式qv=f/K進而得出流量計的流量。

渦街流量計的優缺點很明顯，它適用流體的種類很多，液、氣、蒸汽及部分混相流皆可應用；精度高，屬于中上水平，一般可達±1%以上；壓損??；價格比較便宜。但是它不適用于低雷諾數Re<20000的情況；對高粘度、低流速、小口徑的工況使用有局限性；對環境的要求較高，應盡量杜絕有振動的場所；管道內流速分布應需要充分發展流，無旋轉流，故上游側需要有較長的直管段長度才能保證測量準確。如圖1

圖1

總結以上這些特點，一般在這些情況下會考慮使用渦街流量計：1.潔凈氣體、蒸汽和液體的大中流量檢測；2.口徑在DN25-DN300之間；3.粘度不大于10cp；4.各公用工程總管的流量檢測。

3.電磁流量計

電磁流量計的測量原理是基于法拉第電磁感應定律，它是利用流體導電的特性來測量流體流量的。

電磁流量計由于無可動部件，亦沒有阻礙流體流動的節流件，不會堵塞，因此特別適用于帶有懸浮物、固體顆粒、纖維等的泥漿、紙漿、污水等的測量；它測量流體流量時，不受流體組分及物性參數(密度、粘度)、工作狀態(溫度、壓力)的影響；由于僅測量管襯里和電極與被測介質接觸，易選用相應材料，因此特別適合測量腐蝕性介質流量的測量；儀表量程范圍寬，口徑齊全；安裝方向靈活，可水平、垂直、傾斜任意角度安裝，對上游側直管段長度要求較低；能夠測量正反方向流體的流量；但不能用于低導電率液體，如石油制品、有機溶劑等，亦不能測量氣體、蒸汽及含有氣泡的液體。

由上可見，電磁流量計的使用場合很明確，首先流體必須是導電的，一般電導率要達到或超過1μs/cm。作者所參與的化工項目中，電磁流量計多用在測量強酸、強堿、鹽、污水等流體的流量測量。

4.質量流量計

此處及以下提及的質量流量計均指科里奧利質量流量計，熱式質量流量計由于較少使用，此處不做贅述。

科里奧利質量流量計是基于希臘人科里奧利力原理制成的流量計。在傳感器的外殼內有一對平行的測量管，該管在安裝于管子端部的電磁驅動線圈作用下，最近似于音叉的振動。當流體通過兩個平行的測量管時，會產生一個與流速方向橫向的加速度及相應的科里奧利力，該力使測量管振蕩而發生扭曲，這一扭曲現象稱為科里奧利現象。用光學或電磁學方法檢測扭曲量以求得質量流量。測量管扭曲的大小是完全與流經測量管的質量流量的大小成正比的。

質量流量計可以直接用于檢測介質的質量流量、密度，具有精度高、量程比寬、穩定性好、維護量低等特點，因此在石化行業中得到廣泛使用。它具有很高的精度，目前最高可以達到±0.1%；所測的質量流量與流體的溫度、壓力、粘度、電導率和流動狀態無關，但流體必須滿管；前后直管段無要求；但質量流量計不能用于液氣混合介質的測量；需保證測量管內無腐蝕、磨損及結垢，這都會影響測量精度；需要考慮有牢固的支撐，以避免管道振動干擾，引起測量誤差；價格昂貴。

質量流量計優點明顯，測量精度非常高，但由于高昂的價格，在考慮成本的情況下，一般過程控制中較少采用?；ろ椖恐型ǔＳ迷谫Q易計量；需要高精度檢測的關鍵原料的進料控制或滴加加料控制上。

5.容積式流量計

容積式流量計主要有橢圓齒輪式、腰輪式、雙轉子式、刮板式、活塞式等等。它的工作原理是兩個具有相互滾動進行接觸旋轉的特殊形狀測量元件，以橢圓齒輪為例，就是兩個相互嚙合的齒輪（圖2），一個為主動輪，一個為從動輪。當物料進入時，主動輪由于受到壓力的作用，帶動從動輪工作，轉子每旋轉一周，就排出四個由轉子與殼壁圍成的初月形空腔的流體體積。通過其與時間的關系，就可以算出瞬時流量與累積流量。

圖2

容積式流量計計量精度較高，一般為±0.5%，特殊要求可以達到±0.2%，且安裝直管段對計量精度影響不大；它可用于高粘度場合；直讀式儀表無需外部能源，可直接獲得流體總量；在容積式流量計的測量中，要杜絕顆粒性雜質，所以一般情況下，流量計前要考慮裝過濾器，但這樣會增大管路的阻力；要杜絕氣液混合場合。

容積式流量計口徑較大的價格很昂貴，所以一般適用于中小口徑，在作者所接觸的化工項目中，一般用于重油、聚乙烯醇、樹脂等粘度較高、潔凈的介質的流量測量。